資源簡介

(共17張PPT)
第四節　熱機效率和環境保護
目標要求 核心素養提升
1.會查燃料的熱值表。能根據燃料的熱值計算一定質量的燃料完全燃燒所釋放的熱量。
2.能說出熱機工作時燃料釋放的能量的主要流向,能說出提高熱機效率的途徑。
3.能舉例說明燃料燃燒產生的排放物對環境的影響。
1.通過探究不同物質的放熱能力,讓學生經歷實驗的設計、優化、改進、交流與合作,提高學生的動手能力,培養小組合作的人文精神。
2.通過建立熱機效率的概念、進行簡單的熱機效率的計算,提高學生的分析能力和計算能力。
3.通過從科學角度認識熱機有關的環境方面的知識,培養自覺的環保意識。
一、熱值
1.定義:某種燃料　 　放出的熱量與所用該燃料的質量之比;用符號　 　表示。
2.意義:是一個描述燃料完全燃燒　 　本領大小的物理量。
3.單位:　 　或　 　。
[注意] 只與燃料的種類有關,與燃料的形狀、體積、質量、位置以及是否完全燃燒等因素 無關。
4.熱值的物理意義:酒精的熱值是3.0×107 J/kg,表示的物理意義是　 　酒精　 　 _釋放的熱量是　 。
5.燃料完全燃燒釋放熱量多少的計算
(1)對于固體或液體燃料:Q=　 　,式中m表示　 　,單位是　 　;q表示
　 　,單位是　 　;由此公式可推出m=　　 。
完全燃燒
q
放熱
J/kg
J/m3
1 kg
完全燃燒
3.0×107 J
mq
燃料的質量
kg
燃料的熱值
J/kg
(2)對于氣體燃料:Q=　 　,式中V表示　 　,單位是　 　;q表示　 　,
單位是　 ;由此公式可推出V=　 　。
二、熱機的效率
1.熱機工作過程中的能量走向
(1)　 　帶走的能量。
(2)由于機械轉動,　 　所消耗的能量。
(3)燃料很難　 　,燃料的化學能不能全部釋放。
(4)機械　 　一部分能量。
(5)熱機　 　的能量。
2.內能的利用
(1)利用內能來　 　。
(2)利用內能來　 　。
Vq
燃料的體積
m3
燃料的熱值
J/m3
廢氣排出
克服摩擦
完全燃燒
傳熱損失
有效利用
做功
加熱
3.定義:熱機運轉中,對外做的　 　與　 　的能量的比值;用符號
　 　表示。
4.公式:　 　;由此公式可推出W有=　 　,Q總=　 　。
5.提高熱機效率的主要措施
(1)使燃料盡可能　 　。
(2)減少熱機工作過程中的　 　。
(3)改進　 　。
(4)注意保養,加　 　,減少各種零部件間的　 　。
(5)　 　再利用。
三、環境保護
熱機對環境的污染主要包括:　 　和噪聲污染。
有用功
燃料完全燃燒所釋放
η
ηQ總
充分燃燒
各種熱損失
機械結構
潤滑油
摩擦
廢氣或尾氣
廢氣
知識點一　燃料的熱值及熱量的計算
1.關于燃料的熱值,以下說法中正確的是( )
A.燃燒1 kg某種燃料放出的熱量叫做這種燃料的熱值
B.燃料燃燒時,質量越大,熱值越大
C.燃料不完全燃燒時的熱值比完全燃燒時的熱值小
D.燃料的熱值與燃料的種類有關系,與燃料的質量或體積無關
2.完全燃燒2 kg酒精放出的熱量是5.0×107 J,則酒精的熱值為( )
A.5.0×107 J/kg B.2.5×107 J/kg
C.5.0×107 J D.2.5×107 J
3.汽油的熱值為4.6×107 J/kg,現有汽油 2 kg,選其中一半完全燃燒,放出的熱量是
　 　J,剩余汽油的熱值是　 　J/kg。
D
B
4.6×107
4.6×107
4.(2023昆明三中期末)李白在《望廬山瀑布》中寫道:“日照香爐生紫煙”,這是通過
　 　(選填“做功”或“熱傳遞”)的方式來改變香爐的內能;如果用天然氣灶來加熱2 kg 水,使其溫度上升50 ℃,則需要完全燃燒天然氣　 　m3。[不考慮熱量損失,c水=4.2× 103 J/(kg·℃),q天然氣=4.2×107 J/m3]
熱傳遞
0.01
知識點二　熱機效率
5.下列關于熱機和環境保護的說法中正確的是( )
A.熱機的效率是描述熱機性能的重要指標
B.當前熱機的效率可以達到100%
C.汽車排出的尾氣越濃,汽油機的效率越高
D.熱機是通過燃料的燃燒獲取化學能并轉化為機械能的裝置
6.圖(甲)是某四沖程汽油機工作時的能量流向圖,圖(乙)是其中一個沖程的示意圖,則下列說法正確的是( )
A.該汽油機的效率是60%
B.汽油機的效率越高,說明做功越快
C.該沖程是壓縮沖程
D.該沖程是內能轉化為機械能的過程
A
D
知識目標 題號 目標達成 (題號) 不足
之處
燃料熱值 3,4,6,7, 8,10,12
熱機效率 1,2,5,9, 11,13,14
1.甲、乙兩臺熱機燃料種類和燃燒情況相同,甲的效率比乙的低,這表明( )
A.甲熱機比乙熱機做的有用功少
B.甲熱機比乙熱機消耗的燃料多
C.在做有用功相同的條件下,消耗同種燃料,甲比乙的多
D.在做有用功相同的條件下,甲損失的能量比乙少
2.為了節約能源,需要提高熱機的效率,下列措施不能提高熱機效率的是( )
A.讓燃料與空氣混合充分,使燃料燃燒得比較完全
B.在設計與制造熱機時要不斷改進與創新,以減少能量的損失
C.盡量減少熱機內部各部件間的摩擦
D.盡量增加熱機的工作時間
C
D
3.如圖是A,B兩種燃料完全燃燒釋放的熱量Q與其質量m的關系圖像,則下列說法中正確的是
( )
A.燃料A的熱值比B的大
B.燃料質量越大,其熱值越大
C.燃料燃燒越充分,其熱值越大
D.燃料熱值越大,燃燒效率越高
4.如圖所示是“探究不同物質吸熱升溫的現象”和“比較不同燃料燃燒時放出的熱量”的
(甲)、(乙)兩組實驗裝置。下列關于該兩組實驗的說法正確的是( )
A.每組實驗中,燃料的質量均應相等
B.每組實驗中,杯中物質的質量均應相等
C.(甲)組實驗中,可以根據溫度計示數的變化來比較吸熱的多少
D.(乙)組實驗中,可以根據加熱時間的長短來比較吸熱的多少
A
B
5.小明用酒精燈將質量為100 g、初溫為20 ℃的水加熱到90 ℃(未沸騰),共燃燒了7 g酒精[c水=4.2×103 J/(kg·℃),酒精的熱值為q=3×107 J/kg]。則( )
A.水吸收的熱量是2.94×107 J,效率為14%
B.水吸收的熱量是2.94×104 J,效率為14%
C.水吸收的熱量是2.94×107 J,效率為1.4%
D.水吸收的熱量是2.94×104 J,效率為1.4%
6.(2023廣東)如圖所示,用甲、乙兩種燃料分別對質量和初溫相同的水進行加熱,兩圖裝置均相同。燃料的質量用m表示,燃料充分燃盡時水升高的溫度用Δt表示(水未沸騰)( )
B
D
7.(多選題)標準大氣壓下,利用焦炭對10 kg,20 ℃的水進行加熱時,完全燃燒了0.14 kg。已知水的比熱容為 4.2×103 J/(kg· ℃),焦炭的熱值為 3×107 J/kg,該熱水器燒水的效率是50%。下列說法中正確的是( )
A.焦炭完全燃燒放出的熱量是4.41×103 J
B.水吸收的熱量是2.1×106 J
C.水溫升高了50 ℃
D.加熱過程中水的內能保持不變
8.如圖所示,用力將活塞迅速下壓,玻璃筒內的硝化棉燃燒起來,該過程能量是由　 　能轉化為　 　能,這一特點與汽油機　 　沖程相同。完全燃燒0.5 kg的汽油,放出的熱量是　 　J。(已知汽油的熱值為4.6×107 J/kg)
BC
機械
內
壓縮
2.3×107
9.(2023荊州)使用清潔能源天然氣有助于國家提出的2060年前實現碳中和的目標。小明同學用他家的天然氣灶將質量為2 kg,初溫為15 ℃的水加熱到95 ℃,水吸收的熱量是　 　J:若此過程的熱效率為40%,則此過程消耗天然氣　 　m3。[水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),天然氣的熱值為4.2×107 J/m3]
10.用液化氣灶燒水,把1.5 kg初溫為20 ℃的水加熱到100 ℃,需要吸收的熱量為
　 　J。若上述過程中完全燃燒了0.021 kg液化氣,且只有60%的熱量被水吸收,則液化氣的熱值為　 　J/kg。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
11.0.5 kg汽油完全燃燒后放出熱量的42%被質量為100 kg、初溫為25 ℃的水吸收,可使水溫升高到　 　℃。[q汽油=4.6×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
6.72×105
0.04
5.04×105
4×107
48
12.如圖所示,(甲)、(乙)、(丙)三圖中的裝置完全相同,圖中攪拌器未畫出。燃料的質量都為10 g,燒杯內的液體初溫相同。
(1)若要比較不同燃料的熱值,應選擇　 　兩圖進行實驗。
(2)實驗中,用液體　 (選填“加熱時間”或“升高的溫度”)來表示兩種燃料釋放熱量的多少。
(甲)(乙)
升高的溫度
13.(2023廣東節選)汽油機是熱機的一種,請回答以下問題。
(1)如圖所示是汽油機的能量流向圖,其效率為　　 ×100%(用圖中的符號表示)。
(2)某汽車在水平路面上行駛,共消耗了0.5 kg 汽油。[汽油熱值q=4.6×107 J/kg,水的比熱容c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
①假如汽油完全燃燒,則釋放的熱量是　 　J;
②若其釋放熱量的20%被初溫為20 ℃質量為100 kg的水完全吸收,水升高的溫度是 　℃
(保留整數)。
2.3×107
11
14.如圖是新農村建設中廣泛使用的一種小型農用柴油機,銘牌部分信息如下表所示,其中活塞行程是指一個沖程活塞移動的距離。該柴油機為單缸四沖程內燃機,壓縮沖程中氣缸內氣體的內能增加是通過　 　方式實現的;正常工作 1 min,柴油機輸出的有用功為
　 　J,消耗柴油　 　kg,做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力為　 　N。(q柴油=4.0×107 J/kg)
做功
4.8×105
0.03
4 000
型號 ×××
活塞行程 100 mm
轉速 2 400 r/min
輸出功率 8 kW
效率 40%
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第十三章 　內能與熱機
第一節　物體的內能
目標要求 核心素養提升
1.讓學生了解內能是組成物體的分子無規則運動的動能和分子間相互作用的勢能的總和。
2.從生活中的實例或實驗入手,通過討論、分析讓學生了解做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式。
3.了解熱量是熱傳遞過程中物體內能改變的多少。
1.通過生活中的實例,讓學生了解內能是能量的一種重要形式,與人們的生活息息相關。
2.讓學生通過對實例或實驗中的熱傳遞和做功過程的分析,了解物體吸熱、放熱對內能改變的影響,知道外界對物體做功和物體對外做功物體內能變化的規律。
一、物體的內能
1.物體內　 　分子無規則運動的　 　,以及分子　 　的　 　叫做物體的內能。
2.內能的國際單位是:　 　,符號為“　 　”。
3.影響因素:物體的內能與物體的　 　、質量、狀態及物質種類等因素有關。
4.分子的熱運動:物理學中把　 　運動又叫做分子的熱運動。
二、改變物體內能的兩種途徑
1.改變物體內能的兩種途徑:　 　和熱傳遞。
2.做功改變內能的實質是內能與其他形式的能之間的　 　。熱傳遞改變內能的實質是內能的　 　。
3.熱傳遞改變內能的三種形式:　 　 、　 　、　 　。
所有
動能
勢能
總和
焦耳
J
溫度
分子的無規則
做功
轉化
轉移
熱傳導
對流
熱輻射
三、熱量
1.定義:在熱傳遞過程中,物體間　 　傳遞的多少稱為熱量。
2.熱量的符號:常用字母　 　表示。熱量的單位:常用單位是　 　,符號為“　 　”。
[注意] 熱量是熱傳遞過程中轉移的那部分內能,是一個過程量,常說“吸收熱量”或“放出熱量”,不能說物體“具有熱量”或“含有熱量”等;物體吸收或放出熱量的多少與物體內能的多少、溫度的高低等均無關。
內能
Q
焦耳
J
知識點一　物體的內能
1.關于內能,下列說法中正確的是( )
A.0 ℃的冰塊的內能為零
B.溫度高的物體比溫度低的物體的內能多
C.物體的溫度降低,則物體的內能減少
D.質量大的物體的內能一定比質量小的物體的內能多
2.如圖所示是某物質凝固過程中的溫度-時間圖像,下列從圖像中獲得的信息正確的是( )
A.這種物質是非晶體
B.在AB段物質放出熱量,內能不變
C.在BC段物質溫度保持不變,內能不變
D.在BC段物質溫度保持不變,內能減小
C
D
知識點二　改變內能的兩種途徑
3.(2023重慶改編)下列說法中正確的是( )
A.物體內能增加,一定是外界對物體做了功
B.冬天在火爐旁烤手是通過熱傳遞改變手的內能
C.反復彎折鐵絲是通過熱傳遞改變鐵絲的內能
D.將冰塊放入飲料中,使飲料的溫度降低,是通過做功改變飲料的內能
4.小穎同學用力向下壓的時候,我們觀察到空氣壓縮儀中的硝化棉燃燒起來了,這是通過
　 　(選填“做功”或“熱傳遞”)方式改變物體的內能;對物體做功,物體的內能
　 　(選填“一定”或“不一定”)增大。
B
做功
不一定
知識點三　溫度、內能、熱量的區別和聯系
5.關于熱量、內能、溫度間的關系,下列說法中,正確的是( )
A.物體吸收了熱量,它的溫度一定升高,內能一定增加
B.物體溫度升高了,它的內能一定增加,一定吸收了熱量
C.物體內能增加了,它一定吸收了熱量,溫度一定升高
D.物體吸收了熱量,它的內能一定增加,溫度可能升高
D
溫度、內能、熱量三者的區別和聯系
(1)區別
①溫度:一切物體任何時候都有溫度。
②內能:能量的一種形式,可以轉化或轉移。物體的內能不會為零,通常用“具有”來修飾。
③熱量:在熱傳遞過程中傳遞能量的多少是過程量。用“吸收”或“放出”來表述,而不能用“具有”或“含有”表述。
(2)聯系
說明:箭頭方向表示由某個量的變化會不會引起另一個量的變化;“一定”和“不一定”是指物理量變化的情況。
知識目標 題號 目標達成 (題號) 不足
之處
物體的內能 2,7
改變物體 內能的途徑 1,3,4,6,8,9
溫度、內能、熱 量的區別和聯系 5
1.下列實例,通過做功改變物體內能的是( )
A.曬太陽 B.搓手取暖
C.用電褥子取暖 D.向雙手哈氣取暖
2.四只相同規格的燒杯中裝有水,水量及其溫度如下圖所示,關于四只燒杯中水的內能的大 小,下列判斷正確的是( )
A.a燒杯中水的內能大于b燒杯中水的內能
B.c燒杯中水的內能大于d燒杯中水的內能
C.a燒杯中水的內能大于c燒杯中水的內能
D.d燒杯中水的內能大于c燒杯中水的內能
B
D
3.如圖所示,是載有“天問一號”的火箭發射升空時的情景,下列描述正確的是( )
A.火箭發射時出現的大量“白氣”是汽化現象
B.火箭點火升空過程中是由機械能轉化為內能
C.火箭噴出燃氣后周圍空氣分子的熱運動減緩
D.燃氣主要通過熱傳遞使周圍的空氣內能增大
4.(2023云南改編)關于云南特色小吃“過橋米線”。以下說法正確的是( )
A.熱湯表面的油層加快了湯汁的蒸發
B.加入米線后,熱湯從米線吸收熱量
C.放入熱湯中的肉片很快熟了,是通過做功的方式增加了內能
D.湯的香氣撲鼻,說明分子在不停地做無規則運動
D
D
5.關于溫度、內能、熱量的說法正確的是( )
A.物體的溫度升高,內能一定增大,但不一定吸收熱量
B.物體吸收熱量,內能一定增大,溫度一定升高
C.物體的內能增大,一定是吸收了熱量
D.物體的溫度升高,一定是其他物體對它做了功
6.(多選題)如圖所示,在大口厚玻璃瓶內裝入少量的水,并滴入幾滴酒精。塞緊瓶塞后,用打氣筒往瓶內打氣,當瓶塞跳出時,看到瓶口有白霧出現,下列關于該實驗的分析正確的是
( )
A.往瓶內打氣時,外界對瓶內氣體做功
B.往瓶內打氣時,瓶內氣體內能變小
C.瓶塞跳出時,瓶內氣體溫度降低
D.瓶塞跳出時,瓶內氣體對外做功
A
ACD
7.(2023昆明)小明家有兩口輕重不同的鐵鍋,長期使用的過程中發現:把菜倒入火辣辣的鍋 中,如果用重的那口,火力依舊,很適合“爆炒”;如果用輕的那口,火力大減,立刻就變得“溫吞吞”的。這是因為重的那口鍋,內能較　 　,溫度降低得較　 　。
8.如圖所示,是一種罐裝氣霧殺蟲劑,當用手指按住罐頂處的按鈕時,罐內被壓縮的液化殺蟲劑就會噴灑出來,過一會兒罐體的溫度　 　(選填“升高”或“降低”),這主要是因為罐內被壓縮的液化殺蟲劑噴灑出來時對外做功,使其內能　 　(選填“增大”或“減小”)。拉絲棉花糖的制作非常簡單,將糖粉放在高溫容器里,由于　 　(選填“做功”或“熱傳遞”)使糖的溫度升高熔化成糖漿,高速旋轉的容器將糖漿從容器的小孔甩出,遇到冷的空氣迅速　 　(填物態變化名稱)成糖絲。
大
慢
降低
減小
熱傳遞
凝固
9.(拓展探究題)如圖所示,把一個薄壁金屬管固定在支架上,管中裝些酒精,然后用軟木塞塞緊,用皮條纏繞在金屬管上,迅速來回拉動皮條,過一會兒會看到軟木塞被頂開。根據實驗現象回答下列問題。
(1)來回拉動皮條,使金屬管的溫度升高,這是通過　 　方式改變物體內能。
(2)金屬管內酒精溫度升高,這是通過　 　方式改變物體內能。
(3)酒精蒸氣將木塞頂開后,其內能　 　(選填“增加”或“減少”),轉化為木塞的
　 　(選填“機械”或“內”)能。
(4)酒精蒸氣將木塞頂開時,金屬管口出現的“白氣”是　 　(選填“汽化”或“液化”)現象。說明酒精蒸氣將木塞頂開后,其溫度　 　(選填“升高”“降低”或“不變”)。
做功
熱傳遞
減少
機械
液化
降低
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第2課時　比熱容的應用和熱量計算
一、水的比熱容較大的應用
1.由比熱容表可知,　 　的比熱容較大。
2.水的比熱容較大的應用:(1)用冷水作汽車發動機的　 　;(2)用熱水　 　;(3)調節　 　;(4)防凍。
二、熱量計算
1.放熱:在熱傳遞過程中,高溫物體溫度　 　,內能　 　,它要　 　熱量,此時放出的熱量Q放=　 　。
2.吸熱:在熱傳遞過程中,低溫物體溫度　 　,內能　 　,它要　 　熱量,此時吸收的熱量Q吸=　 　。
[注意] 升高(或降低)了是指變化的溫度t2-t1(或t1-t2),升高(或降低)到是指物體的末溫t2。
水
冷卻劑
取暖
氣候
降低
減小
放出
cm(t1-t2)
升高
增加
吸收
cm(t2-t1)
知識點一　比熱容的應用
1.下列實例中與“水的比熱容較大”這一特性無關的是( )
A.沿海地區的氣溫比內陸變化小
B.汽車發動機用水作冷卻液
C.夜晚向稻田里放水以防凍壞秧苗
D.發現人中暑時,常在額頭上擦冷水降溫
2.汽油機工作時需要用冷卻液進行降溫,是利用了冷卻液的　 　大的特性。
D
比熱容
知識點二　熱量的計算
3.已知水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),若質量為1 kg的水加熱后溫度升高了 50 ℃,則水吸收的熱量為　 　J。
4.水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),將4 kg 的水倒掉一半,剩下的水的比熱容是
　 　,結冰后它的比熱容將　 　(選填“改變”或“不變”);初溫為20 ℃,質量為1 kg的水吸收3.78×105 J熱量后溫度將升高　 　℃。(當地為標準大氣壓)
5.沙漠地區晝夜溫差大,主要原因是砂石的　 　較小。初溫為20 ℃,質量為 50 kg 的砂石吸收3.6×106 J的熱量后,溫度升高到　　℃。[砂石的比熱容約為0.9×103J/(kg·℃)]
2.1×105
4.2×103 J/(kg·℃)
改變
80
比熱容
100
6.(易錯題)小華在家中用電熱水壺燒水,已知水的質量為2 kg,水的比熱容為 4.2×
103 J/(kg·℃)。
(1)將水從20 ℃加熱到70 ℃需要吸收多少熱量
(2)將水從20 ℃加熱70 ℃需要吸收多少熱量
解析:(1)將水從20 ℃加熱到70 ℃需要吸收熱量為
Q吸=cm(t2-t1)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(70 ℃-20 ℃)=4.2×105 J。
(2)將水從20 ℃加熱70 ℃需要吸收熱量為
Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×70 ℃=5.88×105 J。
答案:(1)4.2×105 J　(2)5.88×105 J
利用比熱容計算熱量
(1)明確幾個溫度的含義:“升高(降低)了”是指變化的溫度,而“升高(降低)到”是指物體的末溫。
(2)物體溫度升高時吸收的熱量Q吸=cm(t2-t1)。
(3)物體溫度降低時放出的熱量Q放=cm(t1-t2)。
知識目標 題號 目標達成 (題號) 不足
之處
比熱容的應用 3,4,6,9
熱量的計算 1,2,5,7,8,10
1.水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),1 kg的水溫度從50 ℃降低到30 ℃,放出的熱量為
( )
A.1.26×105 J B.8.4×104 J
C.2.4×105 J D.2.1×105 J
2.小東根據下圖提供的信息得出以下四個結論,其中正確的是( )
A.我國北方樓房中的“暖氣”用水作介質,是因為水的比熱容小
B.質量相等的水和沙子,吸收相同熱量,水比沙子升高的溫度多
C.質量和初溫都相等的沙子和鐵,吸收相同熱量后,沙子的溫度比鐵高
D.質量和初溫都相等的鐵塊和鋁塊,放出相同的熱量后,鐵塊比鋁塊溫度低
B
D
3.在玻璃瓶內裝入約半瓶細沙,蓋上瓶蓋,包裹一層泡沫塑料,迅速振動瓶子幾十次,細沙溫度升高,這是用　 　方法使沙子的內能增大,泡沫塑料的作用是　 　;如果換成水做該實驗,升溫不明顯是因為水的　 　大。
4.昆明是一個美麗的城市,氣候宜人,被稱為“春城”,而滇池里的水對昆明的氣候起到了很好的調節作用,是因為水的比熱容　 　(選填“大”或“小”)。但由于工業和交通每天消耗大量燃料,大部分成為環境熱源,城市人口過多、高樓林立等原因,此外城市中的鋼筋混凝土等建筑材料的比熱容　 　(選填“較大”或“較小”),從而使市區溫度比鄉村溫度高,這就是人們常說的熱島效應。近幾年來,昆明市區增加了大量綠地,綠地中的人工湖具有“吸熱”功能,某人工湖的湖水質量約為2×107 kg,當水溫升高 5 ℃時,則湖水吸收的熱量為
　 　J,盛夏時節能大大減弱周圍地區的上述效應。 [已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
5.兩塊鐵塊的質量之比為2∶1,升高的溫度之比為3∶2,則兩鐵塊的比熱容之比為　 　,吸收的熱量之比為　 　。
做功
保溫
比熱容
大
較小
4.2×1011
1∶1
3∶1
6.(2023安徽)用相同的電加熱器給初溫及質量均相同的甲液體和水加熱,兩種液體每秒吸收的熱量相同,這兩種液體的溫度—時間的圖像如圖所示。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)從開始加熱到第1 min,兩種液體吸收熱量的關系為Q甲　 　(選填“>”“=”或“<”)Q水;甲升高的溫度為Δt甲,水升高的溫度為Δt水,則Δt甲∶Δt水=　 　。
(2)甲的比熱容為　 　J/(kg·℃)。
=
2∶1
2.1×103
7.(2023昆明改編)如圖是“探究物質吸熱規律”的實驗裝置。
(1)取質量相同的水和煤油分別放入兩個　 　的容器里,用兩盞同樣的酒精燈對它們進行加熱,升高　 　溫度時比較它們吸收熱量的多少,來衡量誰的吸熱能力較強。
(2)在對水和煤油加熱的方式上,有酒精燈和電加熱器兩種熱源可供選擇,選用　 　更容易控制讓煤油和水吸收的熱量相同。
相同
相同
電加熱器
8.在“探究物質的放熱能力與哪些因素有關”時,分別用質量均為1 kg的水和某種液體進行對比實驗,并對數據進行處理得到如圖所示圖像。實驗過程中,水和某種液體在相同時間內放出的熱量相等,分析圖像可以得出:　 　(選填“甲”或“乙”)物質是某種液體,某種液體的比熱容為　 　J/(kg·℃)。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
乙
2.1×103
9.(2023濟南)炎炎夏日,小梅來到美麗的海濱城市青島。她發現,在這里白天的風常常從海面吹向陸地,而每到夜晚風卻從陸地吹向海面。她利用學過的物理知識進行分析,并畫出陸地和海面之間空氣流動情況的示意圖,如圖所示。形成這一現象的主要原因是( )
A.海水的密度小于砂石的密度
B.海水的密度大于砂石的密度
C.海水的比熱容小于砂石的比熱容
D.海水的比熱容大于砂石的比熱容
D
10.工匠用鋼鐵打制刀具時,有一個重要流程叫“淬火”,把剛打制成型的刀具放到火爐中充分煅燒,然后將其迅速放入水中驟冷。現有一成型的合金鋼刀具的質量為1 kg,溫度為20 ℃,放入836 ℃的爐火中煅燒足夠長時間,迅速取出放入5 kg,20 ℃的水中冷卻,最后與水達到共同的溫度。[不計過程中的熱量損失,c水=4.2×103 J/(kg·℃),c合金鋼=0.42×
103 J/(kg·℃)]求:
(1)此刀具在火爐中吸收了多少熱量
解析:(1)合金鋼刀具放入836 ℃的火爐中煅燒足夠長時間,達到熱平衡,刀具與爐火的溫度相同,所以合金鋼刀具的末溫t2=836 ℃,則此刀具在火爐中吸收的熱量
Q吸=c合金鋼m合金鋼(t2-t1)=0.42×103 J/(kg·℃)×1 kg×(836 ℃-20 ℃)=3.427 2×105 J。
答案:(1)3.427 2×105 J
(2)淬火后水的溫度為多少攝氏度
解析:(2)將煅燒后的刀具迅速取出放入20 ℃的水中冷卻,最后刀具與水達到共同的溫度,設為t′,則有Q水吸=Q合放,即c水m水(t′-t1′)=c合金鋼m合金鋼(t2-t′),
代入數據4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(t′-20 ℃)=0.42×103 J/(kg·℃)×1 kg× (836 ℃-t′),解得t′=36 ℃。
答案:(2)36 ℃
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第二節　科學探究:物質的比熱容
目標要求 核心素養提升
1.能通過實驗探究得出不同物質的吸熱能力不同。
2.了解比熱容的概念,知道比熱容是物質的一種性質。
3.能夠利用比熱容知識解釋生活中的一些 現象。
4.會進行簡單的吸熱計算。
1.體驗實驗探究過程,提高實驗操作和分析問題的能力。
2.嘗試用比熱容概念說明簡單的自然現象,鍛煉分析能力和語言表達能力。
3.通過簡單的計算,培養學生嚴謹的科學態度及邏輯思維能力。
第1課時　探究物質的比熱容
一、探究物質吸熱或放熱規律
1.猜想:根據生活經驗,我們會發現燒一壺水所用的時間比燒半壺水所用的時間要長,說明物體所吸收的熱量的多少與　 　有關。把一壺水燒成開水比燒成溫水所用的時間長,說明了物體吸收熱量的多少與　 　有關。
2.實驗器材:兩個酒精燈且兩燈火焰基本　 　,兩只完全相同的燒杯、　 　相等的水和煤油,兩支溫度計、兩支攪拌器、兩個鐵架臺、　 　、火柴、天平。
3.實驗結論
(1)相同質量的同種物質,吸收相同的熱量,升高的溫度　 　。
(2)相同質量的不同物質,吸收相同的熱量,升高的溫度　 　。
質量
溫度變化量
相同
質量
鐘表
相等
不一定相等
4.由實驗可知:水吸收熱量的多少跟　 　、　 　有關,對于同一種物質,
　 　越大, 　 　越多,則它吸收的熱量越　 　。
5.反思評估:各組實驗數據差異較大的可能原因:一是　 　不相同,建議使用規格相同的電加熱器;二是實驗中有　 　。
6.研究方法:　 　和　 　,吸收熱量的多少由　 　體現出來。
二、比熱容
1.定義:物理學規定,比熱容的大小等于一定質量的某種物質在溫度升高(或降低)時吸收(或放出)的　 　與它的質量和升高(或降低)溫度的乘積　 　。
2.符號:　 　。
3.單位:　 　,讀作　 　。
4.公式:c=　 　 。
質量
溫度變化量
質量
溫度變化
多
熱源
熱量損失
控制變量法
轉換法
加熱時間的長短
熱量
之比
c
J/(kg·℃)
焦耳每千克攝氏度
5.水的比熱容是　 　,其物理意義是1 kg的水溫度升高(或降低)　 　_吸收(或放出)的熱量是　 。
6.特性:比熱容是物質的一種　 　,只與物質的　 　和　 　有關,與物體吸收或放出熱量的多少　 　;與物體的質量　 　;與物體溫度的變化量　 　。
4.2×103 J/(kg·℃)
1 ℃
4.2×103 J
特性
種類
狀態
無關
無關
無關
知識點一　探究物質吸熱或放熱規律
1.在“探究不同物質吸熱的情況”的實驗中,實驗裝置如圖所示。
加熱時間/min 0 1 2 3 4 5 6
甲的溫度/℃ 18 22 26 30 34 38 42
乙的溫度/℃ 18 30 42 54 66 78 90
(1)要完成該探究實驗,除了圖中所示的器材外,還需要的測量工具有天平和　 　。
(2)實驗中應量取質量　 　的甲、乙兩種液體,分別倒入相同的燒杯中,用相同的電加熱器加熱,目的是　 　。
(3)物質吸收熱量的多少無法用測量工具測出來。本實驗是通過控制　 　的長短,來控制吸收熱量的多少。實驗中從開始加熱到42 ℃,甲、乙兩種液體吸收熱量的關系:Q甲
　 　Q乙。
(4)分析數據可知:該同學是用加熱相同的時間,比較升高的溫度的方法來判斷不同物質的吸熱本領的。乙升高的溫度多,所以乙的吸熱能力　 　。
(5)分析數據可知:如果要使甲和乙的最后溫度相同,就要給　 　加熱較長的時間,說明其吸收熱量較多,從而也能比較甲、乙的吸熱能力強弱。
停表
相等
使甲、乙兩種液體相同時間吸收相同的熱量
加熱時間
>
弱
甲
知識點二　物質的比熱容
2.一杯水倒掉一半,剩余水的比熱容( )
A.變大 B.變小
C.不變 D.無法確定
3.關于比熱容的概念,下列說法錯誤的是( )
A.比熱容是物質的特性之一
B.冰、水、水蒸氣是同種物質,它們的比熱容相同
C.比熱容與物質的質量無關
D.比熱容與物體吸收或放出的熱量的多少無關
C
B
4.如表列出一些物質的比熱容,根據表中數據,下列判斷正確的是( )
C
物質 水 煤油 冰 鋁 銅
比熱容/ (J·kg-1·℃-1) 4.2 ×103 2.1 ×103 2.1 ×103 0.88 ×103 0.39
×103
A.不同物質的比熱容一定不同
B.物質的物態發生變化,比熱容不變
C.質量相等的鋁和銅升高相同的溫度,鋁吸收的熱量更多
D.質量相等的水和煤油吸收相同的熱量,水升高的溫度更多
比熱容的特點
(1)比熱容的大小只取決于物質的種類及狀態。
(2)對于同一種物質,比熱容的值與物質的狀態有關。
(3)不同物質的比熱容一般不同,利用物質的這種特性可以鑒別物質。
(4)比熱容的大小反映了物質溫度改變的難易程度,物質的比熱容越大,其溫度越不容易 改變。
知識目標 題號 目標達成 (題號) 不足
之處
探究物質吸熱 或放熱規律 4,9,11,14
物質的比熱容 1,2,3,5,6,7, 8,10,12,13
1.一杯酒精倒去一半后,余下酒精的( )
A.比熱容和密度都變為原來的一半
B.比熱容變為原來的一半,密度不變
C.比熱容不變,密度變為原來的一半
D.比熱容和密度都不變
D
D
3.關于物質的比熱容,下列說法中正確的是( )
A.物體吸收的熱量越多,比熱容越大
B.物質的質量越大,比熱容就越大
C.比熱容是物質的一種性質,跟物體的質量、溫度變化的多少以及物體吸放熱量的多少都
無關
D.物質的狀態發生變化時其比熱容一般不變
4.物理興趣小組的同學做“比較不同物質的吸熱能力”的實驗,他們使用了如圖所示的裝置。在設計實驗方案時,需要確定以下控制的變量,你認為其中多余的是( )
A.采用完全相同的加熱方式
B.水和未知液體的初溫相同
C.取相同質量的水和另一種液體
D.加熱水和加熱液體的燒杯相同
C
B
5.依據表格中的數據,下列說法正確的是( )
D
物質 比熱容c/[J·(kg·℃)-1]
水 4.2×103
煤油 2.1×103
砂石 0.92×103
A.一杯水倒出一半,杯內剩余水的比熱容變小
B.質量相等的水和砂石放出相等的熱量,水的溫度降低得較多
C.水的比熱容表示水的溫度升高1 ℃吸收的熱量是4.2×103 J
D.質量相等的水和煤油,吸收相等的熱量,煤油的溫度升高得較多
6.從教材比熱容表中可知,水的比熱容比煤油的大,用規格相同的兩個試管分別裝上質量相同的煤油和水,隔著石棉網用相同熱源同時對兩試管均勻加熱,實驗后,畫出如圖所示的圖像,其中能正確反映該實驗情況的圖像是( )
7.(多選題)如圖所示,規格相同的容器(忽略其吸熱)裝了相同質量的同種液體,用不同的加熱器加熱,忽略熱損失,得到如圖所示的液體溫度與加熱時間的圖像,下列正確的是( )
A.甲、乙的比熱容之比為5∶6
B.甲、乙的比熱容之比為1∶1
C.甲、乙都剛加熱至100 ℃,乙杯液體吸收熱量是甲杯液體吸收熱量的兩倍
D.甲杯的液體加熱2 min與乙杯的液體加熱4 min吸收的熱量相同
C
BD
8.(2023云南節選)如圖所示,用相同的酒精燈分別對質量、初溫均相同的煤油和蓖麻油加熱相同時間,觀察到蓖麻油比煤油的溫度變化大,說明　 　的比熱容更大。

9.比較不同物質的吸熱能力時,同學們用相同裝置同時開始均勻加熱質量和初溫都相等的沙子和水,從圖示裝置看出還缺少的一個測量工具是　 　。實驗中,若加熱相同的時間,它們吸收的熱量　 　(選填“相同”或“不同”),末溫低的物質吸熱能力　 　(選填“強”或“弱”)。
煤油
溫度計
相同
強
10.如圖所示是某一沿海城市和某一內陸城市年氣溫變化曲線。從圖像可以看出,在一年中,曲線A所示的城市氣溫變化較　 　(選填“大”或“小”),曲線A表示的是　 　(選填“沿海”或“內陸”)城市年氣溫變化曲線。這是根據水的比熱容比砂石的比熱容　 　的特點來判斷的。
大
內陸
大
11.如圖1所示,在探究“比較不同物質吸熱的情況”的實驗中,實驗裝置如圖所示。
(1)該實驗除了圖中的實驗器材之外,還需要用到的實驗測量儀器有:　 　和　 　。
(2)實驗中為了使兩種液體在相同的時間內吸收的熱量相同,應選用規格　 　(選填“相同”或“不相同”)的電加熱器;同時應該控制甲、乙兩燒杯中液體的　 　(選填“質量”或“體積”)相同;實驗記錄到的數據如下表:
停表
液體名稱 質量/g 初溫/℃ 末溫/℃ 加熱時
間/min
甲 200 20 27 1
27 35 1
35 42 1
乙 200 20 35 1
27 42 1
35 51 1
天平
相同
質量
(3)從表中的數據可以得到:
①相同質量的同種物質,它們吸收相同的熱量后升高的溫度幾乎是　 　的;
②相同質量的不同物質,它們吸收相同的熱量后升高的溫度是　 　的。
由實驗可知,不同物質吸熱的本領大小　 　,為了描述物質吸熱本領大小,引入了一個物理量,它就是　 　。
(4)同組的小敏用如圖2所示的實驗裝置來比較水和食用油的吸熱能力;用溫度計測量液體的初溫、吸收熱量后的溫度,并且用停表記錄了加熱時間。
實驗記錄的數據如下表:
相同
不同
物質 質量m/g 初始溫 度/℃ 最終溫 度/℃　 加熱時
間/min
水 80 25 55 6
食用油 80 25 68 6
不同
比熱容
①在實驗過程中控制加熱時間相同,通過比較　 　來研究水和食用油吸熱能力的差異;
②在此實驗中,如果要使水和食用油最后的溫度相同,就需要給　 　加熱更長的時間,這說明相同質量的水和食用油升高相同的溫度,水吸收的熱量　 　(選填“大于”“小于”或“等于”)食用油吸收的熱量;
③實驗中用到的實驗方法主要是　 　和　 　;
④同組的小銘同學認為,用電加熱器代替酒精燈也可以完成本實驗,而且實驗效果會更好,原因是　 　。
(5)小組的全體同學經過討論,又設置出了一個實驗裝置,將分別裝有甲和乙兩種液體的試管放入同一個裝有水的燒杯中加熱,而且甲、乙兩種液體的質量和初溫都相同,如圖3所示。此實驗裝置的好處是　 　;實
驗中,若甲液體溫度上升比較快,則表明　 　(選填“甲”或
“乙”)液體的吸熱本領較強,比熱容較大。
溫度的變化
水
大于
控制變量法
轉換法
用電加熱器更易控制相同時間放出的熱量相同
在相同時間內甲和乙吸收的熱量相同
乙
12.用圖(甲)所示的實驗裝置給燒杯內的某種晶體加熱。根據實驗數據描繪出加熱過程中燒杯內物質的溫度隨時間圖像如圖(乙)所示,請回答:
(1)比較t2與t3時刻物質的內能:　 　(選填“在t2時較大”“在t3時較大”或“一樣大”)。
(2)已知0～t1與t5～t6的加熱時間相等,由圖(乙)可知兩段時間內,物質的溫度升高不同,由此可得出:這種物質固態時的比熱容比液態時的比熱容　 (選填“大”“小”或“一樣大”)。
13.水沸騰過程中的溫度　 　(選填“升高”“降低”或“不變”),該過程中水　 　(選填“吸熱”“放熱”或“不吸熱也不放熱”),若將質量和初溫均相同的鋁、銅、鐵三個金屬球(c鋁>c鐵>c銅)浸沒在同一沸水中煮較長的一段時間,從沸水中吸熱最多的是　 　球。
在t3時較大
小
不變
吸熱
鋁
14.(2023廣東)甲、乙兩保溫杯裝有初溫相同、等質量的水,在恒溫的室內靜置,每隔一段時間測出水溫,得到的圖像如圖所示。
(1)當t=1 h時,內能較大的是　 　 (選填“甲”或“乙”)杯中的水。甲杯中水的比熱容
　 　(選填“大于”“小于”或“等于”)乙杯中水的比熱容。
(2)乙杯中的水在0～1 h放熱為Q1,在1～2 h 放熱為Q2。則:Q1　　(選填“<”“=”或“>”) Q2,判斷的依據是　 _
　。
甲
等于
>
0～1 h 乙杯中的水降溫比1～2 h降溫更多,所以0～1 h放出的熱量比1～
2 h放出的熱量多
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第十三章 　內能與熱機 章末知識復習
實驗一　科學探究:物質的比熱容
1.實驗裝置
2.實驗器材:鐵架臺、酒精燈、石棉網(使燒杯底部受熱均勻)、燒杯、　 　、秒表(記錄時間)、水、煤油、攪拌器等。
3.儀器組裝順序:　 　。
溫度計
自下而上
4.實驗要點
(1)兩種物質的質量要相同。
(2)熱源要相同。
(3)兩個燒杯完全相同。
(4)在熱源相同的條件下,　 　反映物質吸熱的多少。
5.實驗結論
(1)質量相同的不同物質,升高相同的溫度,比較它們吸收的熱量,吸收熱量　 　的物質吸熱能力強。
(2)質量相同的不同物質,吸收相同的熱量,比較它們升高的溫度,升高的溫度　 　的物質吸熱能力強。
加熱時間的長短
較多
較小
實驗二　探究不同燃料的熱值
1.實驗裝置
2.實驗器材:鐵架臺、煤油、菜籽油、石棉網(使燒杯底部受熱均勻)、燒杯、　 　、秒表(記錄時間)、水等。
3.儀器組裝順序:　 　。
4.實驗要點
(1)兩套規格完全相同的儀器。
(2)質量、初溫相同的水。
(3)相同時間燃燒的燃料質量相同,水升高的溫度反映燃料放出的熱量。
5.實驗結論
質量相同的不同燃料,加熱質量、初溫相同的水,比較水升高的溫度,水的溫度升高得多的,該種燃料的熱值較　 　。
溫度計
自下而上
大
題組一　內能
1.下列說法正確的是( )
A.熱值大的燃料完全燃燒,放出的熱量一定多
B.物體的溫度不變,它的內能一定不變
C.物體的內能增加,可能是從外界吸收了熱量
D.熱量總是從內能大的物體向內能小的物體傳遞
2.關于熱和能,下列說法中正確的是( )
A.熱傳遞時,溫度總是從高溫物體傳遞給低溫物體
B.一塊0 ℃的冰熔化成0 ℃的水后,溫度不變,內能變大
C.內燃機的壓縮沖程,主要通過熱傳遞增加了氣缸內物質的內能
D.物體的內能增加,一定是外界對物體做了功
C
B
3.寒冷的冬天,我們可以坐在電火箱旁取暖,也可以跳繩使身體發熱。前者是通過　 　的方式改變人體的內能,后者是通過　 　的方式改變人體的內能。(均選填“做功”或“熱傳遞”)
熱傳遞
做功
題組二　比熱容
4.如圖(甲),將兩個溫度傳感器分別放置在兩個試管中,并將其固定在鐵架臺上,往兩試管裝入初溫不同的液體a,b,溫度傳感器的探頭部分與試管內的液體良好接觸,傳感器通過數據采集線與計算機相連接。在計算機上得到的實驗圖像如圖(乙)所示,下列說法正確的是( )
A.本實驗通過傳感器采集的溫度信息,比較液體吸熱的多少
B.若要比較不同液體的吸熱能力需要裝入等體積的兩種液體
C.若兩種液體的種類相同,則a,b兩液體的質量之比為4∶3
D.若兩種液體的種類不同,則a,b液體的比熱容之比是4∶3
5.張家界森林公園內風景優美,其中金鞭溪婉轉秀麗,下雨后溪邊升起了一層霧,置身其中,宛如仙境,那么霧的形成屬于　 　現象;水還有許多用途,如用水作為汽車發動機冷卻液是利用了水的　 　的特點。
C
液化
比熱容較大
題組三　內燃機
6.(2023智源中學質量檢測)為實現國家關于“碳達峰”“碳中和”目標,東風汽車集團研發了一款新型汽車。與某款汽車同樣油耗和使用條件下,發動機工作時,尾氣中“汽油味”明顯降低,動力更強勁。如圖所示為其發動機某一沖程示意圖。下列有關說法錯誤的是( )
A.尾氣中“汽油味”降低,是因為汽油在氣缸中燃燒比較完全
B.該沖程為做功沖程,內能轉化為機械能
C.汽油在氣缸內完全燃燒,發動機效率可達100%
D.該發動機有利于節約能源和環境保護
7.司機在加油站給小轎車加油時聞到汽油味,這是　 　現象,小轎車汽油機在　 　沖程中將機械能轉化為內能。
8.如圖所示,試管中的水蒸氣將塞子推出的過程中,水蒸氣的　 　轉化為塞子的機械能,四沖程汽油機在工作過程中,　 　沖程與上述能量轉化過程相同。
C
擴散
壓縮
內能
做功
題組四　熱值和熱機效率
9.關于熱值和熱機效率的描述,正確的是( )
A.若燃料燃燒更充分,可以增大熱值
B.若燃料燃燒更充分,可以提高熱機效率
C.熱值和熱機效率都是定值,與外界無關
D.若燃料增加一倍,熱值也增加一倍
10.汽油的熱值是 4.6×107 J/kg,完全燃燒40 g的汽油所釋放的熱量為　 　J。
11.安全、清潔、方便的太陽能越來越受到人們的重視和廣泛利用。某太陽能熱水器內裝有質量為100 kg、溫度為20 ℃的水,在太陽照射一段時間后,水溫升高到60 ℃,則水吸收的熱量是　 　J,這些能量相當于完全燃燒　 　m3天然氣放出的熱量。[c水=4.2× 103 J/(kg·℃),q天然氣=4.2×107 J/m3]
12.完全燃燒140 g焦炭所放出的熱量有60%被初始溫度為10 ℃、質量為10 kg的水吸收,則水吸收的熱量為　 　J,水的溫度將升高到　 　℃。[q焦炭=3.0×107 J/kg,c水=4.2 ×103 J/(kg·℃),在1個標準大氣壓下]
B
1.84×106
1.68×107
0.4
2.52×106
70
13.某同學估算燃氣灶燒水時的效率,他在燒水壺中裝入V=2.5 L水,燒水前水的溫度為20 ℃,將水加熱至 100 ℃,立即關閉燃氣灶,燒水前、后燃氣表的示數變化“ΔV= 0.105 m3”, 該同學查得天然氣的熱值q=4×107 J/m3,水的密度 ρ=1.0×103 kg/m3,水的比熱容為 4.2× 103 J/(kg·℃),求:
(1)水吸收的熱量。
(2)燃氣灶燒水效率。
答案:(1)8.4×105 J　(2)20%
題組五　實驗探究
14.(2023陜西)某實驗小組用如圖(甲)所示的裝置比較水和煤油的吸熱能力。
(1)加熱前,在一個燒杯中倒入400 mL的水,為了使水和煤油的質量相同,需要在另一個相同燒杯中倒入　 　mL的煤油;在本實驗中,用兩個相同規格的電加熱器來加熱水和煤油,給水和煤油加熱相同時間,可以利用　 　(選填“加熱時間”或“溫度變化量”)來反映液體的吸熱能力。(ρ水=1.0×103 kg/m3,ρ煤油=0.8×103 kg/m3)
(2)用兩個相同規格的電加熱器來加熱水和煤油,每隔1 min記錄一次溫度,整個實驗操作無誤。圖(乙)中,若圖線②反映水的溫度隨時間的變化規律,則圖線　 　(填序號)可以反映煤油的溫度隨時間的變化規律。
500
溫度變化量
①
(3)同時停止加熱,相同質量和初溫的水和煤油放出相同的熱量,水降低的溫度　 　(選填“大于”“等于”或“小于”)煤油降低的溫度;冬天暖氣片里的液體主要是水,這是利用了水的比熱容比較　 　(選填“大”或“小”)的特點,如果暖氣片中有10 kg水,這些水溫度降低10 ℃放出的熱量為　 　J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
小于
大
4.2×105
15.小明同學學習了燃料的熱值后,考慮到燃料燃燒放出的熱量會被水吸收,而水的比熱容已知。自己設計一個實驗來探究煤油和菜籽油的熱值的大小關系,他組裝了如圖所示的裝置進行實驗,記錄結果見下表:
燃料 加熱前的水溫/℃ 燃料燃盡后水溫/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
(1)為了保證實驗結論的可靠,小明同學選擇了兩套相同裝置,在實驗中還應控制:煤油和菜籽油的　 　相同,此外還應控制　 　相同。
(2)分析表中數據得出:煤油和菜籽油兩種燃料中,熱值較大的是　 　。
(3)小明同學還想利用這種實驗方案計算出煤油和菜籽油的熱值,那么小明還需要補充的實驗儀器是:　 　,利用此實驗方法計算出的熱值將比真實值　 　(選填“偏大”或“偏小”),說說你的看法:　 _
　。
質量
水的質量
煤油
天平
偏小
燃料不可能完全燃燒,燃料燃燒放出的熱會散失到空氣中,又或被燒
杯等實驗裝置吸了熱,使Q放大于Q吸
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專題一　熱學綜合計算
熱量的計算
1.(2023安徽)學校物理興趣小組的同學利用器材測量鋁的比熱容。他們將質量為 4.2 kg 的鋁塊先加熱到164 ℃后,投入到質量為2 kg,初溫為20 ℃的水中,水和鋁塊最終的溫度都是 64 ℃。已知水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),假設鋁塊放出的熱量全部被水吸收。求:
(1)鋁塊降低的溫度。
(2)水吸收的熱量。
解析:(1)鋁塊降低的溫度為Δt降=t1鋁-t2鋁=164 ℃-64 ℃=100 ℃。
(2)水吸收的熱量為Q吸=c水m水(t2水-t1水)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(64 ℃-20 ℃)= 3.696×105 J。
答案:(1)100 ℃　(2)3.696×105 J
(3)鋁塊的比熱容。
答案:(3)0.88×103 J/(kg·℃)
2.英雄攀枝花,陽光康養地。攀枝花日照豐富,為了節約能源,攀枝花很多屋頂都安裝了太陽能熱水器。已知太陽能熱水器儲水箱內有 100 kg 的水,在陽光照射下,水的溫度升高了
26 ℃,已知c水=4.2×103 J/(kg·℃),求:
(1)水吸收的熱量。
(2)這些熱量相當于完全燃燒多少煤氣放出的熱量。(q煤氣=1.8×107 J/m3)
解析:(1)水吸收的熱量Q=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×26 ℃=1.092×107 J。
答案:(1)1.092×107 J　(2)0.61 m3
3.太陽能熱水器是一種常見的利用太陽能的裝置,某品牌太陽能熱水器,在晴天能接收到的太陽能平均輻射強度(用R表示)為 R=300 J/(m2·s),它表示每平方米面積上一秒內接收到的太陽能為300 J。該太陽能熱水器集熱管接收陽光照射時的有效面積是2 m2,貯水箱中盛有
0.1 m3的水。求:
(1)貯水箱中水的質量。
(2)若在陽光下照射70 min,所接收到的太陽能全部用來加熱水,貯水箱中的水溫可升高多少 [ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
解析:(1)m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×0.1 m3=100 kg。
答案:(1)100 kg　(2)6 ℃
4.小凱在實驗室利用恒溫箱加熱,完成了冰的熔化實驗,并描繪出冰的溫度隨加熱時間變化的關系圖線,如圖所示。實驗時冰的質量為2 kg,相同時間內冰和水吸收的熱量相同。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)。求:
(1)CD段水吸收的熱量。
解析:(1)冰的質量為m冰=2 kg,冰熔化成水,狀態變化,質量不變,水的質量為m水=m冰=2 kg,由圖像知,CD段水從0 ℃升高到20 ℃,升高的溫度為Δt水=20 ℃-0 ℃=20 ℃,則水吸收的熱量為Q吸1=c水m水Δt水=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×20 ℃=1.68×105 J。
答案:(1)1.68×105 J
(2)計算出冰的比熱容。
答案:(2)2.1×103 J/(kg·℃)
熱平衡的計算
5.(2023上海改編)網上曾熱銷一種“55度杯”,稱“能很快將開水變成適飲的溫水,而后又能將涼水變成適飲的溫水”。為破解此中秘密,某中學物理小組設計了如圖模型。此杯內膽中被封存著300 g水,室溫 20 ℃,不計熱量損失,水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),求:
(1)若向杯中倒入100 g,100 ℃開水,搖一搖,杯中水的溫度迅速降至40 ℃,倒入的水放出了多少熱量
解析:(1)水的質量為m=100 g=0.1 kg,倒入的開水降至40 ℃時,放出的熱量為Q放=cmΔt= 4.2×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(100 ℃-40 ℃)=2.52×104 J。
答案:(1)2.52×104 J
(2)若向杯中倒入200 g,80 ℃的水,搖一搖,杯中水的溫度降至t1,t1為多少
解析:(2)不計熱量損失,放出的熱量等于吸收的熱量,故可以列等式為Q吸=Q放,即c水m水Δt水=c水m水′Δt水′,4.2×103 J/(kg·℃)×300 g×(t1-20 ℃)=4.2×103 J/(kg· ℃)× 200 g×(80 ℃-t1),t1=44 ℃。
答案:(2)44 ℃
燒水問題
題組一　爐灶效率的計算
6.(2023北京)如圖(甲)所示,1個標準大氣壓下,普通煤爐把壺內80 ℃,5 kg水燒開需燃燒一定質量的煤,此過程中,普通煤爐的效率為50%。已知q煤=3×107 J/kg,
c水=4.2×103 J/(kg·℃),求:
(1)把壺內水燒開,水需要吸收的熱量。
解析:(1)把壺內水燒開,水需要吸收的熱量為
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(100 ℃-80 ℃)=4.2×105 J。
答案:(1)4.2×105 J　
(2)普通煤爐至少燃燒煤的質量。
答案:(2)0.028 kg
(3)為提高煤爐效率,某創意小組設計了雙加熱煤爐,如圖(乙)所示,在消耗等量煤燒開壺內初溫相同、等量水的過程中,還可以額外把爐壁間1 kg水從20 ℃加熱至40 ℃。則此雙加熱煤爐的燒水效率η2是多少
答案:(3)60%
7.某物理興趣小組的同學,用煤爐給10 kg的水加熱,同時他們繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線。若在6 min內完全燃燒了2 kg的煤,水的比熱容
為4.2×103 J/(kg·℃),煤的熱值約為3×107 J/kg。求:
(1)煤完全燃燒產生的熱量。
(2)經過6 min時間加熱,水所吸收的熱量。
解析:(1)煤完全燃燒產生的熱量
Q放=mq=2 kg×3×107 J/kg=6×107 J。
(2)Q吸=cm′Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(80 ℃-20 ℃)=2.52×106 J。
答案:(1)6×107 J　(2)2.52×106 J　
(3)煤爐燒水時的熱效率。
答案:(3)4.2%
題組二　太陽能熱水器效率的計算
8.小琦家新安裝了一臺容積為 0.5 m3的太陽能熱水器,加滿水后,經過4 h陽光的照射水溫由原來的25 ℃升高到 45 ℃[已知水的比熱容c=4.2×103 J/(kg·℃),焦炭的熱值q=3.0×
107 J/kg,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3]。問:
(1)在這4 h內水吸收的熱量為多少焦耳
解析:(1)水的質量m=ρV=1.0×103 kg/m3×0.5 m3=500 kg,
水吸收的熱量Q吸=cm(t2-t1)=4.2×103 J/(kg·℃)×500 kg×(45 ℃-25℃)=4.2×107 J。
答案:(1)4.2×107 J
(2)若這些熱量由效率為20%的火爐燃燒焦炭來提供,則需要燃燒多少千克的焦炭
答案:(2)7 kg
9.如圖簡易太陽能熱水器受光面積1.2 m2,內裝80 kg 水,太陽每分鐘輻射到1 m2面積上水吸收的熱量是7.56×104 J。
問:(1)太陽能熱水器內壁為什么涂成黑色
答案:(1)熱水器內壁涂成黑色,是因為黑色表面對太陽輻射的吸收本領強,更易吸收太陽 的熱。
(2)20 ℃的水曬3 h后水溫達到多少 [水的比熱容是4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)煤氣的熱值是1.8×107 J/m3,若煤氣灶的效率為40%,燒熱這些水需燃燒多少煤氣
答案:(2)68.6 ℃　(3)2.268 m3
熱機效率的計算
答案:(1)1.8×104 W
(2)汽車發動機的效率。
答案:(2)45%
11.某汽車發動機的功率為29.4 kW,以 36 km/h 的速度勻速行駛,行駛了200 km時,消耗汽油50 kg,其中汽油的熱值為 4.6×107 J/kg。求:
(1)汽油完全燃燒放出的熱量。
(2)這個過程發動機牽引力做的功。
(3)發動機的效率。
解析:(1)Q放=mq=50 kg×4.6×107 J/kg=2.3×109 J。
答案:(1)2.3×109 J　(2)5.88×108 J (3)25.6%
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第三節　內燃機
目標要求 核心素養提升
1.了解熱機的工作原理。
2.掌握熱機的結構、工作過程和工作原理。
3.知道汽油機和柴油機構造、工作原理的 區別。
1.通過熱機的發展,讓學生體驗科技對日常生活的影響。
2.培養學生觀察及分析問題的能力,利用對比的方法提升分析能力。
一、熱機
1.定義:熱機是指把燃料燃燒時釋放的　 　轉變為　 的裝置。
2.內燃機:燃料直接在發動機　 　內燃燒產生動力的熱機。內燃機中最常見的是　 　機和　 　機。
二、汽油機
1.一個沖程:汽油機工作時,活塞在氣缸內做一次　 　。
2.汽油機的四沖程中,吸氣沖程進氣門　 　,排氣門　 　,活塞向　 　運動,
　 　被吸入氣缸;壓縮沖程進氣門　 　,排氣門　 　,活塞向　 　運動;做功沖程進氣門　 　,排氣門　 　,火花塞產生　 　,活塞向
　 　運動;排氣沖程進氣門　 　,排氣門　 　,活塞向　 　運動,　 　被排出氣缸。
內能
機械能
氣缸
汽油
柴油
單向運動
打開
關閉
下
空氣和汽油的混合物
關閉
關閉
上
關閉
關閉
電火花
下
關閉
打開
上
廢氣
3.在內燃機工作過程中,一個沖程飛輪轉動　 　周;一個工作循環完成　 　個沖程,只有　 　沖程對外做功,其余三個沖程都要靠飛輪的　 　完成。在　 　沖程中內能轉化為機械能,在壓縮沖程中　 　 能轉化為　 　能。一個工作循環中飛輪轉動
　 　周,活塞往復運動　 　次,對外做功　 　次。
三、四沖程汽油機和柴油機的區別
半
4
做功
慣性
做功
機械
內
2
2
1
汽油機 柴油機
構造不同 氣缸頂部有　 氣缸頂部有　
燃料不同 　 　油 　 　油
吸氣沖程 吸入的是　 只吸入　
點火方式 　 　式 　 　式
火花塞
噴油嘴
汽
柴
空氣和汽油混合物
空氣
點燃
壓燃
知識點一　汽油機
1.下圖是汽油機一個工作循環的四個沖程,順序排列正確的是( )
A.(甲)(乙)(丙)(丁)
B.(乙)(丙)(甲)(丁)
C.(丁)(丙)(乙)(甲)
D.(丁)(甲)(丙)(乙)
2.使汽車獲得動力的沖程是( )
A.吸氣沖程 B.壓縮沖程
C.做功沖程 D.排氣沖程
C
C
3.如圖所示是汽油機工作循環中的一個沖程,它是( )
A.做功沖程,將機械能轉化為內能
B.做功沖程,將內能轉化為機械能
C.壓縮沖程,將機械能轉化為內能
D.壓縮沖程,將化學能轉化為內能
知識點二　汽油機與柴油機的區別
4.下列關于汽油機和柴油機的說法正確的是( )
A.在壓縮沖程中,都是把內能轉化為機械能
B.構造上,汽油機氣缸頂部有噴油嘴,柴油機氣缸頂部有火花塞
C.汽油機的點火方式是壓燃式,柴油機的點火方式是點燃式
D.吸氣沖程中,柴油機吸入氣缸的只有空氣,汽油機吸入氣缸的是空氣和汽油的混合物
B
D
知識點三　內燃機沖程數與飛輪轉動圈數的關系
5.一臺單缸四沖程汽油機,飛輪轉速是 2 400 r/min,該汽油機每秒鐘飛輪轉動　 　圈,做功
　　次,完成　 　個沖程。在內燃機的“吸氣”“壓縮”“做功”“排氣”四個沖程中,將機械能轉化為內能的是　 　沖程。常用水來給內燃機降溫,是因為水的　 　大。
6.如圖所示是某單缸四沖程汽油機的　 　沖程;若該汽油機每1秒鐘對外做功 25次,那么該汽油機飛輪的轉速為　 　r/min。
40
20
80
壓縮
比熱容
壓縮
3 000
知識目標 題號 目標達成 (題號) 不足
之處
汽油機 2,3,4,5, 6,8,9
柴油機 1,7,10
1.下列工具工作過程中使用熱機的是( )
A.自行車 B.柴油車
C.腳踏車 D.皮筏艇
2.熱機工作過程中的能量轉化是( )
A.內能→化學能→機械能
B.化學能→內能→機械能
C.化學能→機械能→內能
D.內能→機械能→化學能
3.雙手相互摩擦時感覺發熱,這一過程的能量轉化與四沖程汽油機的哪個沖程相同( )
A.吸氣沖程 B.壓縮沖程
C.做功沖程 D.排氣沖程
B
B
B
4.關于四沖程汽油機的工作過程,下列說法正確的是( )
A.吸氣沖程:只吸入空氣
B.壓縮沖程:氣缸內溫度降低
C.做功沖程:氣體推動活塞做功
D.排氣沖程:內能轉化為機械能
5.在如圖所示的“汽油機模型”實驗中,將少量的汽油噴入筒內,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
C
C
6.如圖所示的某單缸四沖程汽油機,說法正確的是( )
A.依靠飛輪慣性完成的沖程是(甲)、(乙)、(丁)
B.(乙)圖中氣缸內氣體質量會減小
C.(甲)圖中能量的轉化是內能轉化為機械能
D.四沖程內燃機在一個工作循環中工作過程依次是(丁)、(丙)、(乙)、(甲)
7.關于四沖程內燃機,下列說法正確的是( )
A.汽油機和柴油機都是內燃機,吸入氣缸的物質相同
B.汽油機和柴油機都是通過火花塞點火的
C.燃料在氣缸內猛烈燃燒,燃料熱值迅速減小
D.壓縮沖程主要是通過做功的方式增大氣缸內氣體的內能
A
D
8.在如圖所示的四幅圖中,與熱機工作原理相同的是　 　圖所示的演示實驗,汽油機利用內能來做功的沖程是　 　圖。
9.如圖所示是某種內燃機某一沖程的示意圖,由圖可知:
(1)這種內燃機是　 　機;
(2)它表示的是　 　沖程;
(3)在這個沖程中　 　能轉化為　 　能;
(4)完成這一沖程,曲軸和飛輪轉　 　圈;
(5)仔細觀察其銘牌,可看見“1 800 r/min”字樣,則它正常工作時,1 s對外做功　 　次,完成了　 　個循環,　 　個沖程。
(乙)
(丁)
柴油
壓縮
機械
內
半
15
15
60
10.某型號四沖程柴油機,氣缸橫截面積為500 cm2,活塞行程為10 cm,做功沖程燃氣的平均壓強為7×105 Pa,飛輪轉速為 1 200 r/min。求:
(1)一次做功沖程中氣體對活塞做功多少
(2)這臺柴油機功率是多少
解析:(1)燃氣對活塞的平均壓力F=pS=7×105 Pa×500×10-4 m2=35 000 N;
一次做功沖程中燃氣對活塞做的功W=Fs=35 000 N×0.1 m=3 500 J。
答案:(1)3 500 J　(2)35 000 W
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