第2课时内能及内能的利用老师用.docx

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第2课时内能及内能的利用老师用

兴贤教育初三物理：

内能及内能的利用

第十三章内能的知识点

一、分子热运动

1、分子运动理论的基本内容：

物质是由分子和原子组成的；分子不停地做无规则运动；

2、分子间存在相互作用的引力和斥力。

3、扩散现象：

不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象叫扩散。

气体、液体、固体均能发生扩散现象。

扩散和分子的热运动的快慢与温度有关。

扩散现象表明：

一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动，并且间接证明了分子间存在间隙。

4、分子间的相互作用力既有引力又有斥力，引力和斥力是同时存在的。

当两分子间的距离减小时表现为斥力；当两分子间的距离增大时表现为引力；

当分子间的距离很大时，分子间的相互作用力可近似认为分子间无相互作用力。

5、固体分子间的距离很小，分子间的相互作用力很大；

液体分子间的距离较小，分子间的相互作用力较大；

气体分子间的距离很大，分子间的相互作用力很小；

二、内能的概念：

1、内能：

物体内部所有分子由于热运动而具有的动能，以及分子之间势能的总和叫做物体的内能。

2、物体在任何情况下都有内能：

既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。

无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。

3、影响物体内能大小的因素：

①温度：

物体的内能跟物体的温度有关，同一个物体温度升高，内能增大；温度降低，内能减小。

但内能增大（减小），温度不一定升高（降低）。

②质量：

在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大。

③材料：

在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同。

④存在状态：

在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。

4、内能与机械能的区别：

（1）机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关

（2）内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。

内能大小与分子做无规则运动快慢及分子间的相互作用有关。

这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。

三、内能的改变：

1、内能改变的外部表现：

（1）物体温度升高（降低）物体内能增大（减小）

（2）物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）内能改变。

2、改变物体内能的方法：

做功和热传递。

A、做功改变物体的内能：

①做功可以改变内能：

对物体做功，物体内能会增加。

物体对外做功，物体内能会减少。

②做功改变物体内能的实质：

内能和其他形式的能的相互转化

B、热传递可以改变物体的内能。

（1）热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递

的现象。

（2）热传递的条件：

物体之间有温度差，高温物体将能量向低温物体传递，直至各

物体温度相同（即达到热平衡）。

（3）热传递的方式是：

传导、对流和辐射。

（4）热传递改变物体内能的实质：

热传递的实质是内能的转移。

而不是温度。

（5）热传递过程中：

低温物体吸收热量，温度升高，内能增加；高温物体放出热量，温度降低，内能减少。

（6）热量：

热传递过程中，传递的能量的多少叫热量。

热量的单位：

焦耳（J）。

用符号Q表示。

3、做功和热传递改变内能的区别：

由于做功和热传递在改变物体内能上产生的效果相同，所以说做功和热传递改变物体内能上是等效的。

但做功和热传递改变内能的实质不同，前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。

四、比热容

1．定义：

单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃吸收（放出）的热量叫做这种物质的比热容，简称比热。

用符号C来表示。

比热容是为了比较不同物质的吸、放热能力而引入的一个物理量。

2.单位：

比热的单位是J／（kg•℃），读作焦耳每千克摄氏度。

3.比热容的特性

①比热容是物质自身性质之一，不同物质的比热容一般不同，它反映了不同物质吸、放热本领的强弱，利用物质的这种性质可以鉴别物质。

②对于同一种物质，比热容的值还与物质的状态有关，同一种物质在同一状态下的比热容是一定的，但在不同状态下，比热容是不同的。

③比热容不随物质的质量、吸收（或放出）热量的多少及温度的变化而变化；只要是相同的物质，不论形态、质量、温度高低、放置地点如何，比热容一般都相同。

4.比热容的理解

（1）质量和初温都相同的不同物质，吸收相同的热量，比热容大的物质温度变化小，温度上升速度慢，比热容小的物质温度变化大，温度上升速度快。

（2）质量和初温都相同的不同物质，上升（下降）相同的温度，比热容大的物质吸收的热量多，所用时间相对多些，比热容小的物质吸收的热量少，所用时间相对少些。

5.水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），其物理意义是：

质量为1kg的水温度升高（或降低）1℃时所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。

水的比热最大。

水和干泥土相比，在同样受热或冷却的情况下，吸收或放出的热量相同，水的温度变化比干泥土小。

因此，在受太阳照射的条件相同时，内陆地区的夏季比沿海地区炎热，冬季比沿海地区寒冷，在一天之内气温的变化也较大。

因为水的比热大，在生活中往往用热水取暖，也可以用循环流动的水来冷却。

五、热量的计算

1、物体吸收热量的计算公式：

Q吸=cm（t-t0）；

物体放出热量的计算公式：

Q放=cm（t0-t）。

公式中，t为末温，to为初温，上式中的质量m的单位必须是kg。

2、热平衡

两个温度不同的物体放在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温度升高。

若放出的热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。

用公式表示为Q吸=Q放。

第十四章内能的利用

一、内能的利用、热机

（一）、内能的获得——燃料的燃烧

燃料燃烧：

化学能转化为内能。

（二）、热值

1、定义：

1kg（1m3）某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

用符号q表示。

2、单位：

J/kg（固体、液体）,J/m3（气体）

3、关于热值的理解：

①　某种燃料：

说明热值与燃料的种类有关。

完全燃烧：

表明要完全烧尽。

②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。

③同种燃料的优劣，取决于它们的热值。

3、公式：

Q＝mq（q为热值）。

实际中，常利用Q吸＝Q放即cm（t-t0）=ηqm′联合解题。

4、酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：

1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。

5、火箭常用液态氢做燃料，是因为：

液态氢的热值大，体积小便于储存和运输

（三）、内能的利用

1、内能的利用方式：

⑴利用内能来加热；从能的角度看，这是内能的转移过程。

⑵利用内能来做功；从能的角度看，这是内能转化为机械能。

2、热机：

定义：

将燃料燃烧放出的内能转化为机械能的装置。

3、内燃机工作原理：

将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来推动活塞做功，将内能转化为机械能，实现对外做功。

它主要有汽油机和柴油机。

4、内燃机大概的工作过程：

内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：

吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。

另外压缩冲程将机械能转化为内能。

5、热机的效率：

热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

公式：

η=Q有用/Q总=Q有用/mq

提高热机效率的途径：

使燃料充分燃烧;尽量减小各种热量损失;机件间保持良好的润滑、减小摩擦。

6、汽油机和柴油机的比较：

汽油机

柴油机

不

同

点

构造：

顶部有一个火花塞。

顶部有一个喷油嘴。

吸气冲程

吸入汽油与空气的混合气体

吸入空气

点燃方式

点燃式

压燃式

效率

低

高

应用

小型汽车、摩托车

载重汽车、大型拖拉机

相同

一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。

二、能量守恒定律

1、自然界存在着多种形式的能量。

如内能，机械能，电能，光能，核能，化学能等。

2、在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移。

在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。

运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。

在这种转移的过程中能量形式没有变。

3、在自然界中能量的转化也是普遍存在的。

小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。

4、能量守恒定律：

能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。

2014年内能及内能的利用中考题集锦

1、（2014·烟台）图甲所示的实验现象说明　分子不停地做无规则运动　．图乙所示的实验现象说明　分子间存在引力　．图丙所示的实验现象说明　温度越高分子运动越剧烈　．

2、（2014·烟台）近年来，烟台市大力发展清洁能源产业，尤其是风电发展尤为迅速，目前，烟台并网运行的风电场达28座．风机900余台，授产的风电装机容量为130万千瓦，预计年发电量2.7×108kW•h，相当于完全燃烧　3.24×107kg　煤放出的能量．（煤的热值3.0×107J/kg）

分析：

知道年平均发电量（完全燃烧标准煤所释放的能量）和标准煤的热值，利用Q放=mq求需要标准煤的质量．

解答：

由题知，Q放=W电=2.7×108kw•h=9.72×1014J，q=3.0×107J/kg，

∵Q放=mq，

∴需要标准煤的质量：

m==

=3.24×107kg．

故答案为：

3.24×107kg．

3、（2014·烟台）请你利用学过的物理知识解释两位同学的取暖方式（如图）有何不同．

分析：

本题抓住改变物体内能有两种方式：

做功和热传递．做功主要有摩擦生热和压缩气体做功，热传递有传导、对流和辐射三种方式．

解答：

答：

改变物体内能有两种方式：

做功和热传递．哈气取暖是通过热传递使手的内能增大温度升高；搓手是通过摩擦做功的方式使手的内能增加温度升高．

4、（2014·烟台）在“探究水和食用油吸热能力”的实验中，小明猜想物体温度升高吸收热量的多少可能与质量和物质的种类有关，为了验证猜想，同组的同学经过讨论，制定了两个方案：

a．让研究对象升高相同的温度，然后比较它们吸收热量的多少．

b．让研究对象吸收相同的热量，然后比较它们升高温度的高低．

（1）实验室准备了两个规格相同的电加热器、两支温度计、烧杯、秒表、适量的水和食用油，为了完成实验，还需要　天平　．

（2）两方案中水和食用油吸热多少是通过　加热时间　来反映的．

（3）从两个方案中任选一个设计实验数据记录表．

分析：

（1）比较水和食用油的吸热能力，要控制水与油的质量相等，需要用天平测质量；

（2）吸收热量的多少可以用加热时间的长短来体现出来．相同的热源在相同的时间内放出的热量相等，加热时间越长说明吸收热量越多．

（3）物体温度升高吸收热量的多少可能与质量、物体升高温度的高低和物质的种类有关，设计实验时用好控制变量法．

解答：

（1）实验还需要用天平测水与油的质量．

（2）相同的酒精灯加热相同的时间，酒精灯放出的热量就是相等的，水和食用油吸收的热量也就是相等的，水和食用油吸热的多少是通过加热时间来反映的．

（3）①探究与物质的种类的关系，要控制水和食用油升高的温度和质量相同，然后比较需要加热时间的长短，若加热时间相同，说明物体吸收的热量与物质的种类无关，若加热时间不同，说明物体吸收的热量与物质的种类有关；

表1：

让研究对象升高相同的温度

②给质量相同的水和食用油加热相同的时间（物体吸收的热量相同），比较升高温度的高低，若相同，说明相同质量的不同的物质，吸收相同的热量，温度变化相同，若不相同，说明相同质量的不同的物质，吸收相同的热量，温度变化不相同；

表2：

让研究对象吸收相同的热量

故答案为：

（1）天平；

（2）加热时间；

（3）让研究对象升高相同的温度，然后比较它们吸收热量的多少，设计表格如图1．

5、（2014•资阳）关于燃料的热值下列说法正确的是（　　）

A．

燃料的热值与燃料的燃烧情况有关

B．

容易燃烧的燃料的热值一定大

C．

煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多

D．

0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大

分析：

热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关．

解答：

解：

A、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，故A错误；

B、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料是否容易燃烧无关，故B错误；

C、燃料燃烧放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料不一定放出的热量多，故C错误；

D、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，因此0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大，故D正确．

故选D．

6、（2014•资阳）在热机的四个冲程中，把机械能转化为内能的是　压缩　冲程．

分析：

热机是将内能转化为机械能的机器，它的一个工作循环包括四个冲程：

吸气、压缩、做功、排气冲程，其中压缩冲程是将机械能转化为内能；做功冲程是将内能转化为机械能．

解答：

解：

在内燃机的压缩冲程中，活塞压缩气体做功，使气体的内能增大，温度升高，机械能转化为内能．

故答案为：

压缩．

7、（2014•株洲）在火电站内，燃料的化学能经锅炉、蒸汽轮机和发电机最终转化为电能．蒸汽轮机的作用是将内能转化为机械能．若锅炉、蒸汽轮机和发电机的效率分别为50%、70%和80%，则火电站的效率为28%．

分析：

在汽轮机中，内能再转化为机械能；知道锅炉、蒸汽轮机和发电机的效率，根据效率公式求出火电站的效率．

解答：

蒸汽轮机的作用是将内能转化为机械能；

已知锅炉、蒸汽轮机和发电机的效率分别为η1=50%、η2=70%和η3=80%，所以火电站的效率为η=η1η2η3=50%×70%×80%=28%．

故答案为：

内；28%．

8、（2014•永州）下列机械不是利用内能做功的是（　A　）

A．

电动机

B．

柴油机

C．

蒸汽机

D．

汽油机

分析：

要解答本题需掌握：

内能和机械能的相互转化，利用内能来做功就是内能转化为机械能．

解答：

解：

柴油机、蒸汽机、汽油机都是利用热机工作的，都是利用内能转化为机械能来做功的．而电动机是利用电能转化成机械能的．

9、（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表，并在图乙中作出沙子升高的温度随时间变化的图线．

加热时间/min

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

温度/℃

水

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

沙子

4.3

7.9

15.2

18.4

21.5

（1）用温度计测量水的初温如图甲所示，其读数为　18　℃．

（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　吸收的热量　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．

（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　沙子受热不均匀　．

（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△t为横坐标，分别画出50g水和100g水的Q﹣△t图象．它们都是过原点的直线，即Q=k△t．进一步分析，发现这两条直线的k值与对应水的　质量　之比相等．

分析：

（1）使用温度计测量液体温度时，先要弄清楚温度计的量程和分度值，读数时视线与液柱最高处所对刻度相垂直，并注意区分温度是零上还是零下．

（2）为了使水和沙子在相同时间吸收相同的热量，实验中，要用两个火焰相同的酒精灯，分别给水和沙子加热；

（3）在图象中找出表格中的数据所对应的点，然后用平滑的曲线连接；

（4）沙子受热不均匀，会导致沙子的温度变化不均匀．

（5）根据Q=cm△t可知，Q=k△t中的k=cm，据此推导得出结论．

解答：

解：

（1）由图知：

温度计的分度值为1℃；“20”在“10”的上方，液柱最高处在两者之间，所以显示的温度高于0℃，为18℃．

（2）小杰选用了两个火焰相同的酒精灯，分别给水和沙子加热，这样做的目的是使水和沙子在相同时间吸收相同的热量；

（3）水升高的温度随时间变化规律的图线如图：

（4）由于沙子在1.0～1.5min内受热不均匀，会导致沙子升高的温度有明显异常；

（5）根据Q=cm△t可知，Q=k△t中的k=cm，则有k1=cm1，k2=cm2，

∵

=

，∴

=

，即这两条直线的k值与对应水的质量之比相等．

故答案为：

（1）18；

（2）吸收的热量；（3）图象如上图；（4）沙子受热不均匀；（5）质量．

10、（2014•江西）莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的．这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW•h），已知汽油的热值为4.6×107J/kg．（温馨提示：

最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/（kW•h）表示获得1kW•h能量消耗0.2kg汽油）．

求：

（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？

（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？

（结果保留整数）

分析：

（1）根据Q=mq求出汽油完全燃烧时放出的热量；

（2）根据题意可知消耗0.2kg汽油获得的能量，根据η=

求出发动机的效率．

解答：

解：

（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量：

Q放=mq=0.2kg×4.6×107J/kg=9.2×106J；

（2）根据题意可知，完全燃烧0.2kg汽油获得的能量为W=1kW•h=3.6×106J，

汽车发动机的效率：

η=

×100%=

×100%≈39%．

答：

（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为9.2×106J；

（2）该汽车发动机的效率最高可达39%．

　11、（2014•临沂）为了比较水和煤油的吸热能力，江涛用两个相同的装置做了如图所示的实验．

（1）在两个相同的烧杯中应加入初温相同、　质量　相同的水和煤油；

（2）实验中搅拌器的作用是：

使液体　受热均匀　；选用相同酒精灯加热的目的是：

使水和煤油在相同时间内　吸收相同的热量　；

（3）实验中发现煤油的温度比水的温度升高得　快　（选填“快”或“慢”），这表明　水　吸热本领更强．

分析：

（1）判断水与煤油的吸热本领的大小，可以判断两种物质在吸收相同热量的情况下，升高温度的多少．温度升高较多的，则比热较小；为了达到此目的必须控制所用的物质的质量相等、初温相同，所用仪器相同；

（2）实验中不断地用搅拌器搅拌，目的是使得物质受热均匀；选取相同的酒精灯的目的是相同的时间内提供的热量相同；

（3）加热相同的时间，质量相同的水和煤油，由于煤油的吸热本领小，所以煤油升高的温度更高．

解答：

解：

（1）在此实验中，为了比较水和煤油吸热本领的大小，我们可以加热相同的时间，观察升高的温度的不同；也可以让它们其升高相同温度，比较加热时间，来比较它们吸热本领的大小．为了达到实验目的前提条件是：

在两个相同的烧杯中应加入初温相同、质量相同的水和煤油；

（2）实验中不断地用搅拌器搅拌，目的是使得物质受热均匀；选取相同的酒精灯的目的是相同的时间内提供的热量相同；

（3）因为煤油比水的吸热本领小，所以加热相同的时间，它们吸收相等热量时，质量相同的水和煤油，煤油升高的温度更高．

故答案为：

（1）质量

（2）受热均匀；吸收相同的热量；（3）快；水．

12、（2014•绵阳）如图所示，是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值　小于　B燃料的热值（选填：

“大于“、”小于”或“等于”）．在标准大气压下，若一定质量的B燃料完全燃烧释放的热量为4.9×106J，其中有60%的热量被质量为10kg、初始温度为38℃的水吸收，C水=4.2×103J/（kg•℃），则水的温度将升高　62　℃．

分析：

（1）单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值，在图象上取某一质量m0，比较相应的Q值，从而比较这两种燃料的热值大小．

（2）知道水的质量、水的比热容，根据Q放=Q吸=cm△t可计算水升高的温度．（注意水的末温为100℃，水沸腾时，吸热但温度不变）．

解答：

解：

（1）取相同质量m0，由图可知，QB＞QA，

∵q=

，

∴qB＞qA．

（2）水吸收的热量：

Q吸=Q放η=4.9×106J×60%=2.94×106J；

∵Q吸=cm△t，

∴水升高的温度：

△t=

=

=70℃，

水的末温t=t0+△t=38℃+70℃=108℃，

在一标准大气压下水的沸点是100℃，水的温度升高到100℃，温度不再变化，

因此水的温度将升高100℃﹣38℃=62℃．

故答案为：

小于；62．

13、（2014•玉林）某团队在海拔3000多米高山上野营时，使用铁锅烧水，他们发现把体积为2L的水从10℃加热到85℃时，共消耗了5kg的干木柴，已知水的比热容为4.2×103J/（kg．℃），干木柴的热值为1.2×107J/kg）．求：

（1）干木柴完全燃烧放出的热量．

（2）水吸收的热量．

（3）铁锅烧水的效率．

（4）他们也发现在高山上用铁锅煮马铃薯时，尽管锅里的水哗哗地沸腾了很长时间．马铃薯还是煮不软，为什么？

分析：

（1）由燃烧值公式Q放=mq可以求出木柴释放的热量．

（2）已知水的体积可求得其质量，知道初末温度，由热量公式Q吸=c水m（t﹣t0）可以求出水吸收的热量．

（3）由效率公式η=

×100%可以求出炉子的效率．

（4）海拔高度越高，气压越低，沸点越低．

解答：

解：

（1）干木柴完全燃烧放出的热量

Q放=mq=5kg×1.2×107J/kg=6×107J，

（2）由ρ=可得水的质量m=ρV=2×10﹣3m3×1.0×103kg/m3=2kg，

水吸收的热量：

Q吸=c水m（t﹣t0）

=4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（85℃﹣10℃）=6.3×105J，

（3）η=

×100%=

×100%=1.05%．

（4）水沸腾了很长时间马铃薯还是煮不软，这是因为海拔高度越高，气压越低，气压低，沸点降低，所以不易把马铃薯煮软．

答：

（1）干木柴完全燃烧放出的热量为6×107J．

（2）水吸收的热量为6.3×105J．

（3）铁锅烧水的效率为1.05%．

（4）因为海拔高度越高，气压越低，气压低，