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中考物理一轮复习第17课时 内能 比热容 热值 热机
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这是一份中考物理一轮复习第17课时 内能 比热容 热值 热机，共34页。PPT课件主要包含了考点一内能及其改变，2×103J，考点三热量的计算，cmt0-t，cmt-t0，考点四热值，考点五热机，图17-1，答案B，图17-2等内容，欢迎下载使用。
[说明] 物体在任何情况下都有内能,无论是高温的铁水,还是寒冷的冰块,内能均不为零。
2.内能改变的外部表现 物体温度升高(降低)——物体内能增大(减小);物体的存在状态改变(固态、液态、气态)——内能改变。
3.改变内能的两种方法
[注意] (1)外界对物体做功,物体内能增加;物体对外界做功,物体内能减少。(2)热量是过程量,不能说“具有”或“含有”热量,更不能说“比较”两物体热量的多少,只能说物体“吸收”或“放出”了热量。(3)热传递过程中传递的是内能(热量),而不是温度。
考点二 比热容及其应用
4.2×103 J/( kg·℃)
[点拨] 比热容是物质的一种物理属性,与物质的质量大小、温度高低及吸收或放出热量的多少均无关;不同物质的比热容一般不同;同一种物质,比热容与状态有关。
1.吸、放热公式(1)吸热公式:Q吸= 。 (2)放热公式:Q放= 。
[点拨] 热量计算中温度变化的给出一般有两种情况:一是给出物体的初温和末温,在这类问题中,要找准初温t0和末温t,切不可张冠李戴;二是直接给出物体的温度变化量。审题时注意区别“升高”“升高了”与“升高到”的不同,“升高”“升高了”是公式中的Δt=t-t0,“升高到”是公式中的t。
[点拨] 关于热值的理解:热值反映的是物质的一种燃烧特性,它只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧等均无关。
1.工作原理 热机工作时将 能转化为 能。
2.四冲程汽油机的工作循环
[点拨] 一气门打开,上排下吸气;两气门关闭,上压下做功。
探究一 内能及其改变方式
例1 如图17-1所示,对于图中所述的物理过程,下列分析正确的是( )A.图甲,瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气的内能增大B.图乙,试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气的内能减少C.图丙,汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大D.图丁,小蒸汽轮机是利用机械能转化成内能来工作的
[解析] 图甲中瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气对塞子做功,空气的内能减小,故A错误;图乙中,试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能减少,温度降低,故B正确;图丙中,汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体对活塞做功,气体的内能减小,故C错误;图丁中,小蒸汽轮机是利用内能转化成机械能来工作的,故D错误。
【变式1】 [2018·连云港市灌南县一模] 南极是世界上最冷的地方,常年平均气温是-25 ℃,下面是企鹅妈妈和小企鹅之间一次有趣的对话,其中正确的是( )A.小企鹅:妈妈,这么冷,我都没有温度了B.企鹅妈妈:不对,是没有内能C.小企鹅:冰天雪地的,可能连水蒸气都没有吧D.企鹅妈妈:呵呵,水蒸气倒是肯定有,因为冰是可以升华的啊
[解析] 温度表示物体的冷热程度,任何物体都有温度,故A错误;一切物体在任何状态下都有内能,故B错误;无论气温多低,空气中总是存在着水蒸气的,气温低于冰的熔点时,冰可以通过升华,直接由固态冰变为气态水蒸气,故C错误,D正确。
【规律总结】 (1)任何物体在任何情况下都具有内能。(2)热量是过程量,不能说“含有”或“具有”。(3)温度不能说“传递”。
【变式2】 [2017·宿迁] 如图17-3所示,在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的棉花,用力将活塞迅速下压,玻璃筒内的空气温度升高,空气的内能 (选填“增加”或“减少”),空气的内能是通过 的方式改变的;筒内的棉花由于温度升高到达着火点而燃烧,棉花的内能是通过 的方式改变的。
[解析] 用力将活塞迅速下压,玻璃筒内的空气温度升高,内能增加,这是通过做功的方式改变内能的;棉花被点燃,是通过热传递的方式改变棉花的内能。
[答案]增加 做功 热传递
探究二 比热容及其应用
例2 [2018·徐州市二模] 小明购买了一只容积为1.6 L的电热水壶,他往壶中装满了温度为25 ℃的水,则水的质量为 kg,若把壶中的水在标准大气压下加热至沸腾,则水至少需要吸收 J 的热量。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
[解析] 水的体积V=1.6 L=1.6 dm3=1.6×10-3 m3,水的质量m=ρV=1.0×103 kg/m3×1.6×10-3 m3=1.6 kg;标准大气压下水的沸点为100 ℃,则水吸收的热量Q吸= c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg· ℃)×1.6 kg×(100 ℃-25 ℃)=5.04×105 J。
[答案] 1.6 5.04×105
【变式1】 如图17-4所示是冷水与热水混合时,温度随时间变化的图像,假设在热传递过程中没有热量损失,那么,由图中所给的信息可知,冷水与热水的质量之比是 ,冷水吸收的热量与热水放出的热量之比是 。
【变式2】 [2017·无锡] 用如图17-5所示的装置,先后加热初温、质量均相同的水和煤油,比较两种液体比热容的大小,多次实验表明:要让水和煤油升高相同的温度,水需要的加热时间更长。以下关于该实验的操作及分析错误的是( )A.水比煤油的比热容大B.加热时用玻璃棒不断搅拌,是为了使水和煤油受热均匀C.实验中可以不使用温度计,让水和煤油都沸腾后再比较加热时间D.相同质量的水和煤油,若吸收相同热量,煤油比水升高的温度高
例3 [2018·南京市建邺区一模] 煤气的热值为4.2×107 J/kg,表示的物理意义是 ;它燃烧时将化学能转化为 能。完全燃烧100 g煤气,可放出 J的热量;若这些热量全部被水吸收,可使质量为 kg的水由20 ℃升高50 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
[答案] 每千克煤气完全燃烧时释放的热量为4.2×107 J 内 4.2×106 20
【变式1】 [2017·苏州] 电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远(如图17-6所示)。此过程中能量转化方式与汽油机的 冲程相类似。实验时在盒内滴入2×10-4 kg酒精,这些酒精完全燃烧放出的热量是 J。(q酒精=3×107 J/kg)
[解析] 电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远,是内能转化为机械能的过程,此过程中能量转化方式与汽油机的做功冲程相类似;2×10-4 kg酒精完全燃烧放出的热量Q放=q酒精m=3×107 J/kg×2×10-4 kg=6×103 J。
[答案]做功 6×103
【变式2】 [2018·无锡市一模] 如图17-7所示,在比较不同燃料热值的实验中,小明利用完全相同的两套实验装置,分别在燃烧皿中放入质量相同的燃料甲和燃料乙,点燃后加热质量都为100 g、初温都为20 ℃的水,加热相同时间后,发现燃料甲加热后的水温度为30 ℃,另一杯水温为24 ℃。此时 (选填“能”或“不能”)说明燃料甲的热值较大,理由是 。
[解析] 虽然在其他条件相同时,甲燃料加热后水的温度升高得较快,即甲燃烧产生的热量多,但相同时间内两种燃料燃烧的质量无法比较,所以无法比较热值的大小。
[答案]不能 相同时间内,不同燃料燃烧的质量可能不相等
例4 下列关于热机的说法中,正确的是( )A.通过技术改进,热机效率可达100%B.做功冲程将机械能转化为内能C.热机常用水作冷却剂,是因为水的沸点高D.火箭发动机属于热机
[解析] 热机的效率可以提高,但由于存在摩擦,要做额外功,故热机效率一定不会达到100%,故A错误;做功冲程中的能量转化是内能转化为机械能,故B错误;热机常用水作冷却剂,是因为水的比热容大,故C错误;热机是把内能转化为机械能的装置,火箭发动机属于热机,故D正确。
例5 [2018·镇江市靖江区一模] 如图17-8所示是热机工作冲程中的 冲程,此冲程将 能转化为 能;热机通常用水来作为冷却剂,是利用了水的 的物理属性。转速为6000 r/min的热机,1 s对外做功 次。
[答案]压缩 机械 内 比热容大 50[解析] 由题图可知,此时两气门均关闭,活塞由下向上运动,是压缩冲程;此冲程将机械能转化为内能;用水来作冷却剂,是利用了水的比热容大的物理属性;6000 r/min=100 r/s,即1 s转100周,每转两周做功一次,因此1 s对外做功50次。
【变式】 有一台汽油机在一个工作循环中消耗了5 g汽油,这些汽油完全燃烧产生的热量是 J,若这台汽油机的效率为40%,则一个循环中输出的有用机械能为 J。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
[答案]2.3×105 9.2×104[解析] 5 g汽油完全燃烧产生的热量Q放=qm=4.6×107 J/kg×5×10-3 kg=2.3×105 J;一个工作循环中输出的有用机械能W=ηQ放=40%×2.3×105 J=9.2×104 J。
基本实验1.如图17-9所示,在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉絮,用力将活塞迅速向下压,棉絮燃烧起来。此实验得到的结论是:对 (选填“棉絮”或“筒内气体”)做功,它的内能会增加。其能量转化情况与四冲程汽油机的 冲程相同。实验中如果不放入棉絮,将活塞迅速向下压,筒内气体温度 (选填“会”或“不会”)升高。
2.如图17-10所示,在透明塑料盒的底部钻一个孔,把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中,打开塑料盒盖,向盒中滴入数滴酒精,再将盒盖盖紧,然后按动电火花发生器的按钮。你观察到的现象是 。 图中情景演示的过程中能量转化情况与四冲程汽油机工作过程中的 冲程相同,是将 能转化为 能。
盒盖被弹飞,塑料盒口有白雾出现
重点实验突破 探究不同物质吸热升温的现象【实验梳理】
例[2017·临沂] 小明用相同的酒精灯分别给水和煤油加热(如图17-11甲),以探究水和煤油的吸热能力。(1)本实验需要用到天平这一测量工具,目的是 。 (2)加热10 min,水吸收的热量 (选填“大于”“小于”或“等于”)煤油吸收的热量。 (3)根据实验数据,小明作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图像(如图乙所示),由图像可知,本实验中水的沸点是 ℃,煤油的比热容是 J/(kg·℃)。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)] (4)若本次实验共消耗酒精20 g,则这些酒精完全燃烧放出的热量是 J。(q酒精=3.0×107 J/kg)
取相同质量的水和煤油
[解析] (3)由题图乙可知质量相等的水和煤油升高相同的温度,水吸收的热量是煤油的2倍,根据Q吸=cm(t-t0)可知,水的比热容是煤油的2倍,则煤油的比热容为2.1×103 J/(kg·℃)。
[说明] 物体在任何情况下都有内能,无论是高温的铁水,还是寒冷的冰块,内能均不为零。
2.内能改变的外部表现 物体温度升高(降低)——物体内能增大(减小);物体的存在状态改变(固态、液态、气态)——内能改变。
3.改变内能的两种方法
[注意] (1)外界对物体做功,物体内能增加;物体对外界做功,物体内能减少。(2)热量是过程量,不能说“具有”或“含有”热量,更不能说“比较”两物体热量的多少,只能说物体“吸收”或“放出”了热量。(3)热传递过程中传递的是内能(热量),而不是温度。
考点二 比热容及其应用
4.2×103 J/( kg·℃)
[点拨] 比热容是物质的一种物理属性,与物质的质量大小、温度高低及吸收或放出热量的多少均无关;不同物质的比热容一般不同;同一种物质,比热容与状态有关。
1.吸、放热公式(1)吸热公式:Q吸= 。 (2)放热公式:Q放= 。
[点拨] 热量计算中温度变化的给出一般有两种情况:一是给出物体的初温和末温,在这类问题中,要找准初温t0和末温t,切不可张冠李戴;二是直接给出物体的温度变化量。审题时注意区别“升高”“升高了”与“升高到”的不同,“升高”“升高了”是公式中的Δt=t-t0,“升高到”是公式中的t。
[点拨] 关于热值的理解:热值反映的是物质的一种燃烧特性,它只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧等均无关。
1.工作原理 热机工作时将 能转化为 能。
2.四冲程汽油机的工作循环
[点拨] 一气门打开,上排下吸气;两气门关闭,上压下做功。
探究一 内能及其改变方式
例1 如图17-1所示,对于图中所述的物理过程,下列分析正确的是( )A.图甲,瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气的内能增大B.图乙,试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气的内能减少C.图丙,汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大D.图丁,小蒸汽轮机是利用机械能转化成内能来工作的
[解析] 图甲中瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气对塞子做功,空气的内能减小,故A错误;图乙中,试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能减少,温度降低,故B正确;图丙中,汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体对活塞做功,气体的内能减小,故C错误;图丁中,小蒸汽轮机是利用内能转化成机械能来工作的,故D错误。
【变式1】 [2018·连云港市灌南县一模] 南极是世界上最冷的地方,常年平均气温是-25 ℃,下面是企鹅妈妈和小企鹅之间一次有趣的对话,其中正确的是( )A.小企鹅:妈妈,这么冷,我都没有温度了B.企鹅妈妈:不对,是没有内能C.小企鹅:冰天雪地的,可能连水蒸气都没有吧D.企鹅妈妈:呵呵,水蒸气倒是肯定有,因为冰是可以升华的啊
[解析] 温度表示物体的冷热程度,任何物体都有温度,故A错误;一切物体在任何状态下都有内能,故B错误;无论气温多低,空气中总是存在着水蒸气的,气温低于冰的熔点时,冰可以通过升华,直接由固态冰变为气态水蒸气,故C错误,D正确。
【规律总结】 (1)任何物体在任何情况下都具有内能。(2)热量是过程量,不能说“含有”或“具有”。(3)温度不能说“传递”。
【变式2】 [2017·宿迁] 如图17-3所示,在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的棉花,用力将活塞迅速下压,玻璃筒内的空气温度升高,空气的内能 (选填“增加”或“减少”),空气的内能是通过 的方式改变的;筒内的棉花由于温度升高到达着火点而燃烧,棉花的内能是通过 的方式改变的。
[解析] 用力将活塞迅速下压,玻璃筒内的空气温度升高,内能增加,这是通过做功的方式改变内能的;棉花被点燃,是通过热传递的方式改变棉花的内能。
[答案]增加 做功 热传递
探究二 比热容及其应用
例2 [2018·徐州市二模] 小明购买了一只容积为1.6 L的电热水壶,他往壶中装满了温度为25 ℃的水,则水的质量为 kg,若把壶中的水在标准大气压下加热至沸腾,则水至少需要吸收 J 的热量。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
[解析] 水的体积V=1.6 L=1.6 dm3=1.6×10-3 m3,水的质量m=ρV=1.0×103 kg/m3×1.6×10-3 m3=1.6 kg;标准大气压下水的沸点为100 ℃,则水吸收的热量Q吸= c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg· ℃)×1.6 kg×(100 ℃-25 ℃)=5.04×105 J。
[答案] 1.6 5.04×105
【变式1】 如图17-4所示是冷水与热水混合时,温度随时间变化的图像,假设在热传递过程中没有热量损失,那么,由图中所给的信息可知,冷水与热水的质量之比是 ,冷水吸收的热量与热水放出的热量之比是 。
【变式2】 [2017·无锡] 用如图17-5所示的装置,先后加热初温、质量均相同的水和煤油,比较两种液体比热容的大小,多次实验表明:要让水和煤油升高相同的温度,水需要的加热时间更长。以下关于该实验的操作及分析错误的是( )A.水比煤油的比热容大B.加热时用玻璃棒不断搅拌,是为了使水和煤油受热均匀C.实验中可以不使用温度计,让水和煤油都沸腾后再比较加热时间D.相同质量的水和煤油,若吸收相同热量,煤油比水升高的温度高
例3 [2018·南京市建邺区一模] 煤气的热值为4.2×107 J/kg,表示的物理意义是 ;它燃烧时将化学能转化为 能。完全燃烧100 g煤气,可放出 J的热量;若这些热量全部被水吸收,可使质量为 kg的水由20 ℃升高50 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
[答案] 每千克煤气完全燃烧时释放的热量为4.2×107 J 内 4.2×106 20
【变式1】 [2017·苏州] 电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远(如图17-6所示)。此过程中能量转化方式与汽油机的 冲程相类似。实验时在盒内滴入2×10-4 kg酒精,这些酒精完全燃烧放出的热量是 J。(q酒精=3×107 J/kg)
[解析] 电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远,是内能转化为机械能的过程,此过程中能量转化方式与汽油机的做功冲程相类似;2×10-4 kg酒精完全燃烧放出的热量Q放=q酒精m=3×107 J/kg×2×10-4 kg=6×103 J。
[答案]做功 6×103
【变式2】 [2018·无锡市一模] 如图17-7所示,在比较不同燃料热值的实验中,小明利用完全相同的两套实验装置,分别在燃烧皿中放入质量相同的燃料甲和燃料乙,点燃后加热质量都为100 g、初温都为20 ℃的水,加热相同时间后,发现燃料甲加热后的水温度为30 ℃,另一杯水温为24 ℃。此时 (选填“能”或“不能”)说明燃料甲的热值较大,理由是 。
[解析] 虽然在其他条件相同时,甲燃料加热后水的温度升高得较快,即甲燃烧产生的热量多,但相同时间内两种燃料燃烧的质量无法比较,所以无法比较热值的大小。
[答案]不能 相同时间内,不同燃料燃烧的质量可能不相等
例4 下列关于热机的说法中,正确的是( )A.通过技术改进,热机效率可达100%B.做功冲程将机械能转化为内能C.热机常用水作冷却剂,是因为水的沸点高D.火箭发动机属于热机
[解析] 热机的效率可以提高,但由于存在摩擦,要做额外功,故热机效率一定不会达到100%,故A错误;做功冲程中的能量转化是内能转化为机械能,故B错误;热机常用水作冷却剂,是因为水的比热容大,故C错误;热机是把内能转化为机械能的装置,火箭发动机属于热机,故D正确。
例5 [2018·镇江市靖江区一模] 如图17-8所示是热机工作冲程中的 冲程,此冲程将 能转化为 能;热机通常用水来作为冷却剂,是利用了水的 的物理属性。转速为6000 r/min的热机,1 s对外做功 次。
[答案]压缩 机械 内 比热容大 50[解析] 由题图可知,此时两气门均关闭,活塞由下向上运动,是压缩冲程;此冲程将机械能转化为内能;用水来作冷却剂,是利用了水的比热容大的物理属性;6000 r/min=100 r/s,即1 s转100周,每转两周做功一次,因此1 s对外做功50次。
【变式】 有一台汽油机在一个工作循环中消耗了5 g汽油,这些汽油完全燃烧产生的热量是 J,若这台汽油机的效率为40%,则一个循环中输出的有用机械能为 J。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
[答案]2.3×105 9.2×104[解析] 5 g汽油完全燃烧产生的热量Q放=qm=4.6×107 J/kg×5×10-3 kg=2.3×105 J;一个工作循环中输出的有用机械能W=ηQ放=40%×2.3×105 J=9.2×104 J。
基本实验1.如图17-9所示,在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉絮,用力将活塞迅速向下压,棉絮燃烧起来。此实验得到的结论是:对 (选填“棉絮”或“筒内气体”)做功,它的内能会增加。其能量转化情况与四冲程汽油机的 冲程相同。实验中如果不放入棉絮,将活塞迅速向下压,筒内气体温度 (选填“会”或“不会”)升高。
2.如图17-10所示,在透明塑料盒的底部钻一个孔,把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中,打开塑料盒盖,向盒中滴入数滴酒精,再将盒盖盖紧,然后按动电火花发生器的按钮。你观察到的现象是 。 图中情景演示的过程中能量转化情况与四冲程汽油机工作过程中的 冲程相同,是将 能转化为 能。
盒盖被弹飞,塑料盒口有白雾出现
重点实验突破 探究不同物质吸热升温的现象【实验梳理】
例[2017·临沂] 小明用相同的酒精灯分别给水和煤油加热(如图17-11甲),以探究水和煤油的吸热能力。(1)本实验需要用到天平这一测量工具,目的是 。 (2)加热10 min,水吸收的热量 (选填“大于”“小于”或“等于”)煤油吸收的热量。 (3)根据实验数据,小明作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图像(如图乙所示),由图像可知,本实验中水的沸点是 ℃,煤油的比热容是 J/(kg·℃)。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)] (4)若本次实验共消耗酒精20 g,则这些酒精完全燃烧放出的热量是 J。(q酒精=3.0×107 J/kg)
取相同质量的水和煤油
[解析] (3)由题图乙可知质量相等的水和煤油升高相同的温度,水吸收的热量是煤油的2倍,根据Q吸=cm(t-t0)可知,水的比热容是煤油的2倍,则煤油的比热容为2.1×103 J/(kg·℃)。
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