資源簡介

浙江版 九年級上冊科學學案
第九講 物體的內能、電能
3-5 物體的內能
1 內能
熱運動
物體內部大量分子的無規則運動，叫熱運動。這是因為分子的無規則運動的速度跟溫度有關，溫度越高，分子無規則運動就越劇烈。
內能
分子動能：分子在不停的做無規則的運動，同一切運動的物體一樣，運動的分子也具有動能。分子由于
分子勢能：由于分子之間具有一定的距離，也具有一定的作用力。因而分子具有勢能，稱為分子勢能。
物體的內能：構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和，叫物體的內能。單位：焦耳(J)，各種形式能量的單位都是焦耳.
對內能的理解
內能是指物體的內能，不是分子的內能，是物體內部所有分子共同具有的分子動能和分子勢能的總和，單純考慮一個分子的分子動能和分子勢能是沒有現實意義的。
一切物質在任何情況下都有內能。
內能具有不可測量性，即不能準確知道一個物體內能的具體數值。
影響物體內能大小的因素: 物體的質量，物體的溫度、物體的體、物質的種類、物體的物態都可以影響物體內能的大小。
2 物體內能的改變
熱傳遞改變物體的內能
對熱傳遞的理解
條件
不同的物體或同一物體的不同部分之間存在溫度差。
方向
由高溫物體轉移到低溫物體或由同一物體的高溫部分轉移到低溫部分。
過程
高溫物體→放出熱量→內能減少→溫度降低，
低溫物體→吸收熱量→內能增加→溫度升高。
結果
溫度相同
實質
內能發生了轉移，能的形式并未發生改變。
熱傳遞是把內能由溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，而不是有由內能多的物體傳遞給內能少的物體。
做功改變物體的內能:對物體做功物體的內能會增加，物體對外界做功,物體的內能會減少。
做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的。
溫度、熱量、內能三者之間的區別與聯系
項目
溫度
熱量
內能
定義
宏觀上：表示物體的冷熱程度；
微觀上：反映物體中大量分子無規則運動的劇烈程度。
在熱傳遞過程中傳遞能量的多少。
構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和。
量的性質
狀態量
過程量
狀態量
表達
用降低、升高，降低到、升高到、是等表述。
用放出或吸收等表述。
用有、具有、改變、增加、減少等表述。
單位
攝氏度(℃)
焦耳(J)
焦耳(J)
關系
熱傳遞可以改變物體的內能，使其內能增加或減少，但溫度不一定改變(如晶體的熔化，凝固過程)，即物體吸熱，內能會增加，物體放熱，內能會減少，但物體的溫度不一定發生改變。
3比熱容
定義：單位質量的某種物質，溫度升高1℃所吸收的熱量叫這種物質的比熱容，用符號c表示。
單位：焦/(千克?℃)，讀作焦每千克攝氏度。
比熱容是物質本身的一種性質
比熱容是物質自身的性質之一，它反映了不同物質吸、放熱本領的強弱，利用物質的這種性質可以鑒別物質。
水的比熱容是4.2×103J/(Kg?℃)，每千克攝氏度，其物理意義是，質量為1Kg的水，溫度升高或降低1℃時所吸收或放出的熱量為4.2×103J。
對于同一種物質，比熱容的值還與物質的物態有關，同一種物質在同一物態下的比熱容是一定的，但在不同的物態下，比熱容是不相同的。
水的比熱容較大的應用
水的吸(放)熱本領強，用水做散熱劑。
水的溫度來難改變，對機械或生物體起保護作用。
4 熱量的計算
以Q表示物體吸收(或放出)的熱量，c表示物體比熱容，m表示物體質量，t0表示初始溫度，t表示末溫，則有
吸熱公式：Q吸=cm(t-t0)
放熱公式：Q放=cm(t0-t)
熱量計算的一辦公式：Q=cm△t
5 熱機
熱機的特點：通過做功把內能轉化為機械能。
內燃機
內燃機就是燃料在機器汽缸內燃燒的熱機，以汽油為燃料的內燃機叫汽油機，以柴油為燃料的內燃機叫柴油機。
工作過程：汽油機在工作時，活塞在汽缸內往復運動，活塞從氣缸的一端運動到汽缸的另一端，叫一個沖程。
汽油機的一個工作循環由四個沖程組成，分別是吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。
在四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，將內能轉化為機械能，其他三個沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來完成。
2038350259080142875278130a吸氣沖程 b壓縮沖程
進氣門打開，排氣門 進氣門關閉，排氣門
關閉，活塞向下運動 關閉，活塞向上運動
，汽油和空氣的混合 壓縮吸入的燃料混合物
物被吸入汽缸。
2286003175002152650319405C做功沖程 d排氣沖程
進氣門關閉，排氣門 進氣門關閉，排氣門
關閉，火花塞點火，高 打開，活塞向上運動
溫高壓的燃氣推動活塞 排出廢氣。
向下運動，對外做功。
6 燃料的熱值
定義：1Kg某種燃料完全燃燒時放出的熱量。
單位：J/Kg(固、液) J/m3(氣)
酒精的熱值是3.0 x 107J/Kg，表示1Kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0 x 107J。
煤氣的熱值是3.9 x 107J/m3，表示1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9x 107J。
關于熱值的理解：熱值是燃料本身的一種屬性，只與燃料的種類有關，與燃料的形態、質量、體積等均無關。
公式：Q=mq 或 Q=qV為熱值。
3-6 電能
1 電能與電功
電能是一種能源，可以由太陽能、風能、水能等轉化而來，是“二次能源”。各種用電器工作時，將電能轉化為其他形式的能。
電能轉化為其他形式的能的過程就是電流做功的過程。電流所做的功角電功，W=UIt
電能、電功的單位
電能、電功的單位是焦。電能的單位還有千瓦時(KW?h)，俗稱“度”。1KW?h=3.6 X 106J。
465772550800電能表
測量電能的工具：電能表。
電能表的參數及其含義
220V—表示這個電能表應該在220V的電路中使用。
5(20)A—表示這個電能表的標定電流為5A，額定最大電流為20A。
720r/KW?h—表示接在這個電能表上的用電器，每消耗1 KW?h的電能，電能表上的轉盤轉過720轉。
50Hz—表示這個電能表在頻率為50Hz的交流電路中使用。
電能表測量電能的方法
a測量較大的電能時用刻度盤讀書。最后一位數字表示小數點后第一位。電能表前后兩次讀數之差，就是這段時間內消耗的電能，單位是千瓦時，即W電=W末-W初。
B測量較小的電能時，用轉盤轉數讀數。通過記錄某段時間內電能表轉盤的轉數，結合電能表轉盤每轉消耗的電能計算出該段時間的電能，即W電=轉數x每轉消耗的電能。
2 電器的電功率
定義：電流在單位時間內所做的功叫電功率。
物理意義：在物理學中，電功率表示電流做功的快慢，用字母p表示。電功率大的用電器只能說明它消耗電能快或電流做功快，并不表示電流做功的多少。
單位
電功率的單位是瓦特，簡稱瓦，符號是W，常用單位有千瓦(KW)、毫瓦(mW).
換算關關系：1KW=1000W、1W=1000mW。
額定電壓與額定功率
額定電壓：用電器正常工作時的電壓，標注在用電器銘牌上，常用U額表示。
額定功率：用電器在額定電壓下工作時的電功率，標注在用電器銘牌上，常用P額表示。
燈泡銘牌的意義：一只燈泡上標著“PZ220 25”，其中“PZ”表示該燈泡適用于普通照。
明，“220”表示該燈泡的額定電壓是220V，“25”表示該燈泡的額定功率是25W。
實際電壓與實際功率
實際電壓：用電器實際工作時的電壓，它可能與額定電壓相等，也可能不等，常用U實表示。
實際功率：用電器在實際電壓下工作時的電功率，用P實表示。
燈泡的亮度取決于實際功率的大小。無論額定電壓如何，額定功率如何，在燈泡沒有損壞的前提下，如果實際功率相等，則發光的亮度就相同。
實際功率和額定功率的關系
用電器兩端的電壓
電功率
用電器工作情況
U實=U額
P實=P額
正常工作
U實>U額
P實>P額
容易損壞
U實P實不能正常工作
額定功率與實際功率的區別與聯系
物理量
區別、聯系
額定功率
實際功率
區別
概念
在額定電壓下的功率
在實際電壓下的功率

是否變化
是確定的、唯一的，不隨實際工作電壓的改變而變化
是不確定的，隨兩端所加電壓的改變而變化。
聯系
當用電器兩端的實際電壓等于額定電壓時，用電器的實際功率等于額定功率。
3 電功率和電功的計算
電功率的計算計算
公式:P=Wt=UI
P表示電功率，單位是W；U表示某段電路兩端的電壓，單位是V；I表示這段電路中的電流，單位是A。
導出式：P=I2R，P=U2R(此兩式只適用于純電阻電路)。
伏安法測小燈泡的功率
2352675-1270原理:P=UI。
電路圖如圖所示
選擇和連接實物電路時
需注意：滑動變阻器調到
最大值處，選用合適的電
源、電流表、電壓表。
滑動變阻器的作用：一是保護電路，二是控制小燈泡兩端的電壓。
電功的計算
公式：W=Pt=UIt.
W表示電功，單位是J；P表示電功率，單位是W；U表示電壓，單位是V；I表示電流，單位是A；t表示時間，單位是s。
導出式：W=U2Rt(只適用于純電阻電路)
4 常用電熱器
電流的熱效應
電流通過導體時，導體的溫度會升高，這種現象叫電流的熱效應。
電熱器
定義：電熱器是利用電來加熱的設備。
原理：電熱器是利用電流的熱效應工作的。
組成：電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體是由電阻率大，熔點高的合金絲繞在絕緣材料上制成的。
5 電熱的計算
實驗：研究電熱跟哪些因素有關。
實驗方法：控制變量法和轉換法。
結論：
a在電流和電阻相同的情況下，通電時間越長，產生的熱量越多。
b在電流、通電時間相同的情況下，電阻越大，產生的熱量越多。
c在通電時間、電阻相同的情況下，電流越大，產生的熱量越多。
焦耳定律
內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。
公式：Q=I2Rt。
適用范圍：無論是純電阻元件還是非純電阻元件，任何電阻不為零的用電器，都可以用焦耳定律計算它產生的電熱。
電熱Q與電能W的關系
a 純電阻電路中，Q=W。因為純電阻電路將電能全部轉化為內能，所以產生的電熱與消耗的電能相等。
b非純電阻電路，Q練習題
1.如圖所示的電路，電源電壓保持不變，電阻R1、R2的阻值分別為10Ω和5Ω，只閉合開關S1 ， 將滑片P移到中點，電壓表示數為6V，電阻R1的功率為P1；閉合開關S1、S2 ， 將滑片P移到最左端，電阻R2的功率為P2 ， 若P1：P2=1：18。則下列說法正確的是（??? ）

A.?電源電壓為18V???????????????????????????????????????????????????B.?滑動變阻器的最大電阻為20Ω
C.?電路的最大功率為24.3W????????????????????????????????????D.?電路的最小功率為2.7W
2..圖甲中的A、B分別為小燈泡和定值電阻的I/U圖像，現將小燈泡和定值電阻連接成如圖乙、丙所示電路，電源電壓8V，下列說法不正確的是（ ???）

A.?小燈泡電阻隨溫度的變化而變化?????????????????????????B.?圖乙小燈泡的實際電功率為4W
C.?由圖甲可知定值電阻的阻值為20Ω??????????????????????D.?圖丙電路中電流表示數為0.9A
3..如圖所示，甲、乙是兩個演示實驗的示意圖，丙、丁是四沖程汽油機工作過程中的兩個沖程示意圖。下列說法正確的是(??? )
A.?丙圖所示的是做功沖程，其工作原理如甲圖所示的實驗
B.?丙圖所示的是壓縮沖程，其工作原理如乙圖所示的實驗
C.?丁圖所示的是壓縮沖程，其工作原理如甲圖所示的實驗
D.?丁圖所示的是做功沖程，其工作原理如乙圖所示的實驗
4.如圖所示電路中，電源電壓不變，燈L上標有“6V3W”的字樣(燈絲電阻不變)，導體ab為均勻電阻，電壓表所選量程為0?3V，電流表所選量程為0?3A.當開關S閉合，滑片P移到a端時，燈L正常發光;當開關S斷開，滑片P移到距a端2/5ab長度時，電壓表示數為2V.在保證電路安全的條件下，下列說法中正確的是( ???)

A.?電源電壓為8V?????????????????????????????????????????????????????B.?導體ab的最大阻值為10Ω
C.?當S斷開時，導體ab阻值的取值范圍0?15Ω???????D.?當S斷開時，導體ab消耗的最大功率為0.75W
5.如圖，某建筑工地用電動機和滑輪組把建筑材料從地面提升到工作平臺上。已知建筑材料的質量m=360kg，用t=20s的時間把建筑材料勻速提升了h=4m，滑輪組的機械效率為90%，g取10N/kg，電動機正常工作的電壓U=220V，通過的電流I=4A。求這段時間內：

（1）克服建筑材料重力所做的功W。
（2）電動機對繩子的拉力F。
（3）電動機拉繩子的功率P。
（4）電動機線圈的電阻R。
6.電動牙刷越來越受到消費者的青睞。電動牙刷工作時能深入牙齒清潔牙縫，刷毛的顫動能促進口腔的血液循環，對牙齦組織有按摩效果。下表為某電動牙刷參數。
?
輸入電壓（V）
220
輸入功率
4.4W
輸出電壓（V）
3
輸出功率
2W
電池容量（mAh）
600
充滿時間（h）
12小時以上
（1）充電時，只需將牙刷放在通電的底座即可感應充電，牙刷和底座之間既沒有用線連接也沒有金屬接點，安全又方便。其充電原理是________。
（2）當牙刷正常工作時，求電流大小?(保留小數點后兩位)
（3）根據表中信息，將已經耗完電能的電池充滿，理論上需要多 少時間?
（4）無論用哪種牙刷，刷牙都需要掌握正確的刷牙方法，關于刷牙下列說法正確的有（?? ） ?
A.?每次刷牙時間約3分鐘左右??????????????????????????????????B.?來回拉動牙刷，幅度不超過一個牙位
C.?刷牙時動作要用力??????????????????????????????????????????????D.?3個月更換一次牙刷
答案解析：
1.【解答】只閉合開關S1 ， 將滑片P移到中點時，等效電路圖如下圖甲所示：
電壓表示數為6V，電阻R1的功率為P1；
閉合開關S1、S2 ， 將滑片移到最左端時，等效電路圖如上圖乙所示，電阻R2的功率為P2；
設電源電壓為U，根據P=UI= U2R ，
在圖甲中R1的功率：
P1= U12R1 = (U-U表)2R1 = (U-6U)210Ω ①；
在圖乙中，電阻R2的功率為：
P2= U2R2 = U25Ω ②；
由題知P1：P2=1：18③；
聯立①②③解得U=4.5V（不合題意，舍去）或U=9V，
故電源電壓為9V，A錯誤。
在圖甲中，根據串聯電路的規律和歐姆定律，通過R1的電流即電路中的電流：
I=I1= U-U表R1 = 9V-6V10Ω =0.3A，由歐姆定律得，滑動變阻器的最大電阻：
R滑=2× U表I =2× 6V0.3A =40Ω，故B錯誤。
根據并聯電阻小于其中任一電阻，串聯電阻大于其中任一電阻，當R1、R2并聯，即閉合開關S1、S2 ， 將滑片移到最左端時，電路的總電阻最小，根據P=UI= U2R ，電路的總功率最大，此時等效電路圖如上圖乙所示。
并聯的電阻：R并= R1R2R1+R2 = 10Ω×5Ω10Ω+5Ω = 103Ω ，
電路的最大功率：P大= U2R并 = (9V)2103Ω =24.3W，C正確。
因R1>R2 ， 故當R1與滑動變阻器最大電阻串聯時，即只閉合開關S2 ， 將滑片P移到最右端時，電路的總電阻最大，為Rm=10Ω+40Ω=50Ω，
此時電路的功率最小，為P小= U2R串 = (9V)250Ω =1.62W，D錯誤。
故答案為：C
2.【解答】A.定值電阻的電流與電壓成正比，它的圖像為一條通過坐標原點的斜線，因此B為R的圖像，A為燈泡的圖像。由于燈泡的圖像為曲線，所以燈泡的電阻隨溫度的變化而變化，故A正確不合題意；
B.乙圖中，燈泡和電阻R串聯；根據甲圖可知，當電流為0.3A時，燈泡的電壓為2V，R的電壓為6V，此時二者相加等于電源電壓，那么此時燈泡的實際功率為：P=UI=2V×0.3A=0.6W，故B錯誤符合題意；
C.根據圖B可知，定值電阻的阻值為：R=UI=8V0.4A=20Ω ， 故C正確不合題意；
D.圖丙中，燈泡與R并聯；根據甲圖可知，當電壓為8V時，通過燈泡的電流0.5A，通過R的電流0.4A，因此電流表的示數為：I總=IL+I=0.5A+0.4A=0.9A，故D正確不合題意。
故選B。
3.【解答】甲：向下迅速推動活塞，壓縮空氣做功，將機械能轉化為內能，從而使棉花點燃；
乙：水蒸氣將瓶塞推出，將水蒸氣的內能轉化為塞子的機械能；
丙：兩個氣門關閉，活塞向上運動，為壓縮沖程，將機械能轉化為內能；
丁：兩個氣門關閉，活塞向下運動，為做功沖程，將內能轉化為機械能。
因此丙圖和甲圖對應，丁圖與乙圖對應。
故D正確，而A、B、C錯誤。
故選D。
4.【解答】A.當開關S閉合且滑片P在a端時，燈泡L與滑動變阻器R并聯，燈泡正常發光，
根據并聯電路的電壓規律可知，此時電源電壓U總=UL；
因為燈L上標有“6V 3W”字樣，且燈泡正常發光，
所以電源的電壓為6V，故A錯誤；
B.當開關S斷開、滑動變阻器的滑片P移到距a端 25ab長度時，
燈泡與滑動變阻器串聯，電壓表測變阻器滑片以左部分電阻絲Pa部分的電壓；
此時燈泡兩端電壓：UL=U-U表=6V-2V=4V；
燈泡的電阻：RL=UL2PL=(6V)23W=12Ω；
根據串聯電路電壓與電阻成正比得到：U變UL=R變RL；
2V4V=25R滑12Ω；
解得：R滑=15Ω，故B錯誤；
C.當開關S斷開、小燈泡與滑動變阻器R串聯，
那么燈泡兩端的最大電壓為6V；
因為電壓表的量程為0~3V，
所以燈泡兩端的最小電壓為：UL=6V-3V=3V；
二者比較可以燈泡電壓的變化范圍為3V~6V；
根據公式IL=ULRL可知，燈泡電流的變化范圍為：0.25A~0.5A；
因為電流表的量程為0~0.6A；
因此二者比較通過電路的電流范圍為0.25A~0.5A；
當電流為0.25A時，最大總電阻為：R大總= U總 I小=6V0.25A=24Ω；
此時變阻器接入的最大阻值為：R大=R大總-RL=24Ω-12Ω=12Ω；
當電流最大為0.5A時，最小總電阻為：R小總= U總 I大=6V0.5A=12Ω；
此時變阻器的最小電阻為：R小=R小總-RL=12Ω-12Ω=0Ω；
那么滑動變阻器的范圍為0-12Ω，故C錯誤；
D.當S斷開時，滑動變阻器消耗的電功率：PR=I2R=（U RL+R）2R= U2 (RL-R)2R +4RL ，
那么當R=RL=12Ω時，滑動變阻器消耗的電功率最大，
即滑動變阻器的最大功率：P滑大=U24RL = (6V)24×12Ω =0.75W ， 故D正確。
故選D。
5.【答案】 （1）建筑材料的重力：G=mg=360kg×10N/kg=3600N
由則克服建筑材料重力所做的功：W=Gh=3600N×4m=14400
（2）由圖知滑輪組n=2，則拉力端移動距離s=2h
由η= W有用W總 ×100%= GhFs ×100%可得，電動機對繩子的拉力F= Ghηs = Gh2ηh = 3600N2×90% =2000N
（3）電動機拉繩子的功率：P= W總t = Fst = F2ht = 2000N×2×4m20s =800W
（4）電動機產生的熱量
Q=W電-W總=UIt-F2h=220V×4A×20s-2000N×2×4m=17600J-16000J=1600J
根據焦耳定律Q=I2Rt可得，電動機線圈的電阻
R= QI2t = 1600J(4A)2×20s =5Ω
6.【解答】
（1）從題目中所給信息可知，將牙刷放在底座上就可以感應充電，它充電的原理是電磁感應；
（2）工作時電流為I，P=UI，則I=PU=2W3V≈0.67A；
（3）充電時，電流為I，根據P=UI可得：I=PU=4.4W220V=0.02A；
因為600mAh=It，所以t=600mAhI=0.6Ah0.02A=30h；
（4）在刷牙時，每次刷牙的時間約為3分鐘左右為宜；來回拉動牙刷，幅度不超過一個牙位，刷牙時動作不要太用力；每3個月左右換一個牙刷，故ABD正確，故選ABD；
故答案為：（1）電磁感應；（2）工作時電流為I，P=UI，則I=PU=2W3V≈0.67A；
（3）充電時，電流為I，根據P=UI可得：I=PU=4.4W220V=0.02A；
因為600mAh=It，所以t=600mAhI=0.6Ah0.02A=30h；
（4）ABD。

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