2022年中考物理教學(xué)案第五講　內(nèi)能及其利用

第五講內(nèi)能及其利用1.通過(guò)實(shí)驗(yàn),了解比熱容,嘗試用比熱容說(shuō)明簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象。2.了解熱機(jī)的工作原理;知道內(nèi)能的利用在人類社會(huì)發(fā)展史上的重要意義。3.了解內(nèi)能和熱量;從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)燃料的熱值。4.了解能量及其存在的不同形式,描述各種各樣的能量和生產(chǎn)、生活的聯(lián)系。5.通過(guò)實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,不同形式的能量可以互相轉(zhuǎn)化。6.知道能量守恒定律,列舉正常生活中能量守恒的實(shí)例,有用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)分析問(wèn)題的意識(shí)。7.從能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識(shí)效率。8.知道能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移有一定的方向性。八年真題再現(xiàn)命題點(diǎn)1溫度、熱量和內(nèi)能[?？糫1.(2020·安徽第11題)關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能,下列說(shuō)法正確的是(A)A.0℃的物體也具有內(nèi)能B.只要物體放出熱量,溫度就一定降低C.物體溫度越高,含有的熱量越多D.熱量總是從內(nèi)能大的物體傳遞給內(nèi)能小的物體2.(2018·安徽第2題)如圖所示,在一個(gè)配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小團(tuán)硝化棉,迅速向下壓活塞,硝化棉就燃燒起來(lái)。這是因?yàn)榛钊麎嚎s空氣做功,氣體內(nèi)能增加,溫度升高,達(dá)到了硝化棉的燃點(diǎn)。

3.(2016·安徽第11題)下列說(shuō)法正確的是(D)A.物體的內(nèi)能增加,則一定是外界對(duì)物體做了功B.物體的溫度升高,則一定是從外界吸收了熱量C.物體的溫度越高,含有的熱量越多D.內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能的總和命題點(diǎn)2熱量的相關(guān)計(jì)算[?？糫4.(2021·安徽第7題)沙漠地區(qū)晝夜溫差大,主要原因是砂石的比熱容較小。初溫為20℃、質(zhì)量為50kg的砂石吸收3.6×106J的熱量后,溫度升高到100℃[砂石的比熱容為0.9×103J/(kg·℃)]。

5.(2020·安徽第9題)某同學(xué)家使用燃?xì)鉄崴?平均每天需將100kg的水從18℃加熱到58℃。若天然氣完全燃燒放出熱量的70%被水吸收,則熱水器平均每天消耗天然氣0.6m3[c水=4.2×103J/(kg·℃),q天然氣=4.0×107J/m3]。

6.(2019·安徽第6題)假如完全燃燒0.2m3天然氣放出的熱量全部被100kg、初溫為25℃的水吸收,可以使水的溫度升高到45℃[已知c水=4.2×103J/(kg·℃),q天然氣=4.2×107J/m3]。

7.(2017·安徽第7題)農(nóng)作物的秸稈可以回收加工制成秸稈煤。完全燃燒0.5kg的秸稈煤可放出1.05×107J的熱量;若這些熱量完全被質(zhì)量為100kg、初溫為20℃的水吸收,則可使水溫升高到45℃[已知q秸稈煤=2.1×107J/kg,c水=4.2×103J/(kg·℃)]。

8.(2015·安徽第22題)某家庭用燃?xì)鉄崴鲗①|(zhì)量為100kg、溫度為20℃的自來(lái)水加熱到50℃,消耗的天然氣體積為1m3(假設(shè)天然氣完全燃燒)。已知水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃),天然氣的熱值為3.2×107J/m3。求:(1)天然氣完全燃燒放出的熱量;(2)水吸收的熱量;(3)該熱水器工作時(shí)的效率。解:(1)天然氣完全燃燒放出的熱量Q放=qV=3.2×107J/m3×1m3=3.2×107J(2)水吸收的熱量Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(50℃-20℃)=1.26×107J(3)熱水器工作時(shí)的效率η=Q吸Q放×課前知識(shí)回顧考點(diǎn)一內(nèi)能內(nèi)能定義構(gòu)成物體的所有分子,其熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和,單位焦耳(J)

特點(diǎn)一切物體都有內(nèi)能,物體內(nèi)能的大小不可能為0影響內(nèi)能的因素質(zhì)量反映了物體內(nèi)部分子數(shù)的多少溫度反映了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度;質(zhì)量一定的物體,溫度越高(體積不變),其內(nèi)能越大;溫度不變時(shí),內(nèi)能可能改變,比如晶體熔化過(guò)程,液體沸騰過(guò)程

種類不同物質(zhì)的分子大小、結(jié)構(gòu)不同,分子勢(shì)能不同狀態(tài)物體的狀態(tài)不同,其分子間的距離不同,作用力也不同,分子勢(shì)能也就不同改變內(nèi)能的方式熱傳遞熱量:熱傳遞過(guò)程中傳遞能量的多少,只能用吸收、放出進(jìn)行描述聯(lián)系:兩種方式改變物體的內(nèi)能效果相同

實(shí)質(zhì):內(nèi)能的轉(zhuǎn)移條件:溫度差,從高溫物體到低溫物體

熱平衡標(biāo)志:溫度相同例:燒水,曬太陽(yáng),用熱水袋取暖做功實(shí)質(zhì):內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化物體對(duì)外做功,內(nèi)能減少;外界對(duì)物體做功,物體內(nèi)能增加

例:鉆木取火,摩擦生熱,彎折鐵絲疑難點(diǎn)撥做功可以改變內(nèi)能,但是做功并非一定能改變物體的內(nèi)能。比如將重物舉高,其他形式的能轉(zhuǎn)化為物體的重力勢(shì)能。做功一定會(huì)引起物體某種形式能量的變化考點(diǎn)二比熱容比熱容定義一定質(zhì)量的某種物質(zhì),在溫度升高時(shí)吸收的熱量與物質(zhì)的質(zhì)量和升高的溫度的乘積之比,用符號(hào)c表示單位J/(kg·℃),讀作焦每千克攝氏度物理意義反映不同物質(zhì)吸、放熱能力的強(qiáng)弱,如水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃),表示1kg水溫度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的熱量為4.2×103J

影響因素比熱容只與物質(zhì)的種類及狀態(tài)有關(guān),與物質(zhì)的質(zhì)量、吸(或放)熱的多少以及溫度的變化無(wú)關(guān)公式定義式:c=Q吸熱公式:Q吸=cm(t-t0),放熱公式:Q放=cm(t0-t),總公式:Q=cmΔt(其中Δt為溫度變化量)現(xiàn)象解釋(1)用水降溫,用人工湖調(diào)節(jié)氣溫,都是利用水的比熱容大的特點(diǎn)

(2)沙漠地區(qū)晝夜溫差大,海濱城市晝夜溫差小:因?yàn)樯呈谋葻崛荼人谋葻崛菪?在質(zhì)量和吸收或放出熱量相同時(shí),水的溫差小,而沙石的溫差大考點(diǎn)三熱值熱值定義燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量與其質(zhì)量之比,用符號(hào)q表示

單位J/kg(固體或液體)或J/m3(氣體)性質(zhì)熱值是燃料本身的一種特性,只與燃料的種類有關(guān),與燃料的質(zhì)量、體積以及是否完全燃燒均無(wú)關(guān)

公式定義式:q=Qm,熱量計(jì)算式:Q=mq(固體或液體),Q=Vq(氣體物理意義描述燃料燃燒放熱本領(lǐng)的物理量,如木炭的熱值是3.4×107J/kg,表示1kg木炭完全燃燒時(shí)所放出的熱量為3.4×107J考點(diǎn)四熱機(jī)及其效率熱機(jī)工作原理燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,再通過(guò)做功將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

汽油機(jī)的工作過(guò)程能量轉(zhuǎn)化壓縮沖程:將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

做功沖程:將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

一個(gè)循環(huán)的相關(guān)數(shù)據(jù)4個(gè)沖程,飛輪轉(zhuǎn)2圈,曲軸轉(zhuǎn)2圈,活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)2次,對(duì)外做功1次熱機(jī)效率定義用來(lái)做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的能量之比

公式η=W有用Q×100%=W提高效率的措施①使燃料充分燃燒;②盡量減少各種熱量損失;③保持良好的潤(rùn)滑,減少因摩擦而額外消耗的能量考點(diǎn)五能量的轉(zhuǎn)化和守恒能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化能量由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。例:電動(dòng)機(jī)通電轉(zhuǎn)動(dòng),電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能

轉(zhuǎn)移能量不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化,直接由一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。例:碰撞時(shí)動(dòng)能的轉(zhuǎn)移,熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能的轉(zhuǎn)移

能量守恒定律內(nèi)容能量既不會(huì)憑空消滅,也不會(huì)憑空產(chǎn)生,它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,能量的總量保持不變

說(shuō)明能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移都是有方向性的,因此要節(jié)約使用能源。能量守恒定律是自然界最普遍的基本定律之一

課堂達(dá)標(biāo)1.關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能,下列說(shuō)法正確的是(C)A.一定質(zhì)量的物體的內(nèi)能增加,溫度一定升高B.一定質(zhì)量的物體溫度升高,一定吸收了熱量C.一定質(zhì)量的物體溫度降低,內(nèi)能一定減少D.一定質(zhì)量的物體吸收了熱量,溫度一定升高2.對(duì)于同一物態(tài)的某種物質(zhì),根據(jù)c=QmΔt可知A.比熱容跟熱量成正比B.比熱容跟質(zhì)量成反比C.比熱容跟溫度變化成反比D.吸收或放出的熱量跟質(zhì)量與溫度變化的乘積之比是個(gè)恒量3.同等條件下,“可燃冰”完全燃燒放出的熱量達(dá)到煤氣的數(shù)十倍,這說(shuō)明“可燃冰”的熱值很大。

4.關(guān)于四沖程汽油機(jī),下列說(shuō)法中正確的是(C)A.在吸氣沖程,吸入汽缸內(nèi)的是空氣B.在壓縮沖程,燃料燃燒,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.在做功沖程,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D.在排氣沖程,進(jìn)氣門和排氣門都打開名師考點(diǎn)精講類型1溫度、熱量、內(nèi)能的關(guān)系典例1(2021·江蘇宿遷)關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能,下列說(shuō)法正確的是(C)A.物體吸收了熱量,溫度一定升高B.溫度高的物體含有熱量多C.溫度相同的物體,內(nèi)能不一定相同D.物體內(nèi)能增加,一定從外界吸收了熱量【解析】物體吸收了熱量,內(nèi)能增加,但溫度不一定變化,如晶體熔化,內(nèi)能增加,但溫度不變,A項(xiàng)錯(cuò)誤;熱量是一個(gè)過(guò)程量,不能說(shuō)物體含有多少熱量,B項(xiàng)錯(cuò)誤;物體的內(nèi)能與質(zhì)量、溫度、狀態(tài)等多個(gè)因素有關(guān),不能只根據(jù)溫度判定內(nèi)能的大小,所以兩物體溫度相同,內(nèi)能不一定相同,C項(xiàng)正確;改變物體內(nèi)能的兩種方式:做功和熱傳遞;物體內(nèi)能增加,不一定從外界吸收了熱量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。溫度、熱量、內(nèi)能的關(guān)系(1)不發(fā)生物態(tài)變化時(shí),物體吸收熱量,內(nèi)能增加,溫度升高;物體放出熱量,內(nèi)能減少,溫度降低。(2)發(fā)生物態(tài)變化時(shí),物體吸收熱量,內(nèi)能增加,溫度可能不變;物體放出熱量,內(nèi)能減少,溫度可能不變。類型2比熱容、熱值、熱機(jī)效率的相關(guān)計(jì)算典例2(2021·云南改編)中國(guó)首次火星探索任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器的成功發(fā)射,是我國(guó)綜合國(guó)力和創(chuàng)新能力提升的重要標(biāo)志。如圖所示是某火箭發(fā)射時(shí)的場(chǎng)景,目前運(yùn)載火箭一般使用液態(tài)氫作為燃料、液態(tài)氧作為助燃劑。如表所示是一些燃料的熱值。燃料熱值燃料熱值汽油4.6×107J/kg煤油4.6×107J/kg柴油4.3×107J/kg氫1.4×108J/kg(1)某火箭發(fā)射時(shí)攜帶了3×104kg的液態(tài)氫燃料,這些燃料完全燃燒最多能將多少千克、初溫為20℃的水加熱至沸騰?[c水=4.2×103J/(kg·℃),當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?標(biāo)準(zhǔn)大氣壓](2)氫能源車的發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)將液態(tài)氫轉(zhuǎn)化為氫氣在汽缸中燃燒。某次測(cè)試中,一輛氫能源車以70kW的功率勻速行駛0.5h,消耗了2kg燃料,求該發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。解:(1)3×104kg的液態(tài)氫完全燃燒釋放的熱量Q=mq=3×104kg×1.4×108J/kg=4.2×1012J一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃,水的質(zhì)量m'=Qc水Δt=4.(2)氫能源車所做的功W=Pt=70000W×0.5×3600s=1.26×108J2kg燃料完全燃燒釋放的熱量Q'=m″q=2kg×1.4×108J/kg=2.8×108J該發(fā)動(dòng)機(jī)的效率η=WQ'×熱學(xué)計(jì)算公式的比較計(jì)算公式適用范圍注意事項(xiàng)Q=cmΔt適用于熱傳遞(1)物理量的單位統(tǒng)一為國(guó)際單位;(2)燃料燃燒放出的熱量被全部吸收時(shí),則Q吸=Q放;燃料燃燒放出的熱量被部分吸收時(shí),則Q吸=ηQ放Q=mq適用于固態(tài)和液態(tài)燃料燃燒放熱Q=Vq適用于氣態(tài)燃料燃燒放熱實(shí)驗(yàn)突破實(shí)驗(yàn)探究不同物質(zhì)的吸熱能力1.實(shí)驗(yàn)裝置:如圖所示。2.測(cè)量工具:溫度計(jì)、手表。

3.實(shí)驗(yàn)操作:控制水和煤油的質(zhì)量相等,使它們升高相同的溫度,比較吸收的熱量即加熱時(shí)間。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論質(zhì)量相等的不同物質(zhì),升高相同的溫度,所吸收的熱量是不同的,即物質(zhì)的吸熱能力與物質(zhì)種類有關(guān)。5.實(shí)驗(yàn)討論(1)實(shí)驗(yàn)中用相同加熱源加熱的目的是使液體在相同的時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相同。

(2)加熱源的選擇:選擇電加熱器優(yōu)于酒精燈,電加熱器發(fā)熱穩(wěn)定,熱量不易散失,效果明顯,還節(jié)省加熱時(shí)間。(3)實(shí)驗(yàn)改進(jìn):把質(zhì)量相等的不同物質(zhì)放在同一杯水中加熱,這樣更能夠保證在相同的時(shí)間內(nèi)兩種物質(zhì)吸收的熱量相同。(4)比較不同物質(zhì)吸熱能力的方法:①讓質(zhì)量相同的不同物質(zhì),吸收相同的熱量,比較升高的溫度,升高溫度小的物質(zhì)比熱容大。

②讓質(zhì)量相同的不同物質(zhì),升高相同的溫度,吸收熱量多的物質(zhì)比熱容大。

針對(duì)訓(xùn)練為了比較水和煤油吸熱本領(lǐng)的大小,小明做了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn):在兩個(gè)相同的燒杯中分別裝有質(zhì)量、初溫都相同的水和煤油,用兩個(gè)相同的酒精燈對(duì)其加熱?；A(chǔ)設(shè)問(wèn)(1)要完成實(shí)驗(yàn)探究,除了圖中所示的器材外,還需要的測(cè)量工具有天平和秒表。

(2)實(shí)驗(yàn)中,是通過(guò)加熱時(shí)間來(lái)比較物質(zhì)吸熱多少的。

(3)本次實(shí)驗(yàn)用到的科學(xué)方法是AC。

A.控制變量法 B.理想實(shí)驗(yàn)法C.轉(zhuǎn)換法 D.類比法(4)加熱過(guò)程中要用玻璃棒不斷攪拌,目的是為了使被加熱的物質(zhì)受熱均勻。

(5)分析表格中的數(shù)據(jù)可知,質(zhì)量相同的水和煤油,升高相同的溫度時(shí),水吸收的熱量大于(選填“大于”或“小于”)煤油吸收的熱量,水的吸熱能力強(qiáng)。

物質(zhì)質(zhì)量/g初溫/℃末溫/℃加熱時(shí)間/min水300203012煤油30020306(6)結(jié)合表格中的數(shù)據(jù)可計(jì)算出煤油的比熱容為2.1×103J/(kg·℃)[c水=4.2×103J/(kg·℃)]。

(7)加熱過(guò)程中,質(zhì)量相等的煤油和水的溫度變化可以用如圖乙所示的圖像表示,其中B表示的是水的溫度隨加熱時(shí)間的變化規(guī)律,A表示的是煤油的溫度隨加熱時(shí)間的變化規(guī)律。

能力設(shè)問(wèn)(8)為便于比較水和煤油升高的溫度,實(shí)驗(yàn)前最好使水和