資源簡介

九年級科學培優《物體的內能》
編者：溫中實驗學校
丁裕忠
【知識梳理】
一、內能
1、熱運動：物體內部大量粒子的無規則運動。
2、擴散現象：溫度越高，粒子的無規則運動越劇烈。
3、內能：物體內部大量做熱運動的粒子所具有的能，俗稱“熱能”。
（1）單位：焦耳
（2）內能包括分子動能
（3）內能的特點：一切物體在任何情況下都具有的內能；內能大小與溫度有關，溫度越高，微粒的無規則運動越劇烈，內能越大；內能大小與質量（微粒的個數多少）有關；內能大小與物質的狀態有關。
二、改變內能的兩種途徑
1、做功改變物體的內能
（1）外界對物體做功，物體的內能增加；【實質：其他形式的能轉化為物體的內能】
四種方法：①
壓縮體積；②
摩擦生熱；③
鍛打物體；④
擰彎物體。
物體對外做功，物體的內能減少；如：氣體體積膨脹；【實質：物體的內能轉化為其他形式的能】
2、熱傳遞改變物體做功
（1）規律：內能由高溫物體（或高溫部分）傳遞到低溫物體（或低溫部分），直
至溫度相等時結束。
（2）實質：能的轉移過程，且溫差越大能的傳遞越快。（3）方式：
方式
含義
舉例
傳導
熱量通過接觸物質由高溫部分向低溫部分傳遞
放在掌心的冰慢慢熔化
對流
熱量通過液體或氣體自身的流動由高溫部分向
用水壺燒水，最終整壺水的溫度都達到沸點；
低溫部分傳遞
輻射
熱量不通過物體媒介，直接由高溫物體發射到低
太陽的光和熱傳遞到地球
溫物體的傳遞
（4）條件：物體之間或物體的不同部位存在溫度差，溫度差越大，熱傳遞越快。（5）熱量：在熱傳遞中，傳遞能量的多少，用
Q
表示，單位：焦
J。
物體從外界吸收多少熱量，內能就增加多少；物體向外界放出多少熱量，內能就減少多少。3、做功和熱傳遞在改變物體內能上產生的效果相同，但它們也有本質上不同，做功實質上能的轉化，熱傳遞實質上能的轉移。
三、熱量的計算
1、比熱容：單位質量的某種物質溫度升高（降低）1℃時吸收或放出熱量，稱為該物質的比熱容。（1）單位：J/（Kg·℃），讀作：焦每千克攝氏度。（2）水的比熱：4200
J/（Kg·℃）物理意義：質量為
1
千克的水溫度升高或降低
1℃時吸收或
放出的熱量為
4200J。
（3）水的比熱特點：在一定質量的水，升高或降低一定溫度吸收或放出的熱量較多。
（4）比熱容是物質的一種特性，受物質的狀態的影響。
2、熱量的計算：Q=c×m×△t
Q
吸=c×m×（t－t0）
Q
放=c×m×（t0－t）
四、燃料的熱值
1、熱值：1
千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的熱值，用“q”表示。（1）單位：焦/千克
J/kg
（2）物理意義：氫氣
1.4×108
J/kg——質量為
1
千克的氫氣完全燃燒時所釋放的熱量為
1.4×108
J。
（3）熱值反映了所有能燃燒的物質的一種性質，反映了不同燃料在燃燒過程中，化學能轉化為內能的本領的大小，是燃料本身的一種特性，它只與燃料的種類有關，與燃料的形狀、質量、體積、是否完全燃燒均沒有關系。
（4）燃料完全燃燒放出的熱量的計算公式：Q=
qm。
（5）“1
千克”、“某種燃料”、“完全燃燒”。
2、火箭選用氫作燃料，而不是汽油，原因：液態氫的熱值大。
【典型例題】
1．南極是世界上最冷的地方，常年平均氣溫是﹣25℃．一天，南極上的小企鵝豆豆和丁丁之間發生了一次有趣的對話，他們的部分說法如下，其中正確的是（　　）
A．豆豆：呵呵，這里太冷了，冰山肯定沒有內能了
B．丁丁：不對，冰山的溫度低，所含熱量少
C．丁丁：唉，反正我現在一點溫度也沒有了，凍死嘍
D．豆豆：呵呵，我們一起跳舞吧，這樣暖和一些
2．關于溫度、內能和熱量，下列說法中正確的是（　　）
A．物體的溫度不變，內能可能變小
B．物體溫度降低，它一定放出熱量
C．升溫較多的物體，吸收的熱量多
D．物體內能增加，它一定吸收熱量
3.如圖所示，對于圖片中所描述的物理過程，下列分析中正確的是（　　）
①圖甲，厚玻璃筒內的空氣被壓縮時，空氣的內能增加
②圖乙，瓶子內的空氣推動塞子跳起時，空氣的內能增大
③圖丙，試管內的水蒸氣推動塞子沖出時，水蒸氣的內能減少
④圖丁，汽缸內的氣體推動活塞向下運動時，氣體的內能增大
A．①②
B．③④
C．①③
D．②④
4．如圖所示，甲圖中活塞迅速下壓后棉花燃燒；乙圖中點火后盒蓋飛出。在“活塞壓縮空氣”和“使盒蓋飛出”的兩個過程中，對比能量轉化情況、改變筒內氣體內能的方式和筒內氣體內能的變化三個方面，它們（　　）
A．三個方面都相同
B．三個方面都不相同
C．有兩個方面相同，一個方面不同
D．有一個方面相同，兩個方面不同
第4題圖
第5題圖
5．如圖為一種自熱火鍋的構件圖。該自熱火鍋的發熱包內有鐵粉、鋁粉、炭粉、生石灰等物質，將發熱包放到水中，會放出大量的熱。有關該自熱火鍋的說法不合理的是（　　）
A．生石灰與水反應，會放出大量的熱
B．設計出氣孔的目的是避免使用時盒內氣壓過高
C．遇水能放出熱量的物質都能作為發熱包的內容物
D．使用過的發熱包即使干燥后也不能重復使用
6．如圖是一種在喜慶場合使用的禮炮。使用禮炮時，旋轉底部的鋼瓶。鋼瓶被打開后，其內部的髙壓空氣迅速膨脹，將筒內禮花噴向空中，營造喜慶氛圍。在使用禮炮過程中，下列有關說法錯誤的是（　　）
A．鋼瓶內的高壓空氣對外做功，內能減少
B．鋼瓶內高壓空氣的部分內能轉化為禮花的機械能
C．鋼瓶內的高壓空氣在膨脹過程中，氣體密度變小
D．禮花綻放過程中，機械能保持不變
7．浙江衛視《十二道鋒味》注重美食與公益相結合，在節目里，利用各種烹飪手法，譬如煎、炒、蒸、拌，做出美食，還有一種美食叫竹升面，所謂竹升面，就是在搓面、和面以后，利用“竹升”（大竹竿）壓打出來的面條，如圖所示。“竹升”為杠桿，下列認識錯誤的是（　　）
A．烹飪手法炒：主要是通過熱傳遞的方式使食物的內能增加
B．烹飪手法蒸：是通過熱傳遞和高溫水蒸氣液化放熱，使食物蒸熟
C．“竹升”在使用時，動力方向向下，受到面條的作用力垂直“竹升”向下
D．“竹升”在使用時，動力臂大于阻力臂，為省力杠桿
8．航母上簡化的蒸汽彈射裝置，能帶動艦載機在兩秒鐘內達到起飛速度，如圖甲。汽油機的工作沖程，如圖乙。下列判斷不正確的是（　　）
A．牽引索與蒸汽活塞連接的兩個滑輪均是定滑輪
B．艦載機獲得的牽引力是因為氣缸內的蒸汽體積膨脹，從而推動活塞
C．氣缸內的蒸汽推動活塞后，內能增加
D．從能量轉化角度講，蒸汽彈射裝置工作時與圖乙中C所示的原理相似
9.在吹氣球時，吹大了的氣球沒握住，它叫嘯著飛跑了！你及時撿起氣球會發現它的嘴部溫度________，是因為當球內氣體噴出來時________，內能轉化為機械能。
10.如圖是生活中常用的熱水瓶。當注入一定量的熱水后，立即蓋上軟木塞，有時軟木塞會跳起來，這一過程瓶內氣體通過________改變了內能。如圖是四沖程汽油機的工作示意圖其中________圖（圖片順序不代表真實工作順序）所示的沖程也發生同樣的能量轉化。
11.如圖表示內燃機的兩個沖程。從氣到的啟閉和活塞的運動可以判斷甲是________沖程，乙是________沖程。
第11題圖
第12題圖
12.如圖所示，透明塑料盒的底部開有小孔，電子式火花發生器的放電針管緊緊地從孔中塞進。打開塑料盒蓋，向盒中滴入數滴酒精，再將盒蓋蓋緊，摁動電火花發生器的按鈕，塑料盒蓋立即被遠遠地彈出。
（1）電子式火花發生器產生的熱量以熱傳遞的方式增大酒精氣體的________能，氣體的溫度________(選填“升高”或“降低”)，達到燃點。
（2）酒精氣體燃燒后，燃氣的________能以做功的方式傳給盒蓋，轉化為盒蓋的______能。
（3）根據此原理制造出的將內能轉化為機械能的機器有________和________。
13．如圖一只瓶子，內裝一些鐵屑。我們既可以通過震蕩，
也可以通過加熱，使鐵屑的溫度升高，內能增大。從改變
物體內能的方法來看，前者是通過
方法，后者
是通過　
方法來增大鐵屑的內能。如果你沒有看
到內能改變的過程，僅憑鐵屑溫度的改變，能否確定采用了
什么方法改變了鐵屑的內能？
（能或不能），
這是因為　
。
14.2019年5月6日，杭城首批30輛氫燃料新能源公交車投放使用。氫燃料具有清潔無污染、效率高等優點，被認為是2世紀最理想的能源，求：[c水=4.2x103(kg·℃)；q氫=1.4×108J/kg]
（1）質量為0.3kg的氫燃料完全燃燒放出的熱量是________J；
（2）若這些熱量全部被質量為200kg，溫度為15℃的水吸收，則水升高的溫度；
（3）某氫能源公交車以140kW的恒定功率做勻速行駛，如果0.3kg的氫燃料完全燃燒獲得熱量的焦耳數和公交車所做的功相等，則這些熱量能讓該公交車勻速行駛多長時間。
15.小曹老師用可樂瓶、橡膠塞、自行車胎氣門芯、打氣筒、溫度傳感器等自制了一個氣體對外做功實驗裝置。老師用氣筒向塑料瓶內不斷充氣，同學們看到瓶塞被彈出，瓶內出現白霧，同時電腦屏幕記錄了瓶內溫度變化曲線，你能解釋看到這些現象的原理嗎？
16.有一款太陽能熱水器，銘牌上的部分參數如表所示。將它安裝在陽光充足的水平臺面上，并裝滿水。
(1)某地區（晴天）一天中接收的太陽能3.36×107J，接收的太陽能，如果由燃燒煤氣（熱值q=4.2×107J/kg）來獲得，則需要完全燃燒多少千克煤氣？
(2)裝滿的水質量是多少千克？
型號
JL8801A
水容量/L
80
自身質量/kg
50
(3)若這一天中接收的太陽能有60%被熱水器中的水吸收，則可使初溫為20℃的水溫度升高到多少度?[c=4.2×103J/（kg·℃)]
17.在“探究水沸騰時溫度變化的特點”實驗中，用酒精燈給燒杯中的水加熱，燒杯中盛有20℃、質量為100g的水，在一個標準大氣壓下加熱至沸騰，假如完全燃燒酒精3g。[水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃)，酒精的熱值為3.0×107J/kg]求：
(1)水吸收的熱量是多少？
(2)此過程中酒精燈燒水的熱效率。
(3)科學研究表明：1g100℃的水汽化成同溫度的水蒸氣需要吸收2.26×103J的熱量。水開始沸騰后持續觀察沸騰現象，同時發現水的質量減少了5g，求此過程水汽化成水蒸氣所吸收的熱量。
18．如圖所示是科學課堂上用的空氣壓縮引火儀，實驗時在引火儀筒內放一小團硝化棉，然后用力快速向下壓動引火儀的活塞后可以觀察到硝化棉燃燒。雖然課堂上老師分析了棉花燃燒的原因，但小剛想知道通過壓縮空氣做功，筒內空氣的溫度可以上升到多高？經過查閱資料他了解到：在使用空氣壓縮引火儀時，由于力的作用時間極短，筒內氣體壓強p，體積V及溫度T滿足pV＝KT這一方程，其中K為恒定不變的常量，T為熱力學溫度（單位為K）。
請解答下列問題：以下計算均不計活塞重、摩擦以及熱量損失
（1）若用232N的壓力向下壓活塞，活塞移動的距離為0.1m，則活塞對筒內氣體做了多少功？
（2）已知活塞的面積為8×10﹣5m2，當用232N的壓力把活塞壓縮到最低點時，筒內氣體壓
強為多少？（提示：筒內的氣壓等于活塞對氣體的壓強與外界大氣壓之和，外界大氣壓p0＝1×105Pa）
（3）壓縮前筒內空氣壓強為一個標準大氣壓，溫度為300K（熱力學溫度）。若硝化棉的著火點為450K，當用232N的壓力將筒內空氣的體積壓縮為原來的二十分之一時，請通過計算說明筒內的棉花是否能燃燒。
（4）在演示實驗中小剛發現越用力快速地壓縮活塞會更加容易引燃硝化棉，請你解釋其中的原因？
19．閱讀短文，回答文后的問題。
熱阻當物體或物體的不同部分之間存在溫度差時，就會發生熱傳遞。傳導是熱傳遞的一種方式，物體對熱量的傳導有阻礙作用，稱為熱阻，用R表示。物體的熱阻與物體在熱傳導方向上的長度l成正比、與橫截面積S成反比，還與物體的材料有關，關系式為R＝1/λS，式中λ稱為材料的導熱系數，不同材料的導熱系數一般不同。房屋的墻壁為了保溫，往往使用導熱系數較小的材料。如果墻壁一側是高溫環境，溫度始終為t1；另一側是低溫環境，溫度始終為t2，墻壁中形成穩定的熱量流動，則單位時間內從高溫環境傳導到低溫環境的熱量Q與墻壁兩側的溫度差成正比，與墻壁的熱阻成反比。
（1）熱量傳導過程和電流相似，溫度差相當于電路中（
）　
　
A．電流
B．電壓
C．電阻
D．電功率
（2）銅湯勺放在熱湯中，把手很快就會燙手，而塑料把手的湯勺不會燙手。由此可知銅和塑料的導熱系數大小：λ銅　
λ塑料（填“＞”“＜”或“＝”）。
（3）如圖甲所示，熱量在墻壁中傳導，虛線標出的墻壁正中間處的溫度為　
　。
（4）如圖乙所示，熱量在墻壁中傳導，在傳導方向上的長度為L1，橫截面積為S，導熱系數為λ1；在墻壁一側緊貼一層保溫層，保溫層與墻壁面積相同，在熱傳導方向上的長度為L2，導熱系數為λ2，則單位時間內從高溫環境傳導到低溫環境的熱量Q＝　
。
17.小亮家有一輛轎車，爸爸在給他講車的性能時，總是說“2.0的排量”，卻很少說“功率”，為此小亮特地從網上查到了排量的定義：活塞從上止點移動到下止點所通過的“工作容積”稱為氣缸排量。如果發動機有若干個氣缸，所有氣缸“工作容積”之和稱為發動機排量。小亮從說明書上查到家中的轎車采用的是LFX直列四缸發動機，排量為2.0L；從網上查找到了這種轎車的輸出功率與轉速的關系如圖所示。（已知所使用汽油的熱值為4.6×107J/kg，密度為0.72×103kg/m3）
（1）根據如圖分析，在發動機轉速為1000～5000r/min范圍內它的輸出功率與轉速大致
成
比。
（2）當發動機轉速為3000r/min時，則發動機每個工作循環所需要的時間為
s；設做功沖程燃氣對活塞的平均壓強是p0，發動機排量為V排，每個活塞的受力面積為S，活塞移動距離為L，則發動機轉速為n時，該轎車的輸出功率P與發動機排量為V排的關系式為
。
A．n
p0V排/2
B．np0V排
C.
2np0V排
D.
4np0V排
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