一、内能
(一)内能与温度的关系
1. 物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和,叫做物体的内能。 2. 任何物体在任何情况下都有内能。
3. 影响内能的因素:________、________、材料。
在物体的质量、材料、状态相同时,物体的温度越高,物体内能________。 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_________。 4. 物体内能与温度关系:
A. 物体温度升高,说明物体内能______;物体温度降低,说明物体内能______。
B. 内能改变,温度不一定变化。例:晶体熔化、凝固、沸腾过程中,物体的内能发生了改变,但是温度不变。
C. 温度变化,内能一定改变。 (二)改变物体内能的方法:做功和热传递。 1. 热传递:高温 热量 低温。 热传递传递的是内能(热量)。
实质:内能的转移 例如:发烧的病人额头敷冷毛巾。 条件:存在温度差 例如:右图,烧杯中的水不沸腾,因为没有温度差。 2. 做功:外界对物体做功物体内能会______。物体对外做功物体内能会减少。
实质:内能和其他形式的能的相互转化。
如右图甲:压活塞,筒内浸有乙醚的棉花燃烧,请用科学知识解释。
如有图已:当塞子跳起时,瓶口出现白雾,请用科学知识解释。
注:如果仅通过做功改变内能,可以用做功多少度量内能的改变大小。
例题分析:右图是内燃机的压缩冲程,活塞压缩气体的整个过程中,活塞对气体的平均压力为1000N,活塞移动的距离为0.4m,则内燃机内其他增加的内能为多少?(假设能量转化过程中没有能量散失)
(三)例题分析:
1.关于温度和热量的概念,下面说法正确的是 [ ] A高温物体含有的热量比低温物体多. B高温物体放出的热量比低温物体多.
C高温物体温度下降是因为它的一部分温度传递到低温物体上去了 D在热传递过程中,若与外界不进行热交换,高温物体放出的热量一定等于低温物体吸收的热量. 2. 若一物体放出热量,那么它的温度将 [ ]
A.一定降低 B.一定不变 C.可能不变 D.可能升高.
3.关于热量和温度关系的正确说法是 [ ]
A. 温度高的物体放出的热量一定多. B.一个物体的温度下降越多,放出的热量就越多. C.物体吸收热量,温度一定升高. D.物体所具有的热量和温度成正比.
二、比热容及热量计算 (一)比热
1. 牢记一句话:比热大的物质,温度变化慢,水的比热最大。
2. 比热容的大小与物体的种类、状态有关,与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。 3. 水常用来调节气温、取暖、作冷却剂、散热,是因为水的比热容大。
例如:海陆温度特点:白天陆地温度高,海水温度低;夜晚陆地温度低,海水温度高。 4. 比较比热容的方法:
质量相同,升高温度相同,比较吸收热量多少(加热时间):吸收热量多,比热容大。 质量相同,吸收热量(加热时间)相同,比较升高温度:温度升高慢,比热容大。 5. 例题分析
(1)A、B两种物质,比热容关系是CA>CB,则下列说法中正确的是( ) A 、都升高 20℃,A吸收的热量一定较多 B、都降低10℃,B放出的热量一定较多
C 、质量相同的情况下,都升高 5℃,B吸收的热量一定较多 D、质量相同的情况下,都降低5℃,A放出的热量一定较多 (2)下列有关热的说法正确的是( ) A.晶体在熔化过程中温度不变,内能也不变 B.用水作汽车冷却液,是因为水的比热容大
C.内燃机的压缩冲程,主要是用热传递的方法增加了气缸内的物质的内能
D.柴油机的效率比汽油机的效率高,是因为柴油的热值比汽油的热值大 (3)一瓶酒精用去一半后,剩下的酒精( )
A.热值不变,比热容减小一半 B.热值不变,比热容不变 C.热值和比热容都减小一半 D.热值减小一半,比热容不变 (二)热量计算
1. 温度升高时用:Q吸=cm(t-t0) 温度降低时用:Q放=cm(t0-t) 只给出温度变化量时用:Q=cm△t
Q——热量——焦耳(J); c——比热容——焦耳每千克摄氏度(J/(kg·℃)); m——质量——千克(kg); t——末温——摄氏度(℃); t0——初温——摄氏度(℃) 注: 用公式求液体温度时,一定要注意液体的沸点:求出水的温度为105℃,但最终结果应该是100℃。 审题时注意“升高(降低)到10℃”还是“升高(降低)了10℃”,前者的“10℃”是末温(t),后面的“10℃”是温度的变化量(△t)。
2. 例题分析
(1)甲乙两物体质量相等,甲物体温度降低20℃,乙物体温度升高15℃时,乙物体吸收热量是甲物体放
出热量的2倍,甲乙两物体比热比是( ) A.3:8 B.8:3 C.4:3 D.3:2 (2)A、B两物体的温度相同,A的质量是B的2倍,A的比热是B的1/4,它们吸收相等的热量后再接触,则热量将从_______物体传递给______物体.
(三)燃料燃烧和热机
1. 燃料的热值(q)定义:单位质量(1kg)某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值 q汽油=4.6×107 J/kg意义:意义是1 kg汽油完全燃烧放出的热量是4.6×107 J 注意:燃料的热值大小只与燃料的种类有关,与燃料的质量、燃烧状况等无关。 2. 燃料燃烧的放热公式: 燃烧固体或液体燃料放出的热量:Q放=qm
燃烧气体或液体燃料放出的热量:Q放=qv
(Q---燃料燃烧的放出的热量,q---燃料的热值,m---燃料的质量,v---燃料的体积) 3. 燃料燃烧产生的内能利用:1、直接加热物体(如煮饭烧菜);2、利用内能做功(如各种热机) 4. 热机 蒸汽机 汽轮机
喷气发动机 内燃机:汽油机、柴油机 5.内燃机相关知识:
一次工作:___个冲程;对外做功____次;转轴转____圈。
动力的获得:只在做功冲程获得动力,其他三个冲程靠飞轮的惯性完成
能量的转化:
压缩冲程:活塞对混合物做功,活塞的机械能转化为混合物的内能; 做功冲程:高温高压气体对活塞做功,气体的内能转化为活塞的机械能; 6. 例题分析
(1)摩托车上的热机工作时提供动力的冲程是( )
A.吸气冲程 B .压缩冲程 C .做功冲科 D .排气冲程
(2)汽油机,飞轮的转速为1800r/min,则此汽油机每秒钟内完成______个冲程,做了______次功。 (3)某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm2 ,做功冲程中活塞移动的距离是30cm,气体的平均压强是5×105 Pa。汽油的热值是4.6×107 J/kg,每次做功耗油0.2g,气体一次膨胀对活塞做的功是_________J;若每次做功过程中汽油完全燃烧,每次汽油燃烧放出的热量是_________J
(四)效率问题 1. 内燃机效率
有用=输入= 内W Fs燃Q机 mq其他= 例题分析:
若一辆汽车发动机功率为25kw,效率是25%。当油箱中还剩10kg汽油时,汽车以36km/h的速度前进(汽油的热值是4.6×107J/kg).问: (1)汽车匀速行驶时受到的阻力位多大? (2)汽车还可以行驶多少路程?
2. 燃烧效率(燃气热水器效率) Q有用= cm(tto)输入= 燃Q 气 mq热水器
其他= 例题分析:
某家庭用燃气热水器将质量为100kg、温度为20℃的自来水加热到50℃,消耗的天然气体积为1m3 (假设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg.℃),天然气的热值为3.2×107 J/m3 求:(1)天然气完全燃烧放出的热量; (2)水吸收的热量; (3)该热水器工作的效率。
为体现低碳经济的理念,上海世博会充分利用太阳能发电技术,其主题馆屋面太阳能板的面积 达3×104m2,年发电量1.08×1013J若这些电能由火力发电站提供(煤的热值为3×107J/kg,煤完全燃烧释放的内能转化为电能的效率是30%),则仅此一项每年可节约煤炭的质量为( ) A.2.0×104kg B.1.2×105kg C.3.6×105kg D.1.2×106kg
3. 太阳能热水器效率
有用=输入= 太阳Q cm(t能Qto) 热 Q水器 其他= 例题分析:
简易太阳能热水器的受光面积2m2 ,内装80kg水,太阳每分钟辐射到1m2面积上的热量是8×104J,如果60%的热量被水吸收,问:20℃的水晒3h后水温升高到多少摄氏度?(水的比热容是4.2×103J/(kg·℃))
有用=输入= 电水4. 电热水器效率Q cm(tto)cm(tto)热器WPtUIt 其他= 太阳能热水器是利用太阳能来对水加热的一种设备。小新同学家有一台太阳能热水器安装在离地面10米高的屋顶上,现需要将初温为10℃100kg的水,加热到60℃,则:(g取10N/kg)
(1)这些水要从太阳那里吸收多少热量? (2)下雨时,改用热水器中的电辅助设备加热,其电辅助加热设备的功率为1500W,热效率是70%,若不计热损失,加热这些水需要多长时间?
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