第二讲 比热容、热机讲义

PAGEPAGE11第二讲比热容、热机第一节比热容【要点归纳】一、物质的吸、放热能力1.同种物质的吸、放热本领（1）升高相同温度、质量越大，吸收热量越多；质量相同时，温度升高越多，吸收的热量越多。（2）降低相同温度，质量越大，放出热量越多；质量相同时，温度降低越多，放出的热量越多。2.不同物质的吸、放热本领不同物质的吸热本领是不一样的，这与物质的种类有关。二、比热容1.定义：某种物质温度升高（或降低）所吸收（或放出）的热量与物质的质量及温度变化量乘积的比，叫作这种物质的比热容。比热用用符号c表示。*比热容是反映不同物质吸热或放热本领的大小。它表示物质的热学特性。物质不同，吸热本领不同。相同质量的不同物质，升高相同温度时，吸热多少不同；当吸收相等热量，温度变化又不同。用比热容描述物质的此种特性。2.比热容是物质本身的一种特性同种物质比热容相同，C为定值。大小不随物体质量，热量，温度变化。只与物质的种类和状态有关。3.单位：在国际单位制中，比热容的单位是,读作“焦每千克开”。比热容的单位也常写作，读作“焦每千克摄氏度”。4.计算公式：（1）物体温度升温时，；（2）物体温度降低时，；（是物体吸收的热量，是物体放出的热量，C是物体比热，m是质量；是初始温度，是末温）水的比热容是，其物理意义是：质量为1kg的水温度每升高（或降低）1℃时所吸收（或放出）的热量为。【思路导航】例1.铜的比热容是铅的3倍，让质量相等的铜球和铅球吸收相等热量，则铜球和铅球温度升高的度数之比是，若升高相同的温度，则铜球和铅球吸收热量之比是。例2．让质量和初温相同的铁块和水吸收相等热量，然后把铁块头入水中，则（）铁块把温度传给水铁块把热量传递给水水把热量传递给铁铁块和水之间不发生热传递例3．体积相同的甲、乙两物体，密度为比热容为。当它们吸收相等的热量后，下列哪种情况甲的温度一定比乙温度升高的多()A．B.C.D.例4.将质量为1kg的铁块放在火中烧一段时间，取出立即投入3kg25℃的水中，热平衡后温度为39℃。若不计热量损失，求火炉温度？例5.A、B、C三种液体，质量分别是0.2kg、0.3kg、0.4kg,比热容依次为，，。初温80℃,50℃,10℃求混合物的温度？例6.将-10℃的冰2kg投入10℃1kg水中，求，末温度？例7.甲、乙两物体质量相同，初温相同，将甲放入一杯热水中，热平衡后水温下降5℃，把甲取出，把乙仍放入这杯水中，热平衡后水温又下降了5℃，不计热量损失，求证：。【课堂训练】1．关于物质的比热容，下列说法中错误的是（）。A．单位质量的某种物质，温度升高1℃吸收的热量叫做这种物质的比热容B．单位质量的某种物质，温度降低1℃放出的热量在数值上等于这种物质的比热容C．某种物质吸收或放出的热量越多，比热容也越大，比热容与热量有关D．各种物质都有自己的比热容，比热容是物质的特性，只与物质本身有关2．很多机器在工作时温度升高，为保护机器，往往用水来冷却．用水冷却的最主要原因是（）A．水的比热容大B．水放出的热量多C．水的温度低D．水容易取，不需花钱买3．铝比铜的比热容大，这说明（）A．铝块一定比铜块具有的热量多B．铝块一定比铜块具有的内能多C．铝块的温度一定比铜块的温度高D．质量相等的铜块和铝块升高相等的温度时，铝块比铜块吸收的热量多4.由可得，，同一种物质的比热容c,下列说法正确的是（）若吸收的热量增大一倍，则比热熔增大一倍若质量增大一倍，则比热容减至一半若加热前后的温度增大一倍，则比热容增大一倍无论质量多大，比热容都一样。5.水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)。关于它的含义，下列说法中正确的是（）。A．1kg的1℃的水含有的热量是4.2×103JB．1kg的水温度升高到l℃时，吸收的热量是4.2×103JC．1kg的水温度升高l℃时，吸收的热量是4.2×103JD．1kg的水温度升高l℃时，放出的热量是4.2×103J6.已知铝比热容为J/kg，锡比热容为J/kg，现将50g铝和100g的锡混合，混合后的比热容？7.某焚烧生活垃圾的发电厂每年通过焚烧垃圾可发出1.2亿千瓦时的电能，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标准大气压下将多少千克的水由20℃加热到沸腾？（水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)）【课后作业】1．水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，冰的比热容是2.1×103J/(kg·℃)，则1kg水与2kg冰的比热容之比为（）。A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．无法确定2．关于物质的比热容，下列说法中正确的是（）。A．质量大的物质比热容一定大B．密度大的物质比热容一定大．C．温度高的物质比热容一定大D．各种物质都有自己的比热容，比热容是物质的一种特性3．下列各种情况中，物质的比热容会变化的是（）。A．一杯水倒掉一半B．水凝固成冰C．0℃的水变成4℃的水D．将铁块锉成铁球4．下列说法中正确的是（）。A．水在温度降低时，放出的热量与水的质量和水的温度有关B．水在温度降低时，放出的热量仅与水的质量有关C．水在温度降低时，放出的热量仅与水的温度有关D．水在温度降低时，放出的热量与水的质量和温度降低的度数有关5．甲、乙两物体的质量相等，比热容不等。当它们升高相等的温度时（）。A．比热容大的吸收的热量多B．比热容小的吸收的热量多C．甲、乙两物体吸收的热量一样多D．两物体的初温不知道，无法判断吸热的多少6.甲、乙两物体的质量之比为3:1，比热容之比为2：1，升高的温度之比为3:2，则甲、乙两物体吸收的热量之比是（）A.9:1B.4:1C.1:4D.9:47．两个相同的容器分别装了质量相同的两种液体，用同一热源分别加热，液体温度与加热时间关系如右图所示．根据图线可知（）A．甲液体的比热容大于乙液体的比热容B．如果升高相同的温度，两种液体吸收的热量相同C．加热时间相同，甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量D．加热时间相同，甲液体温度升高比乙液体温度升高得多8．在质量为0.2kg的铝壶中盛有1.5kg的水，把它们从10℃加热到100℃，共需要多少热量？9．质量为500g的金属块吸收30800J的热量后，它的温度从10℃升高到80℃。求这种金属的比热容。10．把500g的水加热到100℃，需要吸收1.68×105J的热量。问：水原来的温度是多少？把一壶水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是8.4×105J。求这壶水的质量。11.2010年上海世博会通过大面积推广应用太阳能等以低能耗、低污染、低排放为特点的绿色环保技术，来体现“城市，让生活更美好”的主题。如图21所示的太阳能热水器，它的水箱容量为120L，热水器上的集热器对太阳能的利用效率为40%，在与阳光垂直的地球表面上每平方米得到的太阳辐射功率约为P=1400W。如果将整箱水的温度从20℃加热到70℃，需要阳光照射5h，那么：（1）一箱水需要吸收的热量是多少？（2）热水器上集热器的面积至少要多大？［水的比热容是：4.2×103J/(kg·℃)］第二节热机【要点归纳】一、热机1.内能的应用内能的两种应用应用实例实质利用内能加热物体烧水做饭、热水袋取暖能量的转移利用内能做功水开了，水壶内的水蒸气将壶盖顶起来，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能能量的转化2.热机：将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器.3.热机的工作过程：燃料燃烧时化学能转化为内能，内能通过热传递传给工作物质，工作物质内能增大，温度升高，推动物体对外做功，把内能转化为机械能.二、汽油机1.燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机.2.最常见的内燃机是四冲程的汽油机，汽油机是以汽油为燃料的内燃机.3.汽油机：利用汽缸内燃烧的汽油产生高温高压的燃气来推动活塞做功的热机.4.汽油机的构造：5.汽油机的工作过程①冲程：汽油机工作时活塞在汽缸内做往复运动.活塞从一端运动到另一端叫作一个冲程.②一个工作循环的组成：多数汽油机的工作循环过程是由四个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程.其工作过程如下：吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程冲程名称进气门开闭情况排气门开闭情况活塞运动方向冲程的作用能的转化吸气冲程打开关闭向下吸入燃料和空气的混合物压缩冲程关闭关闭向上压缩燃料和空气混合物做功，使其压强增大，温度升高，内能增大压缩燃料和空气的混合物，机械能转化成内能做功冲程关闭关闭向下在压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物，燃料混合物剧烈燃烧，产生高温高压燃气，推动活塞做功，通过连杆驱使曲轴转动燃料燃烧，化学能转化成燃气的内能，内能转化成机械能排气冲程关闭打开向上排出废气*①一个工作循环，活塞往复两次，曲轴转两周，内能做功一次，进排气门各开一次；②在一个工作循环中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程不但不做功，还要消耗机械能；③除做功冲程外的其他三个冲程都是辅助冲程，要依靠飞轮的惯性完成吸气、压缩、排气冲程.三、柴油机1.柴油机：利用汽缸内燃烧柴油所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功的热机.2.柴油机的构造：和汽油机的构造大致相同，所不同的是柴油机的汽缸顶部无火花塞而有喷油嘴.3.柴油机的工作过程：a.吸气冲程：柴油机吸入汽缸中的只是空气，而不像汽油机那样吸入的是汽油和空气的混合物.b.压缩冲程：活塞将汽缸内的空气压缩成高温气体，其温度超过柴油的燃点.c.做功冲程：在压缩冲程结束后，由喷油嘴向汽缸内喷射雾状的柴油，这些雾状的柴油在汽缸内高温的空气中剧烈燃烧，这种点火方式成为压燃式.由于雾状柴油的燃烧，使得汽缸内的压强急剧增大，气体对活塞做功，将活塞推向汽缸的下端.d.排气冲程：与汽油机的情况相同，都是把废气排出汽缸，为下一个工作循环做好准备.4.汽油机和柴油机的对比汽油机柴油机构造不同汽缸顶部有火花塞汽缸顶部有喷油嘴燃料不同汽油柴油吸气冲程汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物柴油机在吸气冲程中只吸入空气点火方式压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷射雾状的柴油，遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式效率效率低，20%—30%效率高，30%—45%应用机体轻便，汽车、小型飞机、摩托车等机体笨重，主要应用于载重汽车、火车、轮船等相同点①汽油机柴油机都是内燃机。都是燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞作功。②都是一个工作循环，四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，内能做功一次，进排气门各开一次。【思路导航】例1.下图表示四冲程内燃机工作时各冲程的示意图，它们正确的排列顺序为（）A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲C．甲、丙、乙、丁 D．甲、丁、乙、丙例2.一台单缸四冲程柴油机每分钟转1200转，则（1）每秒活塞往复次；（2）若每个工作循环释放内能做功600J，则每小时做功J；（3）若柴油机效率为40%，每小时至少需消耗多少能量J。例3.在内燃机工作的过程中，四个冲程中发生内能和机械能相互转化的冲程是（）A.吸气冲程和压缩冲程B.压缩冲程和做功冲程C.做功冲程和排气冲程D.排气冲程和吸气冲程例4.柴油机甲的功率是乙的1.5倍，甲的效率为20%，乙的效率为25%，那么甲与乙每小时消耗的油量之比为（）B.C.D.例5.某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa,飞轮1分钟转动1800周，当汽油机满负荷工作时，求：（不计摩擦）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；一个做功冲程中燃气对活塞做功；汽油机的功率。【课堂训练】1.关于热机，下列说法是正确的（）A.汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞B.柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸C.汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开D.汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能2.如图7所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是()3.关于“热机”，下列说法中正确的是（）A.做功冲程的能量转化是机械能转化为内能B.改进技术，可以使热机的效率达到100%C.用水循环来降低热机的温度，主要是利用水蒸发时吸热的特性D.冬天晚上要把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时水凝固胀坏水箱4.如图所示，在大玻璃瓶内有一些水，往瓶内不断打气，过一会你会看到的现象是_______。出现这种现象的原因是。5.汽油机工作时，气缸内的温度最高的是（）A.吸气冲程结束时B.做功冲程结束时C.压缩冲程结束、火花塞点火的瞬间D.压缩冲程结束、火花塞点火后的瞬间6.甲乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意义是（）A.甲的功率大于乙的功率B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料C.乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大D.工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少7.内燃机是将内能转化成________能的机器；内燃机一个工作循环由___个冲程组成，其中如图所示是热机的_______冲程。8.从本质上看，内燃机的工作能量来源于（）A、机械能B、内能C、化学能D、电能9.一柴油机的飞轮转速为2400r/min，由此可推断，该柴油机每秒钟做功多少次？【课后作业】1.内燃机做功的一个冲程，是指（）A．活塞在上、下两点间运动的一次距离B．活塞在汽缸内往复运动一次的路程C.活塞完成一个工作循环通过的路程D.汽缸内径和容积2.一台四冲程汽油机，飞轮转速为1800r/min，则此汽油机每秒钟内完成____个冲程，做了____次功。3.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况.关于