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文档简介
比热容热机
3.3内能3.
3.1了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。3.
3.2通过实验,了解比热容。能运用比热容说明简单的自然
现象。3.
3.3了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中
的重要意义。
比热容和热值比热容热值物理意义反映物质吸热或放热本领的
大小反映燃料完全燃烧放热本领的大小定义一定质量的某种物质,在温
度升高时
与
和
乘积之比,叫作这种
物质的比热容某种燃料完全燃烧
与其
之比,叫作这种燃料
的热值吸收的热量
它的质量
升高的
温度
放出的热量
质量
比热容热值公式c=q=或q=单位焦每千克摄氏度,符号
焦每千克,符号
焦每立方米,符号
举例c水=4.2×103
J/(kg•℃)表示:质量为1
kg的水温
度
时吸收的热
量是4.2×103
Jq汽油=4.6×107
J/kg表示:质量为1
kg的汽油
放出的热量为4.6×107
J热量的
计算Q=cmΔtQ=qm或Q=qV应用暖气片用水散热取暖利用了
水的比热容大的特性火箭用液氢作为燃料是因为液氢的
密度小而热值大J/
(kg•℃)J/kg
J/m3
升高1
℃
完全燃
烧
理解:(1)比热容是物质的一种特性,与物质的种类和状态有关,
与物体的体积、质量、形状、位置、温度和吸、放热无关。
(2)热值只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积及是否
完全燃烧等均无关。不同燃料的热值一般不同,在燃料燃烧过程中将化学
能转化为内能。
(3)水的比热容大,吸热能力强,相同条件下温度变化慢。
热机
1.
热机:把
能转化为
能的机器。常见的热机有蒸汽
机、内燃机、汽轮机和喷气发动机等。
2.
内燃机:燃料直接在发动机
内燃烧产生动力的热机叫内燃
机。内燃机分为
和
两大类。内
机械
汽缸
汽油机
柴油机
3.汽油机与柴油机四冲程每个工作循环分为四个冲程:
冲程、
冲
程、
冲程和
冲程。此过程中曲轴和飞轮转动
2周,活塞往复2次,对外做功1次吸气、压缩和排气冲程是依靠飞轮的
来完成的,
冲程是唯一对外做功的冲程做功冲程是将
能转化为
能;压缩冲程是将
能转化为
能说明汽油机和柴油机在构造上有所不同,汽油机顶部有火花塞,而
柴油机顶部有喷油嘴,另外,两者在工作过程中也略有不同吸气
压缩
做功
排气
惯性
做
功
内
机械
机
械
内
热机效率定义热机用来做
的那部分能量和燃料
放出
的能量之比公式η=×100%提高热机
效率的途径①让燃料尽可能
,如将煤粒磨成煤粉、加大送风
量等;②尽量减少各种
;③机件间保持良好
的
,减小摩擦
注意:由于在热机工作的过程中,总有能量损失,所以热机的效率总
小于1。有用功
完全燃烧
充分燃烧
热量损失
润滑
比热容
小明根据下表所提供的数据得出了四个结论,其中正确的是(
D
)D几种物质的比热容/[J•(kg•℃)-1]水4.2×103水银0.14×103酒精2.4×103沙石0.92×103煤油2.1×103铝0.88×103冰2.1×103铜0.39×103A.
液体的比热容一定比固体
的比热容大B.
同种物质发生物态变化
后,比热容不变C.
由于水的比热容大,白天
海水温度比沙滩温度高D.
2 kg的水温度升高50 ℃,吸收的热量是4.2×105 J【解析】冰的比热容比水银的比热容大,故液体的比热容不一定比固体的
比热容大,故A错误;水和冰是同种物质,水变成冰后比热容变化了,由
此可知同种物质发生物态变化后,比热容变化了,故B错误;海水的比热
容比沙石的比热容大,所以在白天有太阳光照射时,吸收相同的热量情况
下,海水升温较慢,而陆地的沙石比热容小,升温就比较快,所以岸边沙
石的温度比海水的温度高,故C错误;水吸收的热量:Q=cmΔt=
4.2×103 J/(kg•℃)×2 kg×50 ℃=4.2×105 J,故D正确。【点拨】分析表中数据,可看出四种物质比热容的大小;根据Q=cmΔt分
析判断各选项正误。【解析】冰的比热容比水银的比热容大,故液体的比热容不一定比固体的
比热容大,故A错误;水和冰是同种物质,水变成冰后比热容变化了,由
此可知同种物质发生物态变化后,比热容变化了,故B错误;海水的比热
容比沙石的比热容大,所以在白天有太阳光照射时,吸收相同的热量情况
下,海水升温较慢,而陆地的沙石比热容小,升温就比较快,所以岸边沙
石的温度比海水的温度高,故C错误;水吸收的热量:Q=cmΔt=
4.2×103 J/(kg•℃)×2 kg×50 ℃=4.2×105 J,故D正确。【点拨】分析表中数据,可看出四种物质比热容的大小;根据Q=cmΔt分
析判断各选项正误。【变式练习】1.如图所示,小叶同学用酒精灯对冰块加热,研究冰的熔化
现象。甲、乙两条图线中的一条是他依据实验数据绘制而成。已知m冰=
0.1 kg,c水=4.2×103 J/(kg•℃),c冰=2.1×103 J/(kg•℃)。下列分析
正确的是(
A
)AA.
小叶绘制的是乙图线B.
0~1 min内冰块吸收的热量为2.1×103 JC.
1~3 min内温度不变,说明冰块没有吸收热量D.
如果酒精完全燃烧,酒精灯的加热效率可以达到100%【解析】由图可知,在0~1 min内,冰吸收热量,温度升高了5 ℃;冰熔
化成水后,质量不变,根据题意可知,水的比热容是冰的比热容的2倍,
根据Q=cmΔt可知,水升高5 ℃所需的热量为冰升高5 ℃所需热量的2倍,
即水升高5 ℃,所需的加热时间为2 min,故乙图线是水的升温图像,故A
说法正确;冰吸收的热量为:Q冰=c冰m冰Δt=2.1×103 J/(kg•℃)
×0.1 kg×5 ℃=1.05×103 J,故B说法错误;由图可知,冰在熔化的过程
中,温度保持不变,为晶体,这个过程中,冰会吸收热量,故C说法错
误;如果酒精完全燃烧,酒精放出的热量不可能全部被水吸收,存在能量
的散失,所以效率不可能达到100%,故D说法错误。【解析】由图可知,在0~1 min内,冰吸收热量,温度升高了5 ℃;冰熔
化成水后,质量不变,根据题意可知,水的比热容是冰的比热容的2倍,
根据Q=cmΔt可知,水升高5 ℃所需的热量为冰升高5 ℃所需热量的2倍,
即水升高5 ℃,所需的加热时间为2 min,故乙图线是水的升温图像,故A
说法正确;冰吸收的热量为:Q冰=c冰m冰Δt=2.1×103 J/(kg•℃)
×0.1 kg×5 ℃=1.05×103 J,故B说法错误;由图可知,冰在熔化的过程
中,温度保持不变,为晶体,这个过程中,冰会吸收热量,故C说法错
误;如果酒精完全燃烧,酒精放出的热量不可能全部被水吸收,存在能量
的散失,所以效率不可能达到100%,故D说法错误。
热值
(2025•连云港)运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态
氢具有(
A
)A.
较大的热值B.
较低的沸点C.
较大的比热容D.
较高的凝固点A【变式练习】2.为了减少大气污染,可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤,
完全燃烧2 kg秸秆煤可放出
J热量;若这些热量完全被水吸
收,可使
kg水温度由20 ℃升高到60 ℃。[q秸秆煤=2.1×107 J/kg,
c水=4.2×103 J/(kg•℃)]【解析】(1)秸秆煤完全燃烧释放的热量:Q放=m秸秆煤q秸秆煤=2 kg×2.1×107 J/kg=4.2×107 J。(2)由题意可知,水吸收的热量Q吸=Q放=4.2×107 J;
4.2×107
250【解析】(1)秸秆煤完全燃烧释放的热量:Q放=m秸秆煤q秸秆煤=2 kg×2.1×107 J/kg=4.2×107 J。(2)由题意可知,水吸收的热量Q吸=Q放=4.2×107 J;由Q吸=cmΔt可得,水的质量:
热机
如图所示是我国古代发明的取火器模型图,把推杆迅速推入牛角套筒时,套筒内空气被压缩,推杆前端的艾绒立刻燃烧起来,此过程中机械能转化为
能,内燃机工作的
冲程原理与该过程相同。内
压缩
【解析】把推杆迅速推入牛角套筒时,套筒内空气被压缩,推杆前端的艾
绒立刻燃烧起来,此过程中压缩套筒内空气做功,使套筒内气体的内能增
加,达到艾绒的着火点。在该实验中,活塞的机械能转化为筒内空气的内
能,与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。【点拨】对物体做功,物体的内能将增大,温度升高;内燃机有四个冲
程,在压缩冲程中,活塞压缩空气做功,将机械能转化为内能。【解析】把推杆迅速推入牛角套筒时,套筒内空气被压缩,推杆前端的艾
绒立刻燃烧起来,此过程中压缩套筒内空气做功,使套筒内气体的内能增
加,达到艾绒的着火点。在该实验中,活塞的机械能转化为筒内空气的内
能,与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。【点拨】对物体做功,物体的内能将增大,温度升高;内燃机有四个冲
程,在压缩冲程中,活塞压缩空气做功,将机械能转化为内能。【变式练习】3.如图所示是某单缸四冲程汽油机的
冲程;若该汽
油机每1秒对外做功25次,那么该汽油机飞轮的转速为
r/min。【解析】由图可知,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,所以是压缩
冲程;每1秒钟对外做功25次,因一个工作循环有4个冲程,飞轮转2圈,
做功1次,则飞轮的转速是25×2×60 r/min=3 000 r/min。压缩
3
000【解析】由图可知,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,所以是压缩
冲程;每1秒钟对外做功25次,因一个工作循环有4个冲程,飞轮转2圈,
做功1次,则飞轮的转速是25×2×60 r/min=3 000 r/min。
热机效率
为减少能源消耗,合理利用能源。下列方法中对提升热机效率有用的
是(
C
)A.
尽量增加废气带走的热量B.
增加燃料的质量C.
尽量使燃料充分燃烧D.
采用热值更大的燃料C【变式练习】4.某汽车在平直路面上以75 km/h的速度匀速行驶1 h的过程
中,消耗了5 kg汽油,汽油燃烧释放能量的40%随废气通过热电转换装
置,如图所示,汽油热值近似取q=5×107 J/kg,设汽油在汽缸内完全燃
烧。如图所示,四冲程汽油机处于
冲程;若上述过程中汽油燃烧
释放能量的30%用来驱动汽车行驶,则汽车所受的阻力f=
N。排气
1
000
【解析】由图可知,进气口关闭,排气口打开,活塞上行,属于排气冲
程;汽油完全燃烧释放的热量:Q放=mq汽油=5 kg×5×107 J/kg=
的过程中,通过的路程:s=vt=75 km/h×1 h=75 km=75 000 m,汽车匀
速直线行驶时,受到的阻力等于牵引力,由W=Fs可得,汽车所受的阻力f
实验11比较不同物质的吸热能力【实验精讲】1.
实验器材:天平、温度计、停表、玻璃棒、水和食用油、两个相同的烧
杯和两个相同的酒精灯。2.
实验装置:如图所示。3.
按照
的顺序组装实验器材,目的是利用
。自下而上
酒精灯的外焰加热
4.
在两个相同的烧杯中分别放入
的水和食用油。
实验中用两个相同的酒精灯加热的目的是
。这种研究问题的方法是
法,通过温度计示数
的变化反映物质吸热能力的大小,运用了
法。初温相同且质量相等
使两液体在相同的时间内吸收
相同的热量
控制变量
转换
5.
比较水和食用油吸热能力的方法:①
;②
。6.
通过实验数据计算出来的比热容比该物质的实际比热容小的原因是
。吸收相同的热量,比较升高的温
度大小
升高相同的温度,比较加热时间的长短
存
在热量损失
7.
实验结论:质量相等的水和食用油,吸收相同的热量时,食用油的温度
升高得多,吸热能力弱;质量相等的水和食用油,升高相同的温度时,食
用油比水所用时间短(即吸收的热量少),吸热能力弱。【实验精练】为了探究不同物质的吸热能力,在两个相同的容器中分别装入质量、初温
都相同的液体A、B,并且用相同的装置加热,如图甲所示。(1)实验中,应该向两个烧杯中加入
(填“质量”或“体
积”)相同的两种不同液体;当它们吸收相同的热量时,可以通
过
(填“升高的温度”或“加热时间”)判断它们吸
热性能的强弱。质量
升高的温度
(2)根据实验数据,小明做出了两种液体的温度随时间变化的图像如图
乙所示。分析可知,两温度计示数都升高到30 ℃时,A增加的内能
(填“>”“=”或“<”)B增加的内能;冬天,如果你想自制暖手
袋,应选液体
(填“A”或“B”)作为供暖物质,其效果更佳。(3)若液体A是水,则液体B的比热容为
J/(kg•℃)。[c水
=4.2×103 J/(kg•℃)]>
A
2.1×103
(4)如图丙是我国沿海地区和内陆地区同一天气温变化曲线,请你判断
沿海地区一天气温变化所对应的曲线是
(填“C”或“D”)。D
1.
(2025•黑龙江)下列实例中与水的比热容有关的是(
B
)A.
北方冬天气温较低,户外的水管容易冻裂B.
沿海地区的昼夜气温差比内陆地区小C.
天热时在地面上洒水是为了降低室内温度D.
刚洗的衣服放在通风的环境中会干得快些B2.
(2025•广元)端午节,小梅随爸爸妈妈开车先去加油,随后回老家看
望爷爷奶奶。下列说法正确的是(
A
)A.
刚一进门,棕香扑鼻而来,表明分子在不停地做无规则运动B.
水常作为汽车发动机冷却剂,是因为水的热值大C.
小汽车内燃机的压缩冲程,将内能转化为机械能D.
小汽车内燃机的曲轴转动一周,对外做功一次A3.
(2025•黑龙江)一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2
400 r/min,则
此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是(
A
)A.
完成80个冲程,对外做功20次B.
完成80个冲程,对外做功40次C.
完成40个冲程,对外做功10次D.
完成40个冲程,对外做功40次A4.
(2025•成都)2025年4月24日在酒泉卫星发射中心,搭载神舟二十号载
人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机,下列说
法正确的是(
D
)A.
火箭发动机使用比热容大的燃料B.
火箭燃料燃烧越充分,热值越大C.
火箭发动机主要通过热传递获得机械能D.
火箭发动机属于热机D5.
(2025•青羊区模拟)甗(yǎn)是我国古代一种独特的蒸食用具,如图
所示,其由上下两部分组成。下半部分为鬲(gé),其形状与鼎相似,主
要功能是以木材为燃料煮水。上半部分是甑(zèng),其底部有网眼,用
于蒸熟其内的食物。下列说法正确的是(
C
)A.
木材烧水时燃烧越充分,其热值越大B.
水沸腾后继续加热,水温将持续升高C.
蒸熟食物是通过热传递改变食物内能D.
停止加热,鬲中水的热量会慢慢减少C6.
(2025•成都模拟)从内能改变方式看,“炙手可热”是通过
改变手的内能。“钻木取火”是通过
改变木头的内能;四冲
程汽油机工作时将内能转化为机械能的是
冲程。热传递
做功
做功
7.
(2025•德阳)小阳在家使用天然气灶为家人煮面条,他将初温为
20
℃、质量为2 kg的水加热至沸腾(在标准大气压下),该过程中水吸收
的热量是
J,水吸收的热量相当于完全燃烧2.24×10-2 m3天
然气放出的热量,则天然气的热值为
J/m3。[c水=4.2×103 J/
(kg•℃)]6.72×105
3×107
8.
(2025•广安)劳动节假期,小莉一家出去旅游。汽车通过一条长2
400 m的隧道,用时120 s,消耗0.1 kg的汽油,汽车通过隧道牵引力做的有
用功为1.38×106 J。(q汽油=4.6×107 J/kg)求:(1)汽车通过隧道的平均速度。【答案】(1)20
m/s(2)完全燃烧0.1 kg汽油放出的热量。【答案】(2)4.6×106
J(3)汽车通过隧道发动机的效率。【答案】(3
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