[說明] 物體在任何情況下都有內(nèi)能,無論是高溫的鐵水,還是寒冷的冰塊,內(nèi)能均不為零。
2.內(nèi)能改變的外部表現(xiàn)　　物體溫度升高(降低)——物體內(nèi)能增大(減小);物體的存在狀態(tài)改變(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))——內(nèi)能改變。
3.改變內(nèi)能的兩種方法
[注意] (1)外界對物體做功,物體內(nèi)能增加;物體對外界做功,物體內(nèi)能減少。(2)熱量是過程量,不能說“具有”或“含有”熱量,更不能說“比較”兩物體熱量的多少,只能說物體“吸收”或“放出”了熱量。(3)熱傳遞過程中傳遞的是內(nèi)能(熱量),而不是溫度。?
考點(diǎn)二　比熱容及其應(yīng)用
4.2×103 J/( kg·℃)
[點(diǎn)撥] 比熱容是物質(zhì)的一種物理屬性,與物質(zhì)的質(zhì)量大小、溫度高低及吸收或放出熱量的多少均無關(guān);不同物質(zhì)的比熱容一般不同;同一種物質(zhì),比熱容與狀態(tài)有關(guān)。
1.吸、放熱公式(1)吸熱公式:Q吸=　　　　　　。?(2)放熱公式:Q放=　　　　　　。?
[點(diǎn)撥] 熱量計(jì)算中溫度變化的給出一般有兩種情況:一是給出物體的初溫和末溫,在這類問題中,要找準(zhǔn)初溫t0和末溫t,切不可張冠李戴;二是直接給出物體的溫度變化量。審題時(shí)注意區(qū)別“升高”“升高了”與“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。
[點(diǎn)撥] 關(guān)于熱值的理解:熱值反映的是物質(zhì)的一種燃燒特性,它只與燃料的種類有關(guān),與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒等均無關(guān)。
1.工作原理　　熱機(jī)工作時(shí)將　　　能轉(zhuǎn)化為　　　能。?
2.四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)
[點(diǎn)撥] 一氣門打開,上排下吸氣;兩氣門關(guān)閉,上壓下做功。
探究一　內(nèi)能及其改變方式
例1 如圖17-1所示,對于圖中所述的物理過程,下列分析正確的是(　　)A.圖甲,瓶子內(nèi)的空氣推動塞子跳起時(shí),空氣的內(nèi)能增大B.圖乙,試管內(nèi)的水蒸氣推動塞子沖出時(shí),水蒸氣的內(nèi)能減少C.圖丙,汽缸內(nèi)的氣體推動活塞向下運(yùn)動時(shí),氣體的內(nèi)能增大D.圖丁,小蒸汽輪機(jī)是利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能來工作的?
[解析] 圖甲中瓶子內(nèi)的空氣推動塞子跳起時(shí),空氣對塞子做功,空氣的內(nèi)能減小,故A錯(cuò)誤;圖乙中,試管內(nèi)的水蒸氣推動塞子沖出時(shí),水蒸氣對塞子做功,水蒸氣的內(nèi)能減少,溫度降低,故B正確;圖丙中,汽缸內(nèi)的氣體推動活塞向下運(yùn)動時(shí),氣體對活塞做功,氣體的內(nèi)能減小,故C錯(cuò)誤;圖丁中,小蒸汽輪機(jī)是利用內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能來工作的,故D錯(cuò)誤。
【變式1】 [2018·連云港市灌南縣一模] 南極是世界上最冷的地方,常年平均氣溫是-25 ℃,下面是企鵝媽媽和小企鵝之間一次有趣的對話,其中正確的是(　　)A.小企鵝:媽媽,這么冷,我都沒有溫度了B.企鵝媽媽:不對,是沒有內(nèi)能C.小企鵝:冰天雪地的,可能連水蒸氣都沒有吧D.企鵝媽媽:呵呵,水蒸氣倒是肯定有,因?yàn)楸强梢陨A的啊
[解析] 溫度表示物體的冷熱程度,任何物體都有溫度,故A錯(cuò)誤;一切物體在任何狀態(tài)下都有內(nèi)能,故B錯(cuò)誤;無論氣溫多低,空氣中總是存在著水蒸氣的,氣溫低于冰的熔點(diǎn)時(shí),冰可以通過升華,直接由固態(tài)冰變?yōu)闅鈶B(tài)水蒸氣,故C錯(cuò)誤,D正確。
【規(guī)律總結(jié)】 (1)任何物體在任何情況下都具有內(nèi)能。(2)熱量是過程量,不能說“含有”或“具有”。(3)溫度不能說“傳遞”。
【變式2】 [2017·宿遷] 如圖17-3所示,在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放入一小團(tuán)干燥的棉花,用力將活塞迅速下壓,玻璃筒內(nèi)的空氣溫度升高,空氣的內(nèi)能　　　　(選填“增加”或“減少”),空氣的內(nèi)能是通過　　　　的方式改變的;筒內(nèi)的棉花由于溫度升高到達(dá)著火點(diǎn)而燃燒,棉花的內(nèi)能是通過　　　　的方式改變的。?
[解析] 用力將活塞迅速下壓,玻璃筒內(nèi)的空氣溫度升高,內(nèi)能增加,這是通過做功的方式改變內(nèi)能的;棉花被點(diǎn)燃,是通過熱傳遞的方式改變棉花的內(nèi)能。
[答案]增加　做功　熱傳遞
探究二　比熱容及其應(yīng)用
例2 [2018·徐州市二模] 小明購買了一只容積為1.6 L的電熱水壺,他往壺中裝滿了溫度為25 ℃的水,則水的質(zhì)量為　　　　kg,若把壺中的水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下加熱至沸騰,則水至少需要吸收　　　　J 的熱量。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]?
[解析] 水的體積V=1.6 L=1.6 dm3=1.6×10-3 m3,水的質(zhì)量m=ρV=1.0×103 kg/m3×1.6×10-3 m3=1.6 kg;標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100 ℃,則水吸收的熱量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
【變式1】 如圖17-4所示是冷水與熱水混合時(shí),溫度隨時(shí)間變化的圖像,假設(shè)在熱傳遞過程中沒有熱量損失,那么,由圖中所給的信息可知,冷水與熱水的質(zhì)量之比是　　　　,冷水吸收的熱量與熱水放出的熱量之比是　　　　。?
【變式2】 [2017·無錫] 用如圖17-5所示的裝置,先后加熱初溫、質(zhì)量均相同的水和煤油,比較兩種液體比熱容的大小,多次實(shí)驗(yàn)表明:要讓水和煤油升高相同的溫度,水需要的加熱時(shí)間更長。以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的操作及分析錯(cuò)誤的是(　　)A.水比煤油的比熱容大B.加熱時(shí)用玻璃棒不斷攪拌,是為了使水和煤油受熱均勻C.實(shí)驗(yàn)中可以不使用溫度計(jì),讓水和煤油都沸騰后再比較加熱時(shí)間D.相同質(zhì)量的水和煤油,若吸收相同熱量,煤油比水升高的溫度高
例3 [2018·南京市建鄴區(qū)一模] 煤氣的熱值為4.2×107 J/kg,表示的物理意義是　　　　　;它燃燒時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為　　能。完全燃燒100 g煤氣,可放出　　　　　　J的熱量;若這些熱量全部被水吸收,可使質(zhì)量為　　　　kg的水由20 ℃升高50 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]?
[答案] 每千克煤氣完全燃燒時(shí)釋放的熱量為4.2×107 J　內(nèi)　4.2×106　20
【變式1】 [2017·蘇州] 電火花發(fā)生器點(diǎn)燃塑料盒內(nèi)的酒精氣體能將盒蓋噴出很遠(yuǎn)(如圖17-6所示)。此過程中能量轉(zhuǎn)化方式與汽油機(jī)的　　　　沖程相類似。實(shí)驗(yàn)時(shí)在盒內(nèi)滴入2×10-4 kg酒精,這些酒精完全燃燒放出的熱量是　　　　J。(q酒精=3×107 J/kg)?
[解析] 電火花發(fā)生器點(diǎn)燃塑料盒內(nèi)的酒精氣體能將盒蓋噴出很遠(yuǎn),是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程,此過程中能量轉(zhuǎn)化方式與汽油機(jī)的做功沖程相類似;2×10-4 kg酒精完全燃燒放出的熱量Q放=q酒精m=3×107 J/kg×2×10-4 kg=6×103 J。
[答案]做功　6×103
【變式2】 [2018·無錫市一模] 如圖17-7所示,在比較不同燃料熱值的實(shí)驗(yàn)中,小明利用完全相同的兩套實(shí)驗(yàn)裝置,分別在燃燒皿中放入質(zhì)量相同的燃料甲和燃料乙,點(diǎn)燃后加熱質(zhì)量都為100 g、初溫都為20 ℃的水,加熱相同時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)燃料甲加熱后的水溫度為30 ℃,另一杯水溫為24 ℃。此時(shí)　　　　(選填“能”或“不能”)說明燃料甲的熱值較大,理由是　　　　　　　　　　　　　。?
[解析] 雖然在其他條件相同時(shí),甲燃料加熱后水的溫度升高得較快,即甲燃燒產(chǎn)生的熱量多,但相同時(shí)間內(nèi)兩種燃料燃燒的質(zhì)量無法比較,所以無法比較熱值的大小。
[答案]不能　相同時(shí)間內(nèi),不同燃料燃燒的質(zhì)量可能不相等
例4 下列關(guān)于熱機(jī)的說法中,正確的是(　　)A.通過技術(shù)改進(jìn),熱機(jī)效率可達(dá)100%B.做功沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.熱機(jī)常用水作冷卻劑,是因?yàn)樗姆悬c(diǎn)高D.火箭發(fā)動機(jī)屬于熱機(jī)
[解析] 熱機(jī)的效率可以提高,但由于存在摩擦,要做額外功,故熱機(jī)效率一定不會達(dá)到100%,故A錯(cuò)誤;做功沖程中的能量轉(zhuǎn)化是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,故B錯(cuò)誤;熱機(jī)常用水作冷卻劑,是因?yàn)樗谋葻崛荽?故C錯(cuò)誤;熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置,火箭發(fā)動機(jī)屬于熱機(jī),故D正確。
例5 [2018·鎮(zhèn)江市靖江區(qū)一模] 如圖17-8所示是熱機(jī)工作沖程中的　　　沖程,此沖程將　　　能轉(zhuǎn)化為　　　　能;熱機(jī)通常用水來作為冷卻劑,是利用了水的　　　　　　　的物理屬性。轉(zhuǎn)速為6000 r/min的熱機(jī),1 s對外做功　　　　次。?
[答案]壓縮　機(jī)械　內(nèi)　比熱容大　50[解析] 由題圖可知,此時(shí)兩氣門均關(guān)閉,活塞由下向上運(yùn)動,是壓縮沖程;此沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;用水來作冷卻劑,是利用了水的比熱容大的物理屬性;6000 r/min=100 r/s,即1 s轉(zhuǎn)100周,每轉(zhuǎn)兩周做功一次,因此1 s對外做功50次。
【變式】 有一臺汽油機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中消耗了5 g汽油,這些汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量是　　　　J,若這臺汽油機(jī)的效率為40%,則一個(gè)循環(huán)中輸出的有用機(jī)械能為　　　　　J。(汽油的熱值為4.6×107 J/kg)?
[答案]2.3×105　9.2×104[解析] 5 g汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量Q放=qm=4.6×107 J/kg×5×10-3 kg=2.3×105 J;一個(gè)工作循環(huán)中輸出的有用機(jī)械能W=ηQ放=40%×2.3×105 J=9.2×104 J。
基本實(shí)驗(yàn)1.如圖17-9所示,在空氣壓縮引火儀玻璃筒的底部放一小團(tuán)干燥的棉絮,用力將活塞迅速向下壓,棉絮燃燒起來。此實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是:對　　　　　(選填“棉絮”或“筒內(nèi)氣體”)做功,它的內(nèi)能會增加。其能量轉(zhuǎn)化情況與四沖程汽油機(jī)的　　　　沖程相同。實(shí)驗(yàn)中如果不放入棉絮,將活塞迅速向下壓,筒內(nèi)氣體溫度　　　　(選填“會”或“不會”)升高。?
2.如圖17-10所示,在透明塑料盒的底部鉆一個(gè)孔,把電子式火花發(fā)生器的放電針管緊緊地塞進(jìn)孔中,打開塑料盒蓋,向盒中滴入數(shù)滴酒精,再將盒蓋蓋緊,然后按動電火花發(fā)生器的按鈕。你觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?圖中情景演示的過程中能量轉(zhuǎn)化情況與四沖程汽油機(jī)工作過程中的　　　沖程相同,是將　　　能轉(zhuǎn)化為　　　　能。?
盒蓋被彈飛,塑料盒口有白霧出現(xiàn)
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)突破　探究不同物質(zhì)吸熱升溫的現(xiàn)象【實(shí)驗(yàn)梳理】
例[2017·臨沂] 小明用相同的酒精燈分別給水和煤油加熱(如圖17-11甲),以探究水和煤油的吸熱能力。(1)本實(shí)驗(yàn)需要用到天平這一測量工具,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)加熱10 min,水吸收的熱量　　　　(選填“大于”“小于”或“等于”)煤油吸收的熱量。?(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),小明作出了水和煤油的溫度隨加熱時(shí)間變化的圖像(如圖乙所示),由圖像可知,本實(shí)驗(yàn)中水的沸點(diǎn)是　　　　℃,煤油的比熱容是　　　　J/(kg·℃)。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]?(4)若本次實(shí)驗(yàn)共消耗酒精20 g,則這些酒精完全燃燒放出的熱量是　　　　J。(q酒精=3.0×107 J/kg)?
取相同質(zhì)量的水和煤油　
[解析] (3)由題圖乙可知質(zhì)量相等的水和煤油升高相同的溫度,水吸收的熱量是煤油的2倍,根據(jù)Q吸=cm(t-t0)可知,水的比熱容是煤油的2倍,則煤油的比熱容為2.1×103 J/(kg·℃)。

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