第15講物體的內(nèi)能（原卷版）

第15講物體的內(nèi)能【銜接導入】史蒂芬孫與蒸汽機車史蒂芬孫是一位煤礦工人的兒子，從小熟悉礦井里用來抽水的蒸汽機，后來立志從事交通工具的發(fā)明創(chuàng)造。1814年，他研制的第一輛蒸汽機車“布拉策號”（以普魯士將軍布拉策的名字命名，他曾經(jīng)幫助英國打擊拿破侖軍隊）試運行成功。1825年9月27日，史蒂芬孫親自駕駛他同別人合作設計制造的“旅行者號”蒸汽機車在新鋪設的鐵路上試車，并獲得成功。蒸汽機在交通運輸業(yè)中的應用，使人類邁入了“火車時代”，迅速的擴大了人類的活動范圍。1814年史蒂芬遜在試運行“布拉策號”機車時，雖然取得了成功，但也暴露出許多問題，如噪音太大，振動強烈，蒸汽機隨時都有爆炸的可能?；疖囬_動時，濃煙滾滾，車輪摩擦鐵軌時火星四濺；坐在車上的人則滿面煙塵，被顛得筋疲力盡。蒸汽機冒出的火焰把附近的樹木都燒焦了。但是，史蒂芬孫沒有氣餒，而是不斷進行改進。他在車廂下面加裝了減震的彈簧，用熟鐵代替生鐵作鐵軌的材料，在枕木下加鋪了小石子，增加車頭和車廂的車輪數(shù)量，把蒸汽機安裝在車頭以減少發(fā)生危險時的損害等。到1825年史蒂芬孫試運行“旅行者號”機車時，情況已經(jīng)有了相當大的改善?！奥眯姓咛枴睜恳?節(jié)煤車、20節(jié)擠滿乘客的車廂，載重達90噸，時速15英里。這一壯觀場面吸引了眾多的人前來觀看。鐵路兩旁人山人海；還有人騎著馬，打著紅旗走在火車前面開道。隨著火車的一聲鳴叫，它向全世界宣告了鐵路時代的到來。1829年，史蒂芬孫試制成功了更為先進的“火箭號”機車?！局R新授】一、物體的內(nèi)能1．內(nèi)能的定義物體內(nèi)部所有分子做__無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。2．影響內(nèi)能大小的因素物體的內(nèi)能與___溫度_____有關(guān)。同一個物體，溫度越高，分子的熱運動越劇烈，它具有的內(nèi)能就越大。物體的內(nèi)能還受___質(zhì)量_____、材料、狀態(tài)等因素的影響。二、改變物體內(nèi)能的兩種方法1．做功可以改變內(nèi)能外界對物體做功，物體的內(nèi)能__變大___；物體對外做功，物體的內(nèi)能會_減小__。通過做功改變物體的內(nèi)能，實質(zhì)上是其他形式的能與物體內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化。2．熱傳遞可以改變內(nèi)能熱傳遞改變物體的內(nèi)能實質(zhì)上是內(nèi)能從_高溫___物體傳遞到_低溫__物體或者從同一物體的高溫部分傳遞到低溫部分。在熱傳遞過程中傳遞的能量的多少叫做熱量。熱傳遞發(fā)生的條件是物體之間存在__溫差。三、熱量的計算1．物體溫度升高時吸收的熱量Q吸＝_cm(t－t0)___。2．物體溫度降低時放出的熱量Q放＝cm(t0－t)。c為物質(zhì)的_比熱容__。比熱容是指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的熱量。其中，c為物質(zhì)的比熱容，m為物體的質(zhì)量，t0是初溫，t是末溫。如果用Δt表示升高或降低的溫度，即用Δt表示t－t0或t0－t，那么物體吸收或放出的熱量可以寫成Q＝cmΔt。四、熱機1．熱機(1)定義：把__化學能_轉(zhuǎn)化為機械能的機器。(2)原理：eq\x(化學能)eq\o(→,\s\up7(燃料燃燒))eq\x()eq\o(→,\s\up7(做功))eq\x(機械能)2．熱機的種類熱機eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(蒸汽機,內(nèi)燃機\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(汽油機,柴油機)),汽輪機、噴氣發(fā)動機))3．熱機的四個過程：吸氣、_壓縮___、_做功__排氣。4．熱機曲軸轉(zhuǎn)動兩圈對外做功一次。五、燃料的熱值1．燃料燃燒時能量的轉(zhuǎn)化燃料的燃燒是一種化學變化，在燃燒過程中，燃料的化學能轉(zhuǎn)化為__內(nèi)能___，也就是通常所說的釋放出熱量。2．燃料的熱值1kg某種燃料__完全__燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的__熱值___，單位是J/kg，氣體燃料的熱值單位通常用J/m3。Q=mq熱值的意義是表示單位質(zhì)量的燃料在完全燃燒時所放出熱量的多少。同種燃料的熱值相同，不同種燃料的熱值一般不同。【例題分析】例1．下列關(guān)于內(nèi)能、熱量、溫度和做功的說法中不正確的是（）A．某鐵塊溫度降低，內(nèi)能一定減小 B．溫度高的物體把溫度傳給溫度低的物體 C．物體吸熱，溫度不一定升高 D．一個物體溫度升高，可能是外界對物體做功例2．關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能，下列說法正確的是（內(nèi)放發(fā)熱包）（）A．0℃的冰不會釋放熱量 B．水沸騰時繼續(xù)吸熱，溫度保持不變，內(nèi)能增加 C．物體的溫度越低，所含的熱量越多 D．物體的內(nèi)能與溫度有關(guān)，只要溫度不變，物體的內(nèi)能就一定不變例3．將冰塊放在泡沫箱中可制成簡易“冰箱”，把一瓶飲料放入“冰箱”后，冰塊和飲料的溫度隨時間變化的曲線如圖所示，在兩物體溫度達到相同之前，下列說法正確的是（）A．甲是冰塊 B．乙吸收熱量 C．甲內(nèi)能增加 D．乙內(nèi)能減少例4．在試管中裝適量的水，試管口用塞子塞住，用酒精燈對試管加熱，如圖所示。加熱一段時間后，塞子沖出去了，則（）A．加熱過程中，酒精的化學能全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能 B．塞子沖出前，試管內(nèi)氣體內(nèi)能是通過做功的方式增大的 C．塞子沖出時，試管內(nèi)氣體溫度不變 D．塞子沖出時，塞子增加的機械能是由試管內(nèi)氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化的例5．爆米花是將玉米放入鐵鍋內(nèi)，邊加熱邊翻動一段時間后，“砰”的一聲變成了玉米花。下列說法正確的是（）A．玉米粒主要通過翻動鐵鍋對其做功，使其內(nèi)能增加 B．玉米粒主要通過與鐵鍋間的熱傳遞，使其內(nèi)能增加 C．玉米粒內(nèi)水分受熱膨脹對粒殼做功爆開，內(nèi)能不變 D．玉米粒內(nèi)水分受熱膨脹對粒殼做功爆開，內(nèi)能增加例6．如圖是小明制作的簡易“蒸汽船”模型。將盛有一定量水的銅制容器安裝在“船體”上，用蠟燭對銅制容器底部加熱，一段時間后銅管會向右噴蒸汽，“蒸汽船”就向左行駛。（1）蠟燭對銅制容器底部加熱導致容器內(nèi)水溫升高，這是通過的方式改變水的內(nèi)能。（2）當銅管向右噴蒸汽時“船體”獲得噴出的蒸汽對其向左的推力，這說明了。例7．本學期我區(qū)實驗調(diào)研展示活動中，老師展示如圖實驗：（1）如圖甲，將自行車氣門芯取下后固定在橡皮塞上，在礦泉水瓶中加少量的水后，塞緊橡皮塞，氣筒打氣五六下后就能看到橡皮塞噴出，同時看見瓶內(nèi)出現(xiàn)了大量的“白霧”如圖乙。用熱學知識解釋橡皮塞跳出，同時瓶內(nèi)出現(xiàn)“白霧”的現(xiàn)象。（2）第二步，老師將圖乙充滿“白霧”的瓶子重新塞緊橡皮塞，再壓下氣筒柄四次后看到“白霧”消失。此時瓶內(nèi)氣體溫度變化（填升高、降低、不變）。例8．在一試管里裝入質(zhì)量為100克的干燥沙子，用軟木塞把管口封住，在塞中間插入溫度計，測得此時沙的溫度為20℃，然后用手指捏住試管上都上下晃動。過了一會兒，發(fā)現(xiàn)溫度計的示數(shù)變?yōu)?3℃．（沙子的比熱容c＝0.92×103J/（Kg?℃））（1）沙子的內(nèi)能是通過的方式增加的。（2）如果試管內(nèi)放的是同樣質(zhì)量的水，用同樣的方式同樣的幅度晃動試管同等時間，試管內(nèi)水溫會是23℃（選填“小于”、“大于”或“等于”）?！眷柟烫岣摺恳唬x擇題（共9小題）1．下列是小金同學對某些生活現(xiàn)象的理解，正確的是（）A．液體很難被壓縮，說明液體分子間只有斥力 B．水和酒精混合后的總體積小于水和酒精的體積之和，說明分子間有空隙 C．春天柳絮飛揚，說明分子在做無規(guī)則運動 D．變癟了的乒乓球放在熱水中鼓起，說明分子的體積變大2．禮花噴射器結(jié)構(gòu)如圖，氣罐內(nèi)有高壓氣體，氣罐通過氣閥與紙筒相連。使用時轉(zhuǎn)動紙筒打開氣閥，氣體將紙筒內(nèi)的禮花快速噴向遠處。對該過程的分析正確的是（）A．氣罐內(nèi)壁溫度降低 B．罐內(nèi)氣體的內(nèi)能增加 C．罐內(nèi)氣體通過熱傳遞方式改變了其內(nèi)能 D．該過程能量轉(zhuǎn)化方式與汽油機壓縮沖程相同3．水具有比熱容大的性質(zhì)，下列現(xiàn)象與此性質(zhì)無關(guān)的是（）A．用水冷卻汽車發(fā)動機 B．沿海地區(qū)晝夜溫差比內(nèi)陸地區(qū)小 C．夏天在室內(nèi)地面上灑水降溫 D．冬天的暖氣設備用熱水來供暖4．夏季在海邊，由于水和砂石的比熱容不同，常能夠形成海風或者陸風。海風指從海上吹向陸地的風，反之為陸風。如圖是某地空氣流動情況，據(jù)此判斷此時為（）A．白天，形成的是海風 B．晚上，形成的是海風 C．白天，形成的是陸風 D．晚上，形成的是陸風5．兩個相同的容器分別裝有質(zhì)量相同的甲、乙兩種液體。用同一熱源分別加熱，液體溫度與加熱時間關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是（）A．甲液體的比熱容大于乙液體的比熱容 B．如果升高相同的溫度，兩液體吸收的熱量相同 C．加熱相同的時間，甲液體吸收的熱量大于乙液體吸收的熱量 D．加熱相同的時間，甲液體溫度升高的比乙液體溫度升高的多6．截止2021年底，中國高鐵里程數(shù)達3.96萬公里，動力足、速度快，是中國展現(xiàn)給全世界的一張金名片。某列高鐵在牽引電動機（功率不變）的作用下，經(jīng)有坡度的引橋行駛上水平的高架軌道，都勻速前進。以下分析正確的是（）A．牽引電動機可將電能完全轉(zhuǎn)化為機械能 B．該列高鐵行駛在引橋上和高架軌道上所需摩擦力相同 C．行駛在高架軌道上的高鐵只具有重力勢能 D．該列高鐵由引橋駛上高架軌道后機械能變大7．如圖是生活中常用的熱水瓶。當注入一定量的熱水后，立即蓋上木塞，木塞會跳起來。其工作原理與汽油機的下列工作過程示意圖所示原理一致的是（）A． B． C． D．8．油電混合動力汽車是指同時裝備兩種動力源﹣﹣熱動力源（傳統(tǒng)的汽油機或者柴油機）與電動力源（電池與電動機）的汽車?；旌蟿恿ζ嚨陌l(fā)動機要使用燃油，在起步、加速時，由于有電動機的輔助，所以可以降低油耗。以下說法不正確的是（）A．汽油機和柴油機都屬于內(nèi)燃機 B．當油電混合動力汽車的電動機工作時，將電能轉(zhuǎn)化為機械能 C．汽油機的做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能 D．上述汽油機的工作原理示意圖中③為壓縮沖程9．在如圖所示的“汽油機模型”實驗中，將少量的汽油噴入筒內(nèi)，用軟木塞塞住筒口，搖動起電機，觀察到放電針放電，汽油燃燒，軟木塞被高溫高壓的氣體沖出。該實驗可模擬四沖程汽油機工作時的（）A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程二．填空題（共2小題）10．2021年9月17日，神舟十二號搭載三名航天員并在軌道運行3個月后，平安降落在東風著陸場預定區(qū)域。如圖所示是返回艙落入大氣層時，與空氣劇烈摩擦的情形，返回艙表面溫度升高，這是通過的方式改變物體內(nèi)能。返回加速下落的過程中，它的機械能（選填“增大”、“減小”或“不變”）。11．中國古代玩具“飲水鳥”曾經(jīng)讓大科學家愛因斯坦也驚嘆不已。飲水鳥內(nèi)裝有乙醚液體，鳥頭四周包有棉花，平時如甲圖，鳥身略向前傾，上球和下球空間中充滿乙醚的飽和蒸汽，當給鳥的嘴滴上水后，水分蒸發(fā)吸熱，使上球乙醚蒸汽溫度下降，氣壓減小，小于下球乙醚飽和蒸汽的氣壓，使下球的乙醚被壓倒上球，于是整個鳥的重心上移，形成如圖乙的狀態(tài)，鳥嘴“喝水”，同時上、下球中的乙醚蒸汽聯(lián)通混合，氣壓趨于一致，上球中的乙醚由于重力又回流到下球，飲水鳥的姿態(tài)又回到圖甲的狀態(tài)，如此循環(huán)往復。根據(jù)以上分析，“飲水鳥”可以看成（填寫一種機械裝置的名稱），“飲水鳥”獲得的機械能是由空氣的能轉(zhuǎn)化而來的。“飲水鳥”被稱為第二類永動機，所以在能量轉(zhuǎn)化過程中能量轉(zhuǎn)化與守恒定律（填“符合”或“不符合”）。三．實驗探究題（共3小題）12．為了比較水和煤油的比熱容大小，小金采用如圖所示的兩個完全相同的儀器做實驗，它們使用相同的電源給加熱件供電加熱。（1）物質(zhì)傳導熱量的性能稱為導熱性，導熱性越好，則熱量在該物質(zhì)中傳遞越容易。本實驗儀器中，容器應該選擇導熱性（選填“好”或“差”）的材料來制作。（2）將質(zhì)量、初溫都相等的水和煤油分別裝入兩個容器，加熱至兩者的末溫也相同，通過比較來判斷誰吸收的熱量更多。（3）如果水和煤油的質(zhì)量相同而初、末溫度都不相同，只要水和煤油都相同，也能用和（2）一樣的方法做出相應的判斷。13．為比較不同液體升高相同溫度時吸收熱量的多少，小科用兩個完全相同的電加熱器分別給質(zhì)量和初溫都相同的A、B兩種液體加熱，如圖甲所示。圖乙是它們的溫度隨時間變化的圖像。（1）在該實驗中通過比較來比較兩種液體升高相同溫度時吸收熱量的多少。（2）根據(jù)實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)（選填“A”或“B”）液體的比熱容更大。（3）在沒有溫度計時，某同學提出可以比較“A、B兩種液體加熱至沸騰所用時間的長短”來判斷比熱容大小。而小科認為這個方案不可行，小科的理由是。14．老師用如圖1所示實驗裝置，加熱試管使水沸騰，發(fā)現(xiàn)試管上方的小風車，開始不停地轉(zhuǎn)動；由此引出以下問題，請利用所學的知識回答。（1）圖1實驗中能量轉(zhuǎn)化方式與圖2中汽油機的哪個沖程相同？（2）若某四沖程汽油機的功率為36千瓦，做功沖程每次對外做功800焦耳，則在1秒鐘內(nèi)該汽油機能完成個沖程，此汽油機飛輪的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)/分。（3）如圖3所示的是等質(zhì)量兩種液體吸收的熱量與溫度變化情況的圖象。根據(jù)圖中提供的信息判斷，這兩種液體中，選擇液體作為汽車冷卻液效果會更好。四．綜合能力題（共1小題）15．能源、環(huán)境與人類的生活和社會發(fā)展密切相關(guān)。材料一：2017年5月18日，國土資源部發(fā)布消息，中國首次海域“可燃冰”試采成功，我國南海蘊藏著豐富的“可燃冰”資源，可燃冰的主要成分是甲烷水合物，其化學式是CH4?8H2O，它是埋于海底地層深處的大量有機物經(jīng)過細菌的分解作用，在高壓低溫環(huán)境下，最終形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。材料二：2021年6月28日，世界上在建規(guī)模第一、技術(shù)難度最高的白鶴灘水電站正式投產(chǎn)發(fā)電，整個機組發(fā)出的電力將主要送往浙江和江蘇。電站一臺機組的發(fā)電量相當于整個新安江水電站的發(fā)電量，電站總裝機容量1600萬千瓦，年發(fā)電量將達600億千瓦時。請根據(jù)上述材料回答下列問題：（1）根據(jù)測算，1m3可燃冰可以分解釋放出160m3的天然氣。已知天然氣熱值q天然氣＝8.4×107J/m3，水的