第十三章内能与热机导学案经典学生版.docx
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第十三章内能与热机导学案经典学生版
第十三章 内能与热机
第一节__物体的内能__
1．内能
定 义：
物体内所有分子由于无规则运动而具有的____，以及____的总和，叫做物体的内能。
内能的单位是焦耳（符号：
）。
说 明：
物体内能的大小和物体的温度、质量和物态有关。
物体温度升高内能____，温度降低，内能____。
2．内能的改变
方 式：
做功和热传递。
说 明：
对物体做功，物体内能会____，物体对外做功，物体内能会____。
热传递的条件是物体之间存在____。
3．热量
定 义：
热传递过程中，传递的____的多少叫热量，单位是焦耳（符号：
）。
说 明：
热传递的实质是的转移。
注 意：
不能说物体含有或具有多少热量，因为热量是只有在热传递过程中才表现出多少的一种能量，只能说物体吸收或放出多少热量。
类型之一 理解内能的概念
[2014·桂林]关于物体的内能，下列说法中错误的是（ ）
A．物体的内能是不能改变的B．热传递可以改变物体的内能
C．做功可以改变物体的内能D．内能是物体所有分子动能和分子势能的总和
类型之二 识别改变内能的两种方式
如图13－1－1所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉，用力把活塞迅速下
压，棉花就会立即燃烧。
根据该实验现象，下列结论正确的是（ ）
A．该实验说明做功可以改变物体内能
B．活塞下压过程中，气体的内能减小
C．气体容易被压缩，是因为气体分子间距离较小
D．该实验说明热传递可以改变物体的内能图13－1－1
1．下列关于温度、热量和内能的说法中，正确的是（ ）
A．物体温度升高，一定吸收了热量B．物体放出热量时，温度一定降低
C．物体温度升高，内能一定增加D．物体内能增加时，温度一定升高
2．[2014•揭阳]关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ）
A．物体的温度越高，所含热量越多B．温度高的物体，内能一定大
C．0℃的冰块，内能一定为零D．温度相同的两物体间不会发生热传递
3．炮弹里火药燃烧产生的高温高压气体炸开弹壳后温度降低，是用____的方法减少了气体的内能；食物放进冰箱后温度降低，是用____的方法减少了食物的内能。
1．如图13－1－2所示实验，试管口木塞冲出过程（ ）
A．试管口出现的白雾是水蒸气
B．试管口出现白雾说明水蒸气内能增加
C．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能增加
D．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能减少图13－1－2
2．[2014·长沙]我国北方的冬季气温很低，到处都是冰天雪地，人们有时会将冰雪融化取水。
把冰雪
放在水壶里加热取水的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．冰在0℃时，内能为零B．这是通过做功的方式改变物体的内能
C．在加热过程中，壶内的温度一直在上升D．水的温度越高，水分子运动越剧烈
3．[2014•龙岩]如图13－1－3所示，通过做功改变物体内能的是（ ）
图13－1－3
4．[2014·贵阳]2013年上海科技活动节推出了一处节能环保、可调节室温的江水源热泵技术。
如图3－1－4所示是其夏天工作时的流程，当江水循环到冷凝器时，利用江水与冷凝器存在的温度差，通过____的方式带走室内热
量，从而实现降温。
图13－1－4
5．[2014·衡阳]冬天手冷时，我们经常将两只手相互搓搓使手暖和，这是利用____的方式使手的内能增加；也可以用“暖手宝”焐手，这是利用____的方式增加手的内能。
6．将肉片直接放入热油锅里爆炒，会将肉炒焦或炒糊，大大失去鲜味。
厨师预先将适量的淀粉拌入肉片中，再放到热油锅里爆炒，炒出的肉片既鲜嫩味美又营养丰富，对此现象说法不正确的是（ ）
A．在炒肉片过程中，肉片的温度升高，内能增加
B．附着在肉片外的淀粉糊有效防止了肉片里水分的蒸发
C．在炒肉片过程中，肉片内能增加主要通过做功实现的
D．附近能闻到肉香体现了分子在不停地做无规则的运动
7．爆米花是将玉米放入铁锅内，边加热边翻动一段时间后，“砰”的一声变成玉米花。
下列说法正确的是（ ）
A．玉米粒主要通过翻动铁锅对其做功，使其内能增加
B．玉米粒主要通过与铁锅间的热传递，使其内能增加
C．玉米粒内水分受热膨胀对粒壳做功爆开，内能不变
D．玉米粒内水分受热膨胀对粒壳做功爆开，内能增加
8．如图13－1－5是探究改变物体内能的实验：
瓶子里装有一些水，用力打气，在瓶塞未跳起前，瓶内气体的内能将____，原因是____；继续打气，当瓶塞跳起时，观察到瓶内有白雾产生，说明瓶内气体对外做功时内能减小了。
根据此现象，某同学认为：
所有物体在对外做功时，它的内能都会减小。
他的观点正确吗？
请你从能量转化或转移的角度进行分析，并列举一实例。
图13－1－5
第二节__科学探究：
物质的比热容__
第1课时 比热容
比热容
探 究：
物质吸收热量的多少与___、___、___有关，探究时要运用控制变量法。
定 义：
单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量为该物质的比热容，符号是c。
比热容的单位是____。
注 意：
比热容是物质的一种特性。
物质的比热容是一定的，不随物体吸收或放出的热量多少、质量、升高或降低的温度而改变，但与物质__有关。
应 用：
水的比热容较大，常用水来调节__、取暖、__、散热等。
类型之一 理解比热容
[2014•上海]关于比热容，下列说法中错误的是（ ）
A．比热容可用来鉴别物质B．水的比热容较大，可用作汽车发动机的冷却剂
C．沙的比热容较小，所以沙漠地区昼夜温差较大D．一桶水的比热容比一杯水的比热容大
类型之二 比热容的应用
[2014·内江]初春育水稻秧苗时，为了不使秧苗受冻，正确的做法是（ ）
A．早晨多灌水，傍晚多排水B．早晨多排水，傍晚多灌水
C．早晨和傍晚都要多灌水D．早晨和傍晚都不要灌水
1．[2014•广州]如图13－2－1所示，两个相同规格的电加热器加热质量、初温都相同的不同液体。
若液体吸收的热量等于电加热器放出的热量，加热时间相同且液体均未沸腾，则（ ）
A．两杯液体吸收的热量相等B．温度较高的液体比热容较大
C．温度较低的液体吸收的热量较多D．温度较高的液体吸收的热量较多图13－2－1
2．[2014•南京]下表是一些物质的比热容[J/（kg•℃）]：
根据表中数据，下列判断正确的是（ ）
A．物质的比热容与物质的状态无关
B．100g水的比热容是50g水的比热容的两倍
C．质量相等的铝块和铜块吸收相同的热量，铜块温度变化较大D．寒冬季节，放在室外盛有水的水缸会破裂，主要是因为水的比热容较大
3．[2014•徐州]把常温下装满水的玻璃杯与一个空玻璃杯同时放入冰箱冷藏室中．过一会儿，发现空玻璃杯比装满水的玻璃杯要冷得多，这种现象产生的主要原因是水的（ ）
A．凝固点低 B．凝固点高C．比热容大D．比热容小
4．以下四种现象中，与水的比热容没有关系的是（ ）
A．汽车的发动机用循环流动的水来冷却B．内陆地区的气温变化比沿海地区大
C．夏天往室内洒水可使室内温度降低D．生活中往往用热水取暖
1．两个相同的烧杯装有质量和初温都相同的水和食用油，用相同的电加热器分别给它们加热相同的时间，则下列说法中正确的是（ ）
A．水吸收的热量多B．水上升的温度较高
C．它们吸收的热量相同D．它们上升的温度相同
2.小明从下表提供的信息中，得出以下几个结论，其中错误的是（ ）
A.汽车发动机用水来冷却效果比较好
B．液体的比热容都比固体大
C．同种物质在不同状态下比热容值不同
D．质量相等的铜和铅，升高相同的温度，铜吸收的热量多
3．冬天，我们常用热水袋取暖，这主要是因为水具有（ ）
A．较多的热量 B．较大的密度
C．较高的温度D．较大的比热容
4．关于比热容，下列说法中，正确的是（ ）
A．物体的比热容跟物体吸收或放出的热量有关
B．物体的比热容跟物体的温度有关
C．物体的质量越大，它的比热容就越大
D．物体的比热容与物体吸、放热及温度和质量都没有关系
5．[2014·遵义]遵义市正在加快水利设施建设，计划建成中桥水库，实施新桥、大沙河等五座水库下闸蓄水；加快麻沟、大沙坝等15座水库的建设；实施23项中小河流治理工程，使全市的水资源得到有效的利用和保护。
修建水库蓄水不仅能使生活用水得到保障，还能起到调节气温的作用，这是由于水在蒸发时要____热量，且水的比热容较____的缘故。
6．已知冰的比热容是c冰＝2.1×103J/（kg·℃），用稳定的热源给冰均匀加热，下列图像中，能正确描述冰熔化规律的是（ C ）
图13－2－2
7．[2014·盐城]小明在学习“物质的比热容”时，取相同质量的水和沙子，用相同的酒精灯加热，测得它们升高的温度如下表，并在图13－2－3乙中作出沙子升高的温度随时间变化的图像。
加热时间/min
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
升高的温度/℃
水
2.0
4.3
4.0
7.9
6.0
15.2
8.0
18.4
10.0
21.5
沙子
（1）用温度计测量水的初温如图甲所示，其读数
为____℃。
（2）实验中选用相同的酒精灯加热，可以认为相同
时间内水和沙子____相同。
（3）请利用表中数据在图乙中作出表示水升高的温
度随时间变化规律的图线。
图13－2－3
（4）沙子在1.0～1.5min内升高的温度有明显异常，其主要原因是____。
（5）小明再用50g水和100g水做实验，以吸收的热量Q为纵坐标，升高的温度Δt为横坐标，分别画出50g水和100g水的Q－Δt图像。
它们都是过原点的直线，即Q＝kΔt。
进一步分析，发现这两条直线的k值与对应水的____之比相等。
第2课时 热量的计算
热量的计算
公 式：
Q＝____。
说 明：
c为物质比热容，m为物体的质量，Δt为温度的变化量。
注 意：
运用公式计算时，各物理量的单位要统一。
类型之一 热量的计算
[2014·邵阳]某热水器内装有100kg的水，将这些水从20℃加热到70℃，水吸收的热量为[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃）]（ B ）
A．2.1×106J B．2.1×107JC．8.4×106JD．8.4×107J
类型之二 温度变化量的计算
[2014·绥化]用两个相同的“热得快”，分别给质量、初温都相同的甲、乙两种液体同时加热，两液体的温度随时间变化关系的图像如图13－2－4所示。
根据图像可知，甲液体的比热容____乙液体的比热容（填“大于”“小于”或“等于”）。
如果乙液体是水，
那么质量为500g，初温为20℃的乙液体吸收1.89×105J的热量，
乙液体的温度升高了____℃（气压为1个标准大气压）。
图13－2－4
一太阳能热水器装水80kg，集热管每分钟吸收太阳能约为7×104J，不计热量损失，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。
则该热水器每小时能使水温升高多少摄氏度？
1．水的比热容是煤油的比热容的两倍，若水和煤油的质量之比为1∶2，吸收的热量之比为2∶3，则水和煤油升高的温度之比为（ ）
A．3∶2 B．2∶3C．4∶3D．3∶4
2．海滨城市气候宜人，昼夜温差小，这是由于海水的比热容比沙石的比热容____（填“大”或“小”）的缘故。
近几年来，某市区增加了大量绿地，绿地中的人工湖具有“吸热”功能，某人工湖的湖水质量约为2×107kg，当水温升高2℃时，则湖水吸收的热量为____J。
[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
3．某人锯木头每分钟锯21次，每次拉动0.4m，平均用力150N。
则每分钟这个人做功____J，这些热量可使100g的水温升高___℃。
1.[2014•巴中]由Q＝cm（t－t0）得c＝
，关于同一种物质的比热容，下列说法正确的是（ ）
A．若质量增大一倍，则比热容减小一半
B．若质量增大一倍，则比热容增大一倍
C．比热容与物体质量多少、温度变化大小、吸热或放热的多少都无关
D．若吸收的热量增大一倍，比热容增大一倍
2．用两个相同的电热器分别给质量相同的水和某种液体加热，每隔1min记录一次数据，如下表所示，则该液体的比热容为（ ）
加热时间/min
0
1
2
水的温度/℃
20
26
32
液体的温度/℃
20
34
48
A.0.9×103J/（kg·℃）
B．1.8×103J/（kg·℃）
C．3.6×103J/（kg·℃）
D.1.2×103J/（kg·℃）
3．[2014·郴州]冬天，同学们喜欢用热水袋取暖，这是通过___的方式使手的内能增加；若热水袋中装有1kg的水，当袋内的水温从60℃降低到40℃时，其中水放出的热量是______J。
[已知水的比热容c水＝4.2×103J（kg•℃）]。
4．小明探究“不同物质的吸热能力”时，在两支相同的试管中分别装入质量相等、温度相同的水和煤油，用一个酒精灯同时对两支试管加热，加热一段时间后，温度计示数如图13－2－5所示。
（1）指出图中使用酒精灯的错误：
______。
（2）水和煤油比较，______吸热能力强。
（3）加热一段时间后，煤油的温度升高了4℃，则水的温度升高了____℃。
[c水＝4.2×103J/（kg·℃），c煤油＝2.1×103J/（kg·℃）]
图13－2－5
5．一根烧红的铁钉，温度是500℃，质量是1.5g，它的温度降低到20℃，要放出多少热量？
[c铁＝0.46×103J/（kg·℃）]
6．泰安中科环保电力有限公司是一家焚烧生活垃圾的发电厂，它每年通过焚烧垃圾可生产出1.2亿千瓦时的电能。
假若燃烧1t生活垃圾可以放出1.176×1010J的热量，则这些热量可以在1个标准大气压下将多少千克的水由20℃加热到沸腾？
[c水＝4.2×103J/（kg·℃）]
、
7．小光同学学习做饭的过程中，经常加热油和水，他猜想：
①油的沸点比水高；②油的比热容比水小。
（1）能够支持他的猜想①的事实是____。
A．同样情况下，油升温比水快
B．油能把食物炸黄，而水不能
图13－2－6
C．油能漂在水面上
D．油比水难蒸发
（2）为了验证猜想②，小光向两个同样的烧杯里分别倒入相同的水和油，并测量它们的初始温度，两温度计的示数相同，如图13－2－6所示，它们的初始温度为____℃。
（3）在同样条件下加热相同时间后，水的温度达到25℃，油的温度达到30℃，由此可得油的比热容为_______J/（kg·℃）。
[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
第三节__内燃机__
1．热机
定 义：
把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置，这种装置被称为热机。
2．内燃机
定 义：
燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做____。
分 类：
汽油机和柴油机是常见的两种内燃机。
汽油机：
以汽油为燃料的内燃机，称为____。
柴油机：
以柴油为燃料的内燃机，称为____。
不同点：
柴油机与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了____。
汽油机点火方式是点燃式，柴油机是压燃式。
相同点：
一个工作循环经历四个冲程，活塞往复运动两次，对外做功一次。
类型之一 了解内燃机工作过程
[2014·通辽]如图13－3－1是内燃机的某冲程工作示意图，以下取暖方式与此原理相同的是（ ）
A．烤火取暖B．用热水袋取暖
C．向手“哈气”取暖D．搓手取暖
图13－3－1
类型之二 内燃机做功的计算
某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率。
1．在下图中，表示内燃机工作时各冲程的示意图，它们正确的排列顺序为（ ）
图13－3－2
A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲C．甲、丙、乙、丁D．甲、丁、乙、丙
2．柴油机在压缩冲程中，气缸内物质的压强、温度、内能的变化情况是（ ）
A．压强不变，温度升高，内能增大B．压强减小，温度不变，内能不变
C．压强增大，温度减小，内能减小D．压强增大，温度升高，内能增大
3．根据汽油机和柴油机的区别，下列说法正确的是（ ）
A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴
B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物
C．吸气冲程是内能转化为机械能D．压缩冲程是内能转化为机械能
4．汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分。
大多数汽车里的发动机是以汽油为燃料的内燃机。
使汽车获得动力的是____冲程；排出废气的是____冲程。
1．[2014•遂宁]下列有关热机的说法中不正确的是（ ）
A．热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程
B．为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性
C．可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率
D．热机的大量使用会造成环境污染
2．[2014•潍坊]汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，现代汽车多数采用汽油机作为发动机，如图13－3－3是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是（ ）
图13－3－3
A．甲冲程是把机械能转化为内能B．乙冲程是把内能转化为机械能
C．丙冲程是把机械能转化为内能D．丁冲程是把内能转化为机械能
3．柴油机上安装了一个笨重的飞轮，是为了（ ）
A．降低噪声B．节省燃料
C．可以做更多的功D．利用飞轮惯性完成吸气、压缩和排气三个辅助冲程
4．[2014•安顺]一台柴油机飞轮的转速为2400r/min，则在1s内，柴油机完成___个冲程；对外做功的次数是___。
5．柴油机和汽油机在构造上的主要区别是柴油机的气缸顶部没有____而有____，在吸气冲程里，汽油机吸入气缸的是____，而柴油机吸入气缸的是____。
6．转速为1800r/min的四冲程内燃机，每秒钟经过____个冲程，做功____次，若该内燃机功率是9000W，则一次做功为____J。
7．如图13－3－4所示在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开，有的同学由这个装置联想到内燃机，请你用连线反映他的联想创新的思维过程。
酒精燃烧 坚固气缸
高温高压水蒸气 活塞运动做功
玻璃管 油料燃烧
木塞冲出 高温高压燃气图13－3－4
8．（多选）四冲程汽油机做功冲程中，汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动。
在活塞向下运动的过程中，气缸内气体的（ ）
A．内能减少B．温度降低C．密度增大D．分子热运动加快
9．一台单缸四冲程柴油机，它的转数是800r/min，做功冲程时推动活塞一次做功1500J，那么这台柴油机的功率是（ ）
A．10kW B．15kW C．20kW D．120kW
10．小临同学通过观察发现，汽车的排气管位于汽车的底盘下面；他通过查阅有关资料还了解到，汽车发动机内的燃料燃烧时产生的内能除了一部分转化为机械能之外，还有相当一部分直接从排气管中由烟气带走了。
如果这部分能量能利用起来该有多好啊！
小明想到了一个办法：
如图12－3－5所示。
将原来直的排气管中部制成螺旋形，让这段螺旋管通过水箱中的水，
这样，司机劳累一天后，就可以享用这些热水了，真是一举两得！
图12－3－5
（1）小明的设计中，通过水箱中的那段排气管制成螺旋状的好处是____。
（2）排气管中烟气的内能以____的方式转移到水箱中的水中，从排气管管口排出的烟气温度对比改进前要__（填“高”或“低”）。
第四节__热机效率和环境保护__
第1课时 热值
燃料的热值
定 义：
不同燃料燃烧释放能量的能力是不同的，____，叫做这种燃料的热值。
热值用__表示，单位是__。
气体燃料的热值单位通常用__。
说 明：
热值是用来表示燃料燃烧释放能量的能力大小的物理量，同种燃料的热值是相同的，与燃料质量无关。
公 式：
____。
类型之一 理解热值
[2014·厦门]“可燃冰”作为新型能源，有巨大的开发潜力。
同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，这表示“可燃冰”的（ ）
A．热量很大 B．温度很高
C．热值很大D．比热容很大
类型之二 理解热效率
[2014·昆明]已知天然气的热值为4.0×107J/m3，完全燃烧2.1m3的天然气可以获得__J的热量。
不计热量损失，这些热量可以使500kg的水，温度升高____℃。
[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
每到夏收季节，大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，这不仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等。
为解决这一问题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料——秆浆煤。
若燃烧秆浆煤（热值为2.4×107J/kg），使50kg、20℃的水温度升高到80℃。
求：
（1）水需要吸收的热量；
（2）如果秆浆煤燃烧释放的热量有30%被水吸收，需要完全燃烧多少千克秆浆煤？
1．四口之家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量分别为：
木柴约200kg，烟煤约80kg，液化石油气约30kg，煤气约60kg。
这四种燃料中热值最高的是（ ）
A．液化石油气 B．煤气C．烟煤D．木柴
2．[2014•漳州]现代火箭用液态氢作燃料，是因为液态氢具有（ ）
A．较大的热值B．较高的凝固点C．较低的沸点D．较大的比热容
3．干木柴的热值是1.2×107J/kg，它的物理意义是____。
要放出3.6×107J的热量，需要完全燃烧____kg的干木柴。
4．焚烧生活垃圾放出的热量用来发电，是综合利用垃圾的一种方法，据资料显示，仅2014年全国城市生活垃圾就达1.5×108t。
若焚烧1t垃圾可放出1.5×1010J的热量，如果将2014年我国的城市生活垃圾全部焚烧，则放出的热量是___J，它相当于____kg煤炭完全燃烧放出的热量（煤炭的热值为3.0×107J/kg）。
1．一箱汽油用掉一半后，剩下的一半汽油与原来一箱汽油相比较（ ）
A．质量变为原来的一半B．比热容变为原来的一半
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