初中物理热学的几个问题.doc

有关热学问题一、走出理解内能的误区内能是初中热学部分的重要概念之一，是初中物理教学中的一个难点。由于内能的概念很抽象，并且与温度、做功、热传递之间存在着较为复杂的关系，所以学生对于内能概念的理解往往是片面的，表现在处理具体问题时常有顾此失彼和捉摸不定的感觉。本文对于理解内能的常见误区进行简要分析，供参考。误区一：关于“吸收热量和温度”由于受到生活“经验”的干扰，大多数学生都认为“物体吸收热量温度一定升高”。部分学生能够理解“物体吸收热量温度可以保持不变”，但是很少学生对“物体吸收热量温度可以降低”表示认同。事实上，在不涉及做功的情况下，物体吸收热量有的温度升高，还有的可以不变或降低。例如，一般情况，物体吸收热量温度升高。但是晶体熔化、液体沸腾的过程中吸收热量温度保持不变；汽化、升华的过程中吸收热量的物体温度降低，汽化、升华的物理过程都有致冷作用。误区二：关于“温度和内能”教材中介绍物体的内能和温度有关，温度越高，物体内部分子的热运动越剧烈，物体的内能就越大。所以学生容易产生“物体的温度不变，内能也就保持不变”的错误认识。物体的温度变化，内能一定变化。但是物体的温度不变，内能可以不变，也可以增加，还可以减小。例如，一般情况下，物体的温度不变，内能不变；但是晶体在熔化过程中，吸收热量，温度保持不变，内能增加；相反在凝固过程中，放出热量，温度保持不变，内能减小。误区三：关于“做功、热传递和内能”1改变物体的内能有两种方式；做功和热传递，并且做功和热传递对于改变物体的内能是等效的。初中学生的思维缺乏严密性，在解决具体问题时往往顾此失彼。例如，认为“物体吸收热量内能一定增加，物体对外做功内能一定减小”等。2因为热传递是内能间的转移，所以在没有做功的参与情况下，物体吸收热量内能一定增加，放出热量内能一定减小；但是在没有热传递的情况下，外界对物体做功，物体的内能不一定增加，即机械能不一定转化为内能。例如，用力提起物体，对物体做功使得物体的机械能增加，而内能本身没有变化。如果是做功使物体内能变化。外界对物体做功物体的内能增加，物体对外界做功内能减小。常见做功使物体内能增加的情况有：压缩气体做功，克服摩擦做功。物体对外做功使物体内能减小的情况是气体膨胀对外做功。误区四：关于“热量和内能”有的学生认为“热量就是内能”。热量和内能是两个不同的物理量。热量是在热传递过程中传送能量的多少，是一个过程量，只有在热传递的过程中才有意义。不能说“物体含有热量，具有热量”。内能是物体内所有分子做无规则运动的动能和分子间相互作用的势能的总和，它和物体的质量、温度等因素有关。一切物体都有内能。误区五：关于“机械能和内能”1部分学生认为“物体的运动速度越大，它的内能就越大”这个错误认识是由于学生没有把宏观概念和微观概念区分开的缘故。物体宏观的机械运动情况决定物体的机械能，物体微观的分子热运动和分子间的相互作用决定物体的内能。所以物体的运动速度和它的内能没有直接的关系。2一个物体的内能减少，一定有另一个物体的内能增加”。这个错误的产生反映学生对于能量之间的转化或转移关系模糊不清，可以从以下几个方面来认识：首先，机械能和内能可以相互转化，主要通过做功来实现。例如，物体沿粗糙的斜面滑下；流星坠落和大气层摩擦等情况下机械能都减小转化为物体间的内能。再如，壶内热汽推动塞子运动，自身内能减小，转化为塞子的机械能。其次，有时机械能不转化为内能。例如，人造卫星在大气层外运动；忽略空气阻力的物体的下落运动都只有动能和势能间的相互转化，而机械能的总量保持不变，不转化为内能。再次，物体的内能减少，可以转化为机械能或其他形式的能。例如，热蒸汽膨胀推动活塞运动，对外做功，自身内能减小，部分转化为活塞的机械能。部分转化为活塞的内能。二、热现象应用型问题赏析研究物理、学习物理最终目的就是为了应用，新的课程标准的一个基本的理念也是“从生活走向物理，从物理走向社会”。因此，近年来各地的考题中应用型问题越来越多，下面就举出几个例子与同学们共同赏析。例1（04桂林）某市今年春季出现严重干旱，为了缓解旱情，多次实施人工降雨。用火箭弹把干冰（固态二氧化碳）投撒到高空，干冰进入云层时，很快 ，成为气体，并从周围吸收大量的热，空气的温度急剧下降，使空中许多水蒸气成小冰粒，这些小冰粒逐渐变大而下降，遇到暖气吸热而变为雨点落到地面上。（填写物态变化名称）解析：本题考查物态变化的名称。固体直接变化为气体是升华，气体直接变化为固体是凝华，固体变化为液体是熔化。因此本题的答案是：升华、凝华、熔化。例2（04黄冈）夏季，农户家常用一种没有烧过的黏土做的茶壶。观察发现，装水后，壶的外壁总是湿漉漉的。请分析这种茶壶能使里面的凉茶水变得更凉的原因是。你认为茶壶放在地方变凉效果会更好。解析：本题考查蒸发制冷和加快蒸发的方法。这种茶壶能使里面的凉茶水变得更凉的原因是：外壁潮湿，水不断蒸发，从壶内吸收热量，就可以使壶内的水变凉。要加快液体的蒸发，可以升高液体的温度、增大液体的表面积或者加快液面的气流，但是，如果将壶放在温度高的地方，水的温度也会升高，所以是步可取的，因此，壶应该放在通风、阴凉的地方。解这类题目一定要联系实际全面考虑，不能死搬硬套。例3（04大连）冬天，地处北部山区的一些居民，为了室内的保温，常把纸条粘在窗缝处，俗称“溜窗缝”。为了使纸条不因潮湿而脱落，通常把纸条粘在室外窗缝处。请你用学过的物态变化知识解释：为什么不把纸条粘在内窗缝处？解析：这是一道有关文字的信息型应用题。从题干的叙述可以得出这样的信息：纸条不粘在室内主要是为了防止纸条潮湿而脱落，即室内的窗玻璃上会有水。根据这一信息，我们不难得出答案：之所以不把纸条粘在室内是因为：冬季室内温度比室外高，当室内空气中水蒸气遇到较冷的窗玻璃，就会液化成小水珠，若把纸条粘在室内窗缝处，纸条很容易受潮脱落；冬季室内外温差很大，室内空气中的水蒸气遇到很冷的窗玻璃会凝华成“窗花”，当温度升高时，“窗花”熔化成水，若把纸条粘在室内窗缝处，很容易受潮脱落。例4（04黑龙江）小明和小红都想帮妈妈煮粥。小明认为粥锅里的水烧开后，可继续将火烧得很旺，煮得满锅沸腾，这样会很快将粥煮好；小红则认为，沸腾后应改用小火，盖是锅盖，让锅内微微沸腾，将粥煮好。你认为谁的想法更合理，请说明理由。解析：粥沸腾后，不论是用大火或者小火给粥加热，粥的温度都不会改变。如果火太大粥就会因为沸腾太剧烈而溢出锅外，同时，由于锅中水是汽化太快，还会使粥很快煮干；反之，如果用小火，它加热煮粥的效果和大火差不多，而又不会使沸腾太剧烈，还可以节约能量。因此，小红的想法更合理。例5人们在炒菜时有一句俗语：“加火不如加盖”，意思是说为了使烹调的食物熟得快些，两种措施中应该首选“加盖”。请你说出其中运用到的两个物理知识及作用。解析：之所以首选“加盖”是因为：a、加盖能够使锅内气体压强增大，使水的沸点升高，加快热传递，使菜熟得快些；b、加盖减慢了液体表面的气流，能够减少锅内水的蒸发，从而减少热量损失，节约能源。下面给出两个练习：1 在高原是蒸馒头蒸不熟，这是因为高原上的的缘故。2 日常生活中，炸麻花用油，煮饺子用水，这是因为油和水的不同，可以对不同烹饪手段提供各自所需的温度。（答案：1。气压低，水的沸点低；2。沸点）三、热学中的二大效应1温室效应假若没有大气层，地球表面的平均温度不会是现在适宜的15，而是十分低的-18。这温度上的差别是由所谓的“温室气体”引起的，这些气体吸收红外线辐射而影响着地球整体的能量平衡。大气层吸收了来自地球表面所释放的长波辐射，再反射回地面，使得地面和大气层在吸收太阳辐射与释放红外线辐射至太空之间形成整体的动态能量平衡。正是借着这种“天然的温室效应”，地表温度得以维持。但由于近年来人类活动释放出大量的温室气体，正以前所未有的速度，改变着大气层的组成结构。其中特别是化石燃料燃烧后所产生的CO2气体，让更多红外线辐射被折返到地面上，加强了“温室效应”的作用。这种“人为的温室效应”导致了地球平均温度的持续上升。虽然至目前为止，地球平均气温仅增加少许 (过去100年只增加0.3至0.6)，海平面则持续上升(过去100年共计上升10至15cm)，但工业革命后CO2浓度增加了28，科学家预测若不采取任何防治措施则至2100年时，地表温度将较目前增加l至3.5，海平面将上升15至95cm。这种温室效应对于整个生态环境(包括地球、海洋与人类的经济、社会等)及全球气候，将有深远而难以预测的影响。温室气体占大气层质量的不足1%，主要的温室气体有二氧化碳(CO2)，甲烷(CH4)，一氧化二氮(N2O)，氯氟碳化合物(CFCs)及臭氧(O3)。大气层中的水气(H2O)虽然是“天然温室效应”的主要原因，但普遍认为它的成份并不直接受人类活动所影响。2热岛效应晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2摄氏度,甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。一般认为热岛成因有三：一是城市与郊区地表面性质不同，热力性质差异较大。城区反射率小，吸收热量多，蒸发耗热少，热量传导较快，而辐射散失热量较慢，郊区恰相反；二是城区排放的人为热量比郊区大；三是城区大气污染拖物浓度大，气溶胶微粒多，在一定程度上起了保温作用。大气污染在城市热岛效应中起着相当复杂特殊的作用。来自工业生产、交通运输以及日常生活中的大气污染物在城区浓度特别大，它像一张厚厚的毯子覆盖在城市上宛，白天它大大地削弱了太阳直接辐射，城区升温减缓，有时可在城市产生“冷岛”效应。夜间它将大大减少城区地表有效长波辐射所造成的热量损耗，起到保温作用，使城市比郊区“冷却”得慢，形成夜间热岛现象。从城市气象规划设计出发应考虑：（1）要保护并增大城区的绿地、水体面积。因为城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用。（2）城市热岛强度随着城市发展而加强，因此在控制城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区，常形成气温的高值区。（3）如北京市位于平原中部，三面环山。由于山谷风的影响，盛行南、北转换的风向。夜间多偏北风，白天多偏南风。因此，在扩建新市区或改建旧城区时，应适当拓宽南北走向的街道，以加强城市通风，减小城市热岛强度。（4）减少人为热的释放，尽量将民用煤改为液化气、天然气并扩大供热面积也是根本对策。四、有关微波炉和电磁炉的题1946年，斯潘瑟还是美国雷声公司的研究员。一个偶然的机会，他发现微波熔化了糖果。事实证明，微波辐射能引起食物内部的分子振动，从而产生热量。1947年，第一台微波炉问世。 顾名思义，微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有“个性”，微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。 微波炉正是利用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为24.5亿次的微波。这种肉眼看不见的微波，能穿透食物，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物“煮”熟了。这就是微波炉加热的原理。（1）通过短文的阅读，想用下列容器加热饭菜，正确的选择是应选 （ ）A.不锈钢盆子 B.铁盆子 C.玻璃盆子 D.铜制盆子（2）请你猜想，微波_（填“具有”或“不具有”）能量。（3）某家用微波炉的磁控管发生器，它能产生每秒钟振动频率为24.5亿次的微波，则这种微波的波长为_m（设微波的传播速度为3103m/s）。电磁灶是一种无火的炉灶。接通电源后，灶台上的锅很快就热了。当锅里“劈里啪啦”炒莱炸鱼时，用手触摸灶台却感觉不到热。原来，电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈。当通上交替变化极快的交流电时，在台板与锅底之间产生强大的交变磁场；磁力线就穿过锅体，使锅底里感应产生大量强涡流。当涡流受材料电阻的阻碍时，就发出大量的高热，将饭菜煮熟。电磁灶产生的交变磁场，还会使锅的分子随着作不停歇的运动，造成分子间的摩擦生热。涡流热和分子运动的热都是直接发生在锅本身的，基本上没有能量传递的损耗，所以电磁灶的热效率可高达80%，约比煤气灶高出一倍；在采用不同烹调方法时，只要调整流过线圈电流的大小，就可以将温度调高调低。五、区分身边的热现象热现象与我们的生活息息相关。因此许多的热学知识往往蕴涵在我们身边的各种现象中。正确的识别这些现象，并且与所学的热学知识相结合，是我们轻松学好热学知识的一条很好的途径。现象一、在寒冷的冬天，我们往玻璃杯内倒开水时，有经验的人总是先向杯中倒入一些温水。将杯子预热一下，然后才倒入开水，这样做的原因是什么呢（ ）A. 清洁杯子。B. 使杯子变得容易发生热传递C. 使得杯子内外温度差不至于过大，杯子不容易损坏D. 使得杯子内外温度差相等，杯子不容易损坏解析：因为玻璃杯是热的不良导体。因此在寒冷的冬天，如果直接向杯子中倒入开水，则杯子与开水直接接触的内壁受热会迅速膨胀，而玻璃杯子的外层却没有和其内壁同步升温，并且温度差非常大。因此整个玻璃杯无法均匀膨胀，于是内壁的迅速膨胀受到了外层的阻碍，内壁巨大的膨胀力直接作用在外层玻璃上，于是脆弱的玻璃瞬间就崩裂。如果在倒开水之前，先倒进一些温水，使得杯子内外的温度相差不大。倒入开水时内外壁的膨胀程度相差也就不大，因此杯子就不容易损坏。选C。现象二、目前有许多公共厕所里都装有热风干手器，以方便洗手后能有热风吹到手上；迅速将手上的水分蒸发掉，这种干手器为什么会有这样的功能（ ）A. 加快了水面附近空气的流动并且提高了水的温度B. 提高了水的温度并且增加了水的表面积C. 加快了水表面的空气流动并且提高了水的温度D. 加快了水面附近空气的流动并且提高了水的温度，同时增大了水的表面积解析：干手器吹出的“热风”有两个作用，“热”提高了手上水的温度，“风”加快了手上水表面的空气流动的速度，但是并没有增大手上水的表面积，这两个作用足以加快手上水的蒸发速度，因此C正确。现象三、家里用高压锅煮粥，高压锅限压阀开始排气，如果我们立刻熄火，用浇冷水的方法使得高压锅迅速冷却不再排气，此时如果我们拿去限压阀。可以看到锅内的粥仍然在沸腾。而家里的其他普通的铝锅或铁锅却看不到这种现象。下列解释正确的是（ ）A. 熄火后，锅内温度迅速降到100以下，但是由于打开锅盖后压强降低。所以锅内的粥重新沸腾B. 熄火后，锅内温度仍然在100以上，即使不冷却，不去掉限压阀。粥也在沸腾C. 熄火后，锅内的温度仍然高于100，冷却后锅内的气压比原来低，所以粥重新沸腾D. 粥的流动性差，不容易降温。熄火后，即使不浇冷水，不去限压阀，粥也会沸腾较长时间解析：因为熄火时，锅内的温度仍然高于100，冷却后打开锅盖，锅内气压比原来降低（与外界气压相等），因而水的沸点比加压时要低，而此时水的温度仍然高于100，所以会重新沸腾。C正确。现象四、冬天，医生给我们检查牙齿时，常常会将用来反射光线进入嘴里的小平面镜用夹子夹住放在酒精灯上烤一下。然后才伸进我们的口腔，这样做的目的是什么A. 防止镜子接触口腔时，我们会感觉到太凉B. 进行常规消毒C. 镜面不会产生小雾珠，可以看清牙齿D. 防止镜面受热膨胀，致使镜片脱落解析：将小镜子在酒精灯上烤一下，是为了让镜子的温度升高，这样当它进入口腔后，口腔内较热的水蒸气就不会因为遇冷而液化成小雾珠附着在镜片上。这样医生才能够看清我们的牙齿作出正确的判断。可见，生活中物理无处不在，只要我们做一个有心人，就能够真正的做到从生活走向物理，从物理走向社会，从而更好的学好物理，用好物理。小青把驱蚊片放到电驱蚊器的发热板上，通电一段时间后，在整个房间里就能闻到驱蚊片的气味，但是，如果驱蚊片不加热，在房间里就很难闻到驱蚊片的气味。（1）人们炒板栗时，往锅里加入沙粒，热的沙粒在板栗的缝隙里给板栗加热。（2）在做晶体熔化实验时，常把晶体装入玻璃容器中再放入水中加热。清蒸鸡与热学知识清蒸鸡鲜嫩味美，清香可口。它的烹调过程是这样的：将洗净的鸡加佐料后放入品锅内（一种有盖的大瓷碗），而后再把品锅放在大锅中加水蒸透。小李学习了热学知识后想，清蒸鸡虽是味美，但烹调加工太费时了，他根据所学的物态变化知识提出了改进办法，一试果真灵。你能揭开小李这一清蒸鸡烹调改之谜吗？原来，小李的清蒸鸡烧制改进之秘在于在大锅的水中加盐，由于盐水的沸点高于清水，因而这时沸水加热着的鸡的温度会超过100，缩短蒸煮时间。不妨用温度计测一下盐水沸点为多少，以及是否随盐水浓度的增大而变化六、生活中的物理问题1刚出锅的鸡蛋为什么不烫手?刚从开水里取出的熟鸡蛋，你用手去拿，为什么不觉得烫手?这是因为，刚从开水里拿出来的鸡蛋表面还沾着水，水分的蒸发使蛋壳温度降低，因此手并不感到很烫。不过，这只是很短的一会儿，鸡蛋表面的水分完全蒸发以后，鸡蛋就会烫手了。 蒸发是降低温度的好办法。当室温比人体的温度高的时侯，人体向外散热主要足依靠蒸发的办法。人体每小时可以分泌l升以上的汗液，带走的热量大约是580千卡。也就是说可以使58公斤的水温度下降10摄氏度。所以一个人即使在面包炉里，只要不被直接烫伤也是能待一个短时间的。人体对周围温度的感受和空气的涅度关系很大。冬天虽然屋子里的温度在25摄氏度，脱了衣服仍然感到很冷，这是由子冬天屋子里的空气十分干燥，身上的汗水蒸发的快。而夏天空气潮湿，蒸发过程缓慢，所以不觉得冷。2冰雹的形成是凝华还是凝固?其实是两方面都有的，水蒸气在高空中会遇冷放热的：具体见：本站物理现象栏目露、霜、雾、云、雨和雪是怎样形成的在夜间，地面上的草、木、石块等物体由于向外辐射热量，它们的温度要降低，当温度降至露点时，地面物体附近空气中的水蒸气便达到饱和。若露点高于摄氏度，水蒸气可在地面物体的表面上凝结成小水滴，这就是露。若露点低于摄氏度，水蒸气则要在地面物体的表面上直接凝结成水冰粒，这即是霜。如果在夜间不仅地面上物体的温度降到了露点以下，而且地面以上稍远处的空气温度也降到了露点，那么空气中的水蒸气将以尘埃为核心凝结成细小的水滴，这便是雾。当高空中空气的温度降到露点以下，若露点高于度，空气中的水蒸气在尘埃上凝结成细小的水滴便是云，而凝结成较大的水滴即是雨。若露点低于度，则空气中的水蒸气将在尘埃上直接凝结成雪。由此可知，露、霜和雾都不是从天而降的，而是地面附近空气中的水蒸气达到饱和时直接凝结而成的。只有雪和雨才是从天而降的，即是高空中空气里的水蒸气达到饱和时凝结而成。3冰雹的形成是凝华还是凝固?其实是两方面都有的，水蒸气在高空中会遇冷放热的：具体见：本站物理现象栏目露、霜、雾、云、雨和雪是怎样形成的在夜间，地面上的草、木、石块等物体由于向外辐射热量，它们的温度要降低，当温度降至露点时，地面物体附近空气中的水蒸气便达到饱和。若露点高于摄氏度，水蒸气可在地面物体的表面上凝结成小水滴，这就是露。若露点低于摄氏度，水蒸气则要在地面物体的表面上直接凝结成水冰粒，这即是霜。如果在夜间不仅地面上物体的温度降到了露点以下，而且地面以上稍远处的空气温度也降到了露点，那么空气中的水蒸气将以尘埃为核心凝结成细小的水滴，这便是雾。当高空中空气的温度降到露点以下，若露点高于度，空气中的水蒸气在尘埃上凝结成细小的水滴便是云，而凝结成较大的水滴即是雨。若露点低于度，则空气中的水蒸气将在尘埃上直接凝结成雪。由此可知，露、霜和雾都不是从天而降的，而是地面附近空气中的水蒸气达到饱和时直接凝结而成的。只有雪和雨才是从天而降的，即是高空中空气里的水蒸气达到饱和时凝结而成。4微波炉的工作原理1946年，斯潘瑟还是美国雷声公司的研究员。一个偶然的机会，他发现微波溶化了糖果。事实证明，微波辐射能引起食物内部的分子振动，从而产生热量。1947年，第一台微波炉问世。顾名思义，微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有个性，微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。微波炉正是利用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为24.5亿次的微波。这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物煮熟了。这就是微波炉加热的原理。用普通炉灶煮食物时，热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的。而用微波炉烹饪，热量则是直接深入食物内部，所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%以上。目前，其它各种炉灶的热效率无法与它相比。而微波炉由于烹饪的时间很短，能很好地保持食物中的维生素和天然风味。比如，用微波