第7讲内能（学案）

第7讲内能教学内容进门小练笔1.甲、乙两位同学对“雨滴的下落速度是否跟雨滴的大小有关”持有不同的意见，于是他们对此展开研究。他们从网上查到，雨滴在下落过程中接近地面时受到的空气阻力与雨滴的横截面积S成正比，与雨滴下落速度v的平方成正比，即f=kSv2（其中k为比例系数，是个定值），雨滴接近地面时可看做匀速直线运动。把雨滴看做球形，其半径为r，密度为ρ，比热为c，球的体积为．（注：所有结果均用字母表示）（1）半径为r的雨滴重力为。（2）在接近地面时，大雨滴的下落速度小雨滴的下落速度（选填“大于”“等于”“小于”），写出推理过程。（3）假设半径为r的雨滴在近地面下落h高度的过程中，重力对它所做的功全部转化为雨滴的内能，则雨滴的温度升高了多少？课堂导入南方人过冬一靠搓手，二靠抖，三靠一身正气，这中间的能量如何转化？精讲精练知识点一：内能知识梳理（一）热运动：物体内部大量微粒的无规则运动。温度越高，微粒的无规则运动越剧烈。（二）内能：物体内部大量微粒作无规则运动时具有的能。1.任何物体都具有内能。2.物体内能包括所有分子无规则运动动能、分子间相互作用势能3.内能的单位：焦耳。4.影响内能的因素：物体所含的粒子数和物体的温度（三）物体内能的改变：做功和热传递1.做功改变物体的内能；对物体做功，可以使物体的内能增加；物体对外做功，本身的内能会减小。压缩气体，即对气体做功，气体内能增加；气体膨胀，即气体对外做功，气体内能减小2.热传递改变物体的内能：物体从外界吸收热量，内能就增加；物体向外界放出热量，内能就会减小。热传递：热量从高温物体向低温物体或从同一物体高温部分向低温部分传递的现象。（1）热传递的三种方式：传导、对流、辐射。（2）热传递总是由高温物体指向低温物体，高温物体放出热量温度降低，低温物体吸收热量温度升高，直到两物体温度相等为止。例题精讲例1.用一重锤从相同的高度落下敲击质量和温度分别相同的钢块和铅块，重锤打在钢块上时，重锤会跳起，打在铅块上时，重锤没有弹起，这时（）A．钢块的温度比铅块高B．铅块的温度比钢块高C．钢块与铅块的温度一样高D．无法判断谁的温度高例2.实验装置如图所示，在一个厚壁玻璃筒里放一块浸有少量乙醚（乙醚极易挥发）的棉花，用力把活塞迅速下压，棉花就会立即燃烧。根据该实验现象得出的下列结论正确的是（）A．气体比液体更容易被压缩B．浸有少量乙醚可以降低棉花的着火点C．活塞迅速下压，乙醚蒸气液化放出热量，使棉花燃烧D．外界对物体做功时，物体的内能会增加例3.人们都说：“被100℃的水蒸气烫伤，要比被100℃的热水烫伤严重得多”．小柯认为这是因为100℃的水蒸气和100℃的热水温度虽然一样，但100℃的水蒸气变成100℃的热水时，还需放出热量．对此，小柯设计了以下实验证明自己的现点．【实验过程】（实验中的热损失及热胀冷缩对实验的影响忽略不计）①将一定置量温度为t1的冷水装入一个双层玻璃真空保温杯中，液面如图甲所示位置，标记为A．②向杯中插入导管，将100℃的水蒸气通人保温杯的冷水中（水蒸气全部被吸收），发现杯中水面明显上升．③一段时间后，停止通人水蒸气，移出导管后，杯中液面位置如图乙所示，标记为B，再测出此时杯中水的温度为t2，比较发现t2高于t1．（1）杯中水面上升是通入的水蒸气发生______________（填物态变化名称）的结果．（2）t2高于t1的原因是______________（3）小江认为因未设置对照，小柯的实验还不足以证明他的观点，请你在的帮助小柯设计后续实验方案（要求简要叙述实验过程和证明小柯观点的应有实验结果）：___________________巩固练习1.如图所示是某老师的自制教具，他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出，瓶口出现大量白气，关于此实验，分析正确的是（）.A.矿泉水瓶中的酒精如果没有完全燃烧，其热值会变小B.纸筒飞出后的瞬间瓶口出现的白气是汽化形成的C.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程D.纸筒飞出时发生的能量转换是内能转化为机械能2.如图是空气压缩引火仪，在其中装少量硝化棉，用力快速向下压活塞，会看到底部的硝化棉迅速燃烧。活塞快速下压过程中机械能转化为；若要计算出实验者在用恒力下压活塞过程中做的功，需要测量的量是；老师邀请小明做这个实验，小明缓慢地下压活塞直到活塞推至底部，结果并没有看到硝化棉燃烧的现象。请分析小明的实验不成功的原因：.知识点二：热量计算知识梳理（一）热量，内能与温度之间的关系1.热量：在热传递中，传递的能量的多少。2.物体内能增加或减小，则物体的温度不一定上升或下降（比如晶体的熔化和凝固的过程）。3.物体温度上升或下降，则物体的内能一定上升或下降。4.物体吸热，内能不一定增加（还可以是同时对外做功了）。5.内能增加，不一定吸收了热量（还可能是有外界对物体做了功）。（二）热量的计算1.比热容，简称比热，是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的热量。2.比热容是表示物质热性质的物理量，通常用符号c表示。3.比热容与物质的状态和物质的种类有关；它不随温度而改变，是物质的特性。4.热量的计算：Q=cm△t；Q表示热量、c表示物体的比热、m表示物体的质量、△t表示变化的温度;c水=4.2×103焦/（千克·℃）表示每千克的水温度升高1摄氏度，所吸收的热量为4.2×103焦.5.燃烧的热值：1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值，热值的单位：焦/千克。6.燃料完全燃烧时放出的热量=燃料的热值×燃料的质量,即Q=mq。例题精讲例1.在四川邛徕窑遗址中出土了一种唐朝“省油灯”。这种省油灯的灯盏是铜质的，在灯盏下增加了一层夹层，又叫夹层灯。夹层留一小孔，可以从小孔向夹层中加水。灯点燃后，热会由灯盏通过方式使油的内能增加，温度升高，加快油的，增加耗油量。在夹层中加水，可降低油温，达到省油的目的，这是利用水的特性。为了更省油，请对这种灯提出一个合理的改进意见_________________。例2.在杭州，已知与太阳垂直的表面积上接收到太阳能的辐射功率均为k=1.2×103瓦/米2.一个太阳能热水器，控制其接受太阳光垂直照射的面积始终为2米2，设太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%。太阳能热水器内的水的质量为100千克，水的初温为20℃，经过t时间后上升到30℃[c水=4.2×103J/（kg.℃）].请计算：（1）在上述过程中太阳能热水器内的水吸收热量时多少焦耳？（2）使水由20℃升温到30℃所用时间t是多少秒？例3．人类的祖先钻木取火，为人类文明揭开了新的一页．钻木取火的一种方法是将削尖的木棒伸到木板的洞里，用力压住木棒来回拉动钻弓．木棒在木板的洞里转动时，板与棒互相摩擦，机械能转化为内能，而热集中在洞内，不易散发，提高了木棒尖端的温度，当达到约260℃时木棒便开始燃烧．因木头是热的不良导体，故受热厚度很薄，木棒受热部分的质量只有0.25克．已知：来回拉一次钻弓需1.0秒，钻弓长为s=0.25米，人拉钻弓的力为16牛顿，木头比热容c=2×103焦／(千克·℃)，室温为20℃，问：（1）人来回拉一次钻弓克服摩擦力所做的功为多少?（2）人克服摩擦力做功使机械能转化为内能，若其中有25％被木棒尖端吸收，则1秒内可使木棒尖端温度提高多少℃?（3）请你估算用多长时间才能使木棒燃烧起来?巩固练习1.小文一家去野炊，小文携带一个质量为1kg的合金锅、一台如图所示的便携式丁烷气炉（内置一瓶新的燃气，参数如表格所示），爱探究的小文通过上网查到便携式燃气炉的热效率为30%，丁烷气体的燃烧效率为70%，野炊地水的沸点为96℃，测出当地水的温度为26℃，[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），锅的比热容为0.8×103J/（kg·℃）]（1）完全燃烧0.1kg的丁烷气体可以放出多少焦耳的热量？（2）需多少焦耳的热量，才能使合金锅内2kg的水温度升高50℃？（3）如果燃气炉以最大火力工作，一瓶燃气最多能持续燃烧1.4h，这样能够把质量为多少千克的水烧开？（最后结果保留1位小数）。2.为了响应“节能减排”的号召，小周家买了一台容积为100L的太阳能热水器。请你与小周一起，对太阳能热水器进行研究与计算。

(1)太阳能是能源(填“可再生”或“不可再生”)。太阳的巨大能量来自于太阳内部的反应。(2)小周早晨把热水器加满水，温度传感器显示水温为18℃，下午放学时看到显示的水温为78℃，则热水器中的水吸收了多少热量?与使用电热水器相比，相当于节约了多少度电?【不计电热水器的热量损失，c水＝4.2×103J／(kg·℃)】(3)该热水器的说明书中介绍，真空管热水器可以把90％的太阳能转化为水的的内能，真有这么高的效率吗?小周查阅资料知道，他们所在地区单位受光面积上接收太阳能的功率为P，小周还需要测量哪些物理量，并运用本题计算出的热量Q，就可估测出这台热水器的光热转化效率?写出效率的表达式。知识点三：热机知识梳理一.内燃机及其工作原理将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功，把内能转化为机械能。按燃烧燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机等。(1)汽油机和柴油机都是一个工作循环为四个冲程即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程的热机。(2)一个工作循环中只对外做一次功，曲轴转2周，飞轮转2圈，活塞往返2次。(3)压缩冲程是对气体压缩做功，气体内能增加，这时机械能转化为内能。(4)做功冲程是气体对外做功，内能减少，这时内能转化为机械能。(5)汽油机和柴油机工作的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对活塞做功，其它三个冲程靠飞轮的惯性完成。(6)判断汽油机和柴油机工作属哪个冲程应抓住两点：一是气阀门的开与关；二是活塞的运动方向。例题精讲例1.国产165型单缸四冲程汽油机的汽缸直径为65毫米，活塞冲程长55毫米，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.58×105帕，飞轮的转速是1500转/分。（1）求这种汽油机满负荷工作时做功的功率（不计摩擦损失）；（2）如果满负荷工作时每分钟消耗15克汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（汽油的燃烧值为4.6×107焦/千克）巩固练习1.在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“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，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为110mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r/min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g/(kW·h)，柴油的热值为4.3×107J/kg。请回答下列问题：（1）该柴油发动机的效率最高可达多少？（2）在做功冲程中气缸内的平均压强是多少？（3）如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31%提高到近35%，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油？当堂检测1.甲图是生活中常用的热水瓶，当注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，有时软木塞会跳起来，这一过程瓶内气体通过______改变了内能。乙图是四冲程汽油机的工作示意图，其中______图(选填符号)所示的冲程也发生同样的能量变化。2.如图所示，对于图片中所秒速的物理过程，下列分析中正确的是（）A.图甲，空气被压缩时，空气的内能减少B.图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大C.图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气的内能减少D.图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大3.太阳能产业是海宁经济的重要组成部分，下图是太阳能热水器的工作示意图，玻璃吸热管是太阳能热水器中最重要的结构，下列说法错误的是（）A.太阳能是可再生能源B.太阳能集热管是将太阳能转化为内能的装置C.双层玻璃管之间抽成真空是为了起到减少热量损失的保温作用D.不将黑色的吸热材料涂在玻璃集热管的外表面上，是为避免涂层破损而影响到吸热效果4.有一堆从河中捞出的温砂子，测得其比热容为1.2×103焦/（千克·℃）。0.9×103焦/（千克·℃），少？5.关于热量、温度、内能之间的关系,下列说法正确的是（）A.一个物体温度升高,其内能不一定增加B.晶体在熔化过程中,吸收热量温度保持不变,但内能增加C.温度高的物体含有的热量可能比温度低的物体含有的热量多D.温度高的物体具有的内能一定比温度低的物体具有的内能多6.如图所示，某同学将电火花发生器尾部金属体塞入折射器前端小孔并将小孔密封．另取蘸有酒精的棉球从注射器末端放入并将活塞推至如图所示位置．轻轻晃动棉球后，按动电火花发生器的按钮，点燃注射器中的酒精蒸气，活塞即刻弹出．关于此实验，分析正确的是（）A.酒精完全燃烧和不完全燃烧时，其热值不同 B.酒精燃烧释放热量是将化学能转化为机械能C.燃气推动活塞飞出的过程相当于汽油机的压缩冲程 D.活塞飞出时，注射器内气体的内能减少，温度降低7.质量相等,初温相同的铜、铝两种物质,放出相等的热量后相接触,则(c铝>c铜)()A.温度从铝传到铜 B.热量从铝传到铜 C.热量从铜传到铝 D.铜和铝之间没有热传递8.下图中表示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9.若某型号单缸四冲程汽油机的活塞面积S=3.0х10－3m2，活塞冲程长度为L=0.06m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强为P=1.0х106Pa，活塞以n=1380次/分钟作往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次。汽油机在此工作状态下的功率是__________瓦。如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率是__________%（q汽=4.6х107J/Kg、不计摩擦）。10.水在热电厂的锅炉中变为水蒸汽，通过涡轮机带动发电机发电，用过的水蒸汽在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用。液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温，如图。水的比热为4.2×103焦/（千克·℃），求：夏天，来自冷却塔的水温为16℃，而回到冷却塔的水温为30℃。若冷却塔和液化器间水的流量为15米3/秒，发电机的发电功率是56万千瓦，发电机把机械能转化为电能的效率为80%，不计水蒸汽通过涡轮机过程中由于热传递赞成的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸汽的能量转化为电能的效率。温故知新课后巩固1.关于温度、热量和内能，下列说法不正确的是（）A.温度高的物体内能不一定大 B.物体的温度升高，不一定是外界对物体做功C.内能少的物体不可能将能量传递给温度多的物体 D.物体吸收热量，温度不一定升高2.如图所示，在密闭玻璃罩内放一个橡皮塞的广口瓶，瓶内装酒精与水的混合液。随着用抽气机将玻璃罩内的空气逐渐抽走，瓶塞跳起，此时瓶内出现白雾。以下有关此实验的现象以及分析的叙述中，正确的是()A.瓶塞跳起来是因为玻璃罩内的气体对瓶塞做功B.玻璃罩内的气体气压减少，瓶塞被吸起C.广口瓶口的白雾是气化而成的酒精蒸汽或水蒸汽D.白雾是因为瓶内液面上方的气体对瓶塞做功，内能减少导致的3.如图是四冲程汽油机一个工作循环示意图，其中属于内能转化为机械能的冲程是（）A.B.C.D.4.如图所示，一个直立的长气缸内用质量为m的无摩擦活塞封有一定质量的气体，这时活塞处于平衡状态。现在活塞上再放一个大质量的砝码，设气缸内气体与外界没有热交换，下列说法正确的是()A.密封气体的温度降低B.密封气体的压强不变C.密封气体的内能不变D.密封气体的内能将增大5.如图所示为生活中常用的热水瓶，其外壁采用镀银的双层玻璃，并将中间抽成真空，这是为__________．注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞会跳起来．这一过程中瓶内气体的__________能转化为软木塞的机械能．汽油机的__________冲程也发生同样的能量转化．如果该汽油机飞轮转速是1800r／min，则该汽油机每秒钟内对外做功__________次．6.我国“辽宁号”航空母舰的舰载机歼15，绰号“飞鲨”。它具备超音速巡航、高超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为32.5t，最大飞行高度达20000m，最大航行速度达2.4倍声速（约2940km/h），最大载油量为10t，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见下表：已知飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是40%，飞机使用的航空燃油的热值为5×107J/kg．求：（1）飞机发动机完全燃烧10t燃油获得的能量是多少焦？（2）当飞机以400m/s的速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？（3）