物理人教版九年级全册内能的利用.ppt

第十三章内能与热机,一、物体的内能1.内能：(1)定义：物体内所有分子无规则运动的_以及_的总和。(2)影响因素。温度：同一个物体的温度越高，内能_。质量：同种物质组成的物体，在温度相同时，质量大的物体内能_。,动能,分子势能,越大,大,2.改变内能的两种途径：(1)做功。规律：外界对物体做功，物体内能_；物体对外界做功，物体内能_。实质：能量的_。,增加,减少,转化,(2)热传递。规律：物体吸热，内能_；物体放热，内能_。条件：物体之间有_。实质：能量的_。热量：在热传递过程中，物体_传递的多少。,增加,减少,温度差,转移,内能,二、比热容1.特点：不同的物质比热容一般_，它是物质的一种特性。2.计算公式：_。3.水的比热容：(1)数值：c水=_。(2)意义：1kg水温度每升高(或降低)1吸收(或放出)的热量是_。4.热量的计算公式：_。,不同,4.2103J/(kg),4.2103J,Q=cmt,三、内燃机1.热机：把燃料燃烧时释放的_转变为_的装置。,内能,机械能,2.汽油机的工作过程：,开,关,向上,机械,内,关,向下,内,机械,开,两,1,做功,飞轮的惯性,四、燃料的热值与热机效率1.热值：(1)定义：某种燃料完全燃烧放出的_与所用该燃料的_之比。(2)单位：_或_。(3)放热公式：Q=_或Q=_。,热量,质量(体积),J/kg,J/m3,mq,Vq,2.热机效率：(1)定义：热机运转中，对外做的_与燃料_所释放的能量的比值。(2)提高的主要途径：减少各种_。,有用功,完全燃烧,能量损失,【读练】1.【辨一辨】改变内能的途径铁丝反复弯折处温度升高，内能_，是利用_改变内能的；棉被被晒得热乎乎的，是利用_改变内能的。,增大,做功,热传递,2.【填一填】比热容的应用水的比热容_，可用冷水冷却汽车发动机，是因为相等质量的水和其他液体升高相同温度时，水吸收的热量_；用水取暖，是因为相等质量的水和其他液体降低相同温度时，水放出的热量_。,大,多,多,3.【辨一辨】汽油机的工作过程甲图是汽油机的_冲程；乙图是汽油机的_冲程，该冲程中气体推动活塞向下运动，缸内气体的体积增大，温度_，内能_；,吸气,做功,降低,减少,丙图是汽油机的_冲程，该冲程中活塞向上运动，缸内气体的体积减小，温度_，内能_。,压缩,升高,增大,考点1：温度、内能、热量、功的比较1.区别：(1)温度表示物体的冷热程度，它是分子热运动激烈程度的标志。温度只能说“是多少”或“达到多少”，不能说“有”或“没有”。(2)内能是能量的一种形式，可以转化和转移。内能只能说“有”，不能说“无”，因为一切物体都具有内能。,(3)热量是热传递过程中内能改变多少的量度。热量是一个过程量，离开了热传递过程就无热量可言。热量用“吸收”或“放出”来表述，不能用“具有”或“含有”表述。(4)功是一个过程量，可以是施加在物体上的力做功，也可以通过用电器的电流做功。通过做功方式改变物体的内能时，功是内能改变多少的量度。,2.联系：说明：箭头方向表示某个量的变化是否会引起另一个量的变化：“一定”和“不一定”是指物理量变化的情况。(1)物体温度升高，内能一定增加，可能吸热，也可能外界对物体做功。(2)物体吸热，内能不一定增加(物体可能对外做功)，温度不一定升高；物体放热，内能不一定减少，温度不一定降低。,【失分盲点】(1)内能和机械能是两种不同的能量形式。内能是物体内部微观分子动能和分子势能的总和，而机械能是宏观物体动能和势能的总和。一个物体的机械能可以为零，但它的内能不可能为零。(2)对物体做功，物体的内能会增加，“会”是一种可能，并不一定增加。如提高物体时，对物体做了功，增加的是物体的机械能，而不是内能。,【知识拓展】影响内能大小的因素(1)温度：根据分子动理论，物体温度越高，分子的无规则运动越激烈，分子动能越大。(2)体积：物体体积变化时，引起分子间距离变化，从而使分子势能发生改变。例如，一块0的冰熔化成0的水，虽然温度没有升高，但由于分子间距离的变化，使其内能增加。,(3)分子的个数(质量)：温度相同的物体所具有的内能不一定相等，因为物体的内能还跟分子的个数有关。例如，同样温度的一桶水比一杯水所含分子个数多，虽然其他情况相同，但一桶水的内能远远大于一杯水所具有的内能。,【示范题1】(2015烟台中考)关于温度、热量、内能，以下说法正确的是()A.0的冰没有内能B.物体的温度越高，物体的内能越大C.物体的温度越低，所含的热量越少D.物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变,【解题关键】解答本题应抓住以下关键：关键1：一切物体都具有内能。关键2：影响物体内能大小的因素。关键3：热量的正确表述。关键4：晶体熔化或凝固的特点。,【解析】选B。本题考查对温度、热量、内能概念及其关系的理解。组成物体的分子在永不停息地做无规则的运动，所以任何温度的物体都有内能，故A说法错误；内能的大小与温度有关，温度越高，物体的内能越大，故B说法正确；热量是一个过程量，要用“吸收”或“放出”来描述，不能用“具有”或“含有”来描述，故C说法错误；晶体在熔化(或凝固)过程中，吸收(或放出)热量，其内能增大(或减小)，但温度保持不变，故D说法错误。,【示范题2】(2015泰安中考)下列物理现象中，属于通过做功途径改变物体内能的是()A.冬天晒太阳人会感到暖和B.饮料放入冰箱冷藏室会变凉C.锯木头时锯条会变热D.烧红的铁块放入水中会变凉,【解题关键】解答本题应抓住以下关键：关键1：改变内能的两种方式：做功和热传递。关键2：通过做功改变内能的实质是能量的转化，通过热传递改变内能的实质是内能的转移。,【解析】选C。本题考查改变内能的两种方式。冬天晒太阳，人体温度升高，属于热传递增加物体的内能；饮料放入冰箱冷藏室，饮料温度降低，是通过热传递改变物体的内能；用锯条锯木头，锯条温度升高，是克服摩擦做功，机械能转化成内能，属于做功增加物体的内能；烧红的铁块放入水中，铁块向水放热，铁块的温度降低，内能减小，是通过热传递改变物体的内能。,【备选例题】1.(2014北京中考)下列实例中，通过做功的方式改变物体内能的是()A.用锯锯木头，锯条温度升高B.向饮料中加冰块，饮料温度降低C.寒冬，用热水袋暖手，手感到温暖D.盛夏，阳光暴晒路面，路面温度升高,【解题关键】解答本题应抓住以下关键：关键1：改变内能的两种方式：做功和热传递。关键2：通过做功改变内能的实质是能量的转化，通过热传递改变内能的实质是内能的转移。,【解析】选A。本题考查改变内能的两种方式。用锯锯木头，锯条温度升高，是克服摩擦做功，机械能转化成内能，属于做功增加物体的内能；向饮料中加冰块，冰块熔化吸热，饮料温度降低，是通过热传递改变物体的内能；寒冬用热水袋暖手，手感到温暖，是通过热传递改变手的内能；盛夏，阳光暴晒路面，路面温度升高，是太阳光的热辐射增加了路面的内能，属于热传递增加物体的内能。,2.(2014衡阳中考)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。【解析】本题考查改变内能的方式。两只手相互搓搓使手暖和，机械能转化为内能，这是利用做功的方式使手的内能增加；用“暖手宝”焐手，内能从“暖手宝”转移到手上，这是利用热传递的方式增加手的内能。答案：做功热传递,3.(2013苏州中考)改变物体内能的方式有两种。图甲说明可以改变物体的内能；图乙说明可以改变物体的内能。,【解析】本题考查改变内能的两种方式。甲图中，放入冰箱的食物放出热量，温度降低，内能从食物转移到冰箱内部，这是通过热传递改变内能的；乙图中，迅速压下活塞使引火仪内空气温度升高，活塞压缩空气做功，活塞的机械能转化为空气的内能，这是通过做功的方式增大空气的内能。答案：热传递做功,考点2：比热容的理解及应用1.比热容的理解：(1)对c=公式的理解：由热量公式Q=cmt得到c=，只是比热容在数值上等于。比热容既不与热量成正比，也不与质量、温度的变化的乘积成反比。同种状态下，比热容只取决于物质的种类。,(2)同一物质的比热容随状态的改变而改变。例如，水的比热容是4.2103J/(kg)，变为固态的冰后的比热容是2.1103J/(kg)。,2.水的比热容：(1)水的比热容大的意义：比热容是表示物质吸热(或放热)本领大小的物理量。水是比热容大的物质，其吸热(或放热)本领大。(2)应用。调节气温：在吸收或放出相同热量时，水的比热容较大，温度不易发生明显变化。,作传输介质：一定质量的水升高(或降低)相同的温度时，因为水的比热容大，比相同质量的其他物质升高(或降低)相同的温度所吸收(或放出)的热量多。,【示范题3】(2014上海中考)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,【解析】选D。本题考查比热容的理解及应用。比热容是物质的特性之一，只与物质的种类和状态有关，可用来鉴别物质，A正确；水比其他物质的比热容较大，在相同情况下，升高一定温度，水吸收的热量多，冷却效果好，B正确；沙的比热容较小，白天吸收热量温度上升得快，晚上放出热量温度降低得快，所以沙漠地区昼夜温差较大，C正确；比热容与物质的质量无关，一桶水的比热容与一杯水的比热容相等，D错误。,【示范题4】(2014内江中考)初春培育水稻秧苗时，为了不使秧苗受冻，下列做法中正确的是()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,【解题探究】解答本题时思考以下问题：(1)水和泥土相比较，谁的比热容大？(2)水和泥土相比较，在质量相等的情况下，放出相等的热量，谁的温度降低得少？吸收相等的热量，谁的温度升高得多？提示：(1)水的比热容比泥土的比热容大；(2)根据t=知，在质量相等的情况下，吸收或放出相等的热量，比热容大的水比泥土温度变化小。,【解析】选B。本题考查水的比热容大的特点的应用。初春傍晚多灌水，夜晚水放热时，因为水的比热容大，水的温度降低得慢，不至于使秧苗受冻；早晨把稻田内的水排出，露出的泥土在太阳照射下吸热，因为泥土的比热容小，泥土的温度升高得快，有利于秧苗的生长。,【示范题5】(2015益阳中考)炎热的夏天，小明打着赤脚在烈日当空的小河边游玩时发现：岸上的石头热得烫脚，而河水却比较凉，其主要原因是()A.水吸收的热量少，因此河水比岸上石头的温度低B.水的比热容比石头的大，在受到太阳同样照射的情况下，水升高的温度少C.石头的吸热能力强，因此石头升温快D.这是小明的错觉造成的，实际上岸上的石头与水的温度相同,【解题关键】解答本题应抓住以下关键：关键1：石头与水的比热容大小比较。关键2：在吸热相同条件下，物质的比热容越大，温度变化越小。【解析】选B。本题考查利用水的比热容大解释自然现象。因为水的比热容比石头的大，相同质量的水和石头相比较，吸收相同的热量(都在太阳照射下)，水的温度升高得少，故河水是凉凉的，而石头的温度升高得多，热得烫脚，故选B。,【备选例题】(2013乐山中考)如图为某一天中央电视台天气预报的截图。图中显示的四个地方，内陆地区的温差比沿海地区的温差大，造成这种差别的主要原因是(),A.水的比热容比泥土、砂石的比热容大B.水的内能比泥土、砂石的内能大C.水的密度比泥土、砂石的密度小D.水的温度比泥土、砂石的温度低【解题指南】解答本题应抓住以下关键：(1)沿海与内陆地区地表物质的组成。(2)在相同条件下，物质的比热容越大，温度变化越小。,【解析】选A。本题考查水的比热容大对人类生活的影响。上海和台北属于沿海地区，多水，水的比热容较大；西宁和拉萨属于内陆地区，地表以泥土、砂石为主，泥土、砂石的比热容较小。白天，相同质量的水和泥土、砂石相比较，吸收相同的热量，水的温度升高得少，泥土、砂石温度升高得多；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低得少，泥土、砂石温度降低得多。因此在一天之内，上海和台北的温度变化较小，西宁和拉萨的温度变化较大，故选A。,考点3：热值的理解和热量的计算1.热值的理解：热值是燃料本身的一种特性，表示燃料完全燃烧时放热本领的大小，取决于燃料本身的化学成分，与燃料的质量、燃料燃烧是否完全、燃烧快慢等无关。,2.热量的计算：(1)利用比热容计算物体吸收或放出的热量：Q=cmt。吸热公式：Q吸=cm(t-t0)。放热公式：Q放=cm(t0-t)。其中t0表示物体的初温，t表示物体的末温。(2)利用热值计算燃料完全燃烧放出的热量。固体、液体：Q放=mq(m表示燃料的质量)。气体燃料：Q放=Vq(V表示燃料的体积)。,3.热机效率：(1)计算：=100%。(2)大小：热机工作过程中，由于有能量损失、燃料不能完全燃烧，故热机效率总小于1。,【失分盲点】(1)计算时，单位要统一，且书写要规范，如：热量Q-J，比热容c-J/(kg)，质量m-kg，温度t-，热值q-J/kg或J/m3，体积V-m3。(2)“升高了”和“升高到”以及“降低了”和“降低到”是对温度的不同表述。温度“升高了”“降低了”是指温度的变化量，即t；温度“升高到”“降低到”是指物体的末温t。,【知识拓展】转化效率其他形式的能转化为内能时，由于有能量损失，所以存在转化效率()问题。(1)用炉火加热水时，化学能转化为内能，水吸收的热量Q吸=Q放=mq。(2)使用太阳能热水器时，太阳能转化为内能，水吸收的热量Q吸=E太。(3)使用电热器加热水时，电能转化为内能，水吸收的热量Q吸=W电。,【示范题6】(2014常州中考)阿根廷科学家设计了一款“牛屁屁收集器”，在牛背上装有一个塑料袋，通过导管收集牛体内排放出的气体，从一头成年牛平均每天排放出的气体中可提取0.21kg甲烷。若这些甲烷完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可使多少质量的水从20升高到70？q甲烷=5.6107J/kg，c水=4.2103J/(kg),【解题关键】解答本题应抓住以下关键：(1)计算甲烷完全燃烧放出的热量：Q放=mq。(2)计算水温升高吸收热量的公式：Q吸=cmt。,【解析】甲烷完全燃烧放出的热量：Q放=m1q甲烷=0.21kg5.6107J/kg=1.176107J由题知，水吸收的热量Q吸=Q放=1.176107J根据Q吸=cmt可得：答案：56kg,【示范题7】(2015安徽中考)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4.2103J/(kg)，天然气的热值为3.2107J/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。,【解题关键】解答本题应抓住以下关键：(1)计算天然气完全燃烧放出的热量Q放=qV。(2)计算水升温吸收的热量的公式：Q吸=cmt。(3)计算热水器效率的公式：=100%。,【解析】(1)天然气完全燃烧放出的热量Q放=Vq=1m33.2107J/m3=3.2107J(2)水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2103J/(kg)100kg(50-20)=1.26107J(3)热水器的效率答案：(1)3.2107J(2)1.26107J(3)39.4%,【示范题8】(2015内江中考)如图所示是最新一款无人驾驶汽车原型图。汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时，消耗汽油1.5L。假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，求：,(1)该汽车发动机做的有用功是多少？(2)该汽车的输出功率为多少？(已知：汽油的密度为0.8103kg/m3，汽油的热值为4.5107J/kg),【解题关键】解答本题应抓住以下关键：关键1：计算燃料完全燃烧放出热量的公式Q放=mq。关键2：热机效率的计算公式=100%。关键3：时间的计算公式t=关键4：功率的计算公式P=,【解析】(1)由=得消耗汽油的质量m=V=0.8103kg/m31.510-3m3=1.2kg汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq=1.2kg4.5107J/kg=5.4107J由=100%得汽油机的有用功W有=Q放=30%5.4107J=1.62107J,(2)由v=得汽车运动的时间汽车的输出功率P=4.05104W答案：(1)1.62107J(2)4.05104W,【备选例题】(2013云南中考)物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2103J/(kg)，煤的热值约为3107J/kg。求：,(1)煤完全燃烧产生的热量。(2)经过6min时间加热，水所吸收的热量。(3)煤炉烧水时的热效率。,【解析】(1)煤完全燃烧产生的热量Q放=mq=2kg3107J/kg=6107J(2)6min内水所吸收的热量Q吸=cm(t2-t1)=4.2103J/(kg)10kg60=2.52106J(3)煤炉烧水时的热效率答案：(1)6107J(2)2.52106J(3)4.2%,主题探究物质的比热容【实验装置】如图所示,【实验方法】控制变量法。【实验关键】(1)取质量_的水和煤油分别倒入两只相同的烧杯中。(2)用温度计测出加热前两液体的温度t1并记录。(3)用火焰_的酒精灯(或规格_的电加热器)分别对水、煤油加热，加热过程中提拉搅拌器搅拌。(4)用秒表测量并计算两种液体温度从t1达到相同的温度t2所用的时间t。加热时间越长的液体，从热源吸收的热量_。,相等,相同,相同,越多,(5)实验数据：(6)实验结论：相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量_。,不同,【要点探究】(1)为什么要使用火焰相同的酒精灯(或规格相同的电加热器)加热、两只相同的烧杯装液体？提示：火焰相同的酒精灯(或规格相同的电加热器)在相同时间内放出的热量相等，相同的烧杯导热性能、自身吸收的热量相同，能保证研究对象在相同时间内吸收相等的热量。,(2)怎样判断研究对象吸收热量的多少？提示：采用“转换法”，当热源相同时，用加热时间反映物质吸收热量的多少，加热时间越长，物质吸收的热量越多。(3)怎样比较不同物质吸热能力的强弱？提示：方法有两种：使等质量的不同物质吸收相同的热量后，比较温度的变化，温度变化小的其吸热能力强；使等质量的不同物质升高相同的温度后，比较吸收的热量(加热时间)，吸收热量多的其吸热能力强。,【失分盲点】叙述结论时，一定要注意强调前提条件，即控制不变的量。(1)对同种物质而言，在“质量相同”的条件下，表述“吸收的热量”与“升高温度”的关系，在“升高温度相同”的条件下，表述“吸收的热量”与“质量”的关系。(2)对不同物质而言，在“质量相等、升高温度相等”的条件下，表述“吸收的热量”与“物质种类”的关系；在“质量相等、吸收热量相等”的条件下，表述“升高的温度”与“物质种类”的关系。,【示范案例】1.(2014泰州中考)如图所示是“探究不同物质吸热升温现象”的实验，将质量相等的沙子和水分别装在易拉罐中，并测出沙子和水的初温，然后用酒精灯加热并不断搅拌，每隔1min记录一次温度。,实验记录如表：,(1)实验中，加热时间实质上反映了。(2)根据实验数据，在图中画出沙子和水的温度随时间变化的图像。,(3)分析图像可知，对于质量相等的沙子和水：吸收相等热量，升温较快的是；若使两者升高相同的温度，则吸收的热量较多。通过大量类似实验，人们发现了物质的又一种物理属性，物理学将这种属性叫作。,【解析】本题考查物质比热容的探究实验。(1)吸收热量的多少是看不见的，但可以通过加热时间的长短来反映，这是转换法。(2)根据表格中的数据在坐标系中描点并连线，即可得沙子和水的温度随时间变化的图像。(3)根据图像可知，吸收相等热量时，升温较快的是沙子；若使两者升高相同的温度，则水加热时间更长，说明水吸收的热量较多。不同的物质升高相同的温度时，吸收热量的多少是不相同的，物理学中用比热容来反映物质的这种属性。,答案：(1)吸收热量的多少(2)如图所示(3)沙子水比热容,2.(2015苏州中考)在“比较不同物质吸热升温情况”的实验中：(1)小丽和小明用一套器材做加热水和煤油的实验，如图甲所示。在组装器材时应先调节(选填“A”或“B”)的高度，调节它的高度是为了。,(2)组装好器材，他们先后在同一个烧杯中称出质量相等的水和煤油，分别加热相同的时间，比较水和煤油，得出结论。要完成该实验，除图甲所示器材外，还需要的一个测量工具是。,(3)在对实验进行反思时，他们认为原方案有需要两次加热耗时长等缺点，因此改进方案并设计了图乙所示的装置。与原方案相比，该方案除克服了上述缺点外还具有的优点是_。(答出一个即可),【解析】本题考查探究比较不同物质吸热升温情况。(1)组装实验仪器时，应根据酒精灯及其火焰的高度先固定图中的A部分，使酒精灯的外焰正好能给烧杯加热，然后再固定图中的B部分，这样可以避免重复调整。(2)在同一个烧杯中称出质量相等的水和煤油，分别加热相同的时间，使水和煤油吸收相等的热量，比较水和煤油升高的温度，得出结论；实验中需要测量水与煤油的加热时间，故还需要用,到的工具是秒表。(3)由图乙所示实验可知，实验用同一烧杯用“水浴法”对水与煤油同时加热，使水和煤油受热均匀，不需要搅拌，同时该方案避免两次加热，用同一热源加热确保在相等时间内水和煤油吸收的热量相等。,答案：(1)A确保使用外焰加热(2)升高的温度秒表(或计时工具)(3)用“水浴法”加热，受热均匀，不需要搅拌；原方案两次加热，酒精灯火焰不易控制完全相同，新方案同