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文档简介
第第页2023年暑假预习学案人教版物理九年级第三讲:比热容进阶与内能的利用(无答案)2023暑假初三第三讲:比热容进阶与内能的利用
第一课时:比热容进阶
知识与方法清单
目标知识精讲
目标1:混合物体的比热容
由、两种或两种以上的物质组成的混合物,其比热容并不是简单的等于各组分比热容的平均值,混合物的比热容也应该用来计算。设由两种物质组成的混合物,其中一种物质质量为,比热容为;另一种物质质量为,比热容为。当混合物的温度升高(或降低)时,混合物吸收(或放出)的热量为,其中质量为的物质吸收热量为、质量为的物质吸收热量为,则有,即,解得。当混合物由种物质组成时,若质量分别为,,…,;对应的比热容分别为,,…,,则混合物的比热容为。
目标2:热平衡问题
两个温度不同的物体靠近时,会发生热传递。高温物体放出热量,温度降低,低温物体吸收热量,温度升高。当两者温度相同时,热传递停止,此时物体即处于热平衡状态。设高温物体的比热容为,质量为,初始温度为,低温物体的比热容为,质量为,初始温度为,当两者达到热平衡时,共同温度为,则可知。若不计能量损失,则高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,即,或,即是两个物体热交换时的平衡方程,解得t,若已测得的值,则可求得,因此可以用这种方法测物体的比热容。
方法技巧提炼
1.热平衡问题
(1)热平衡与混合物体比热容的计算都需要分析吸热与放热的关系
(2)找清楚在变化问题中温度的变化情况
精题精讲练
类型一:比热容计算过关
☆☆(2022秋涪城区校级期末)根据下表中的数据,下列说法正确的是()
物质铁铜水煤油
ρ/(kgm﹣3)7.9×1038.9×1031.0×1030.8×103
c/[J(kg℃)﹣1]0.46×1030.39×1034.2×1032.1×103
A.1kg铁温度升高l℃时,吸收的热量为0.46×102J
B.1kg铜温度升高l℃时,吸收的热量为0.39×103J/(kg℃)
C.煤油和水体积之比为2:l,吸收的热量之比为12:5,则升高的温度之比为3:1
D.初温、质量相同的铁块和铜块,吸收相同的热量后相接触,内能从铁块转移到铜块
☆☆☆(2022郫都区模拟)用相同的电加热器分别对质量相等的甲、乙两种液体加热,相同时间内电加热器产生的热量相同,不计热量损失,如图所示是甲、乙的温度随加热时间变化的图象,下列说法中正确的是()
A.沸腾前,升高相同温度,甲吸收的热量较少
B.8min之后,甲的温度不变,不再吸收热量
C.甲、乙两种液体的比热容之比为4:5
D.甲、乙两种液体的比热容之比为2:1
☆☆☆(2022秋崇阳县校级月考)“卡路里”简称“卡”,是热量的另一个单位,常用于营养计量中。“卡”是这样规定的:1卡等于在1个标准大气压下,1g水温度升高1℃所吸收的热量。
(1)1卡等于J;若一个成年人参加一次长跑,身体消耗的能量约8.4×105J,相当于消耗能量卡。
(2)若一个成年人参加一次长跑消耗的8.4×105J的能量全部被水吸收,可以使多少kg的水温度从20℃升高到70℃?
(3)质量为60kg的运动员在某次训练中排汗0.63kg,假如汗水均从身上蒸发掉面没有流掉,这将导致运动员的体温下降约多少℃?【人体主要成分是水,可认为人的比热容和水的相等,水的比热容为4.2×103J/(kg℃),每千克汗水汽化所需吸收的热量为2.4×105J。】
类型二:热平衡问题
★★★(2023秋重庆校级月考)如图甲所示,A、B是两个底部装有完全相同的加热器的容器,加热器产生的热量90%可以被容器中的液体吸收,已知加热器每秒钟放出热量1000J.现将甲、乙两种液体分别倒入A、B杯中,其中甲液体的质量为200g;让两个加热器同时开始工作,60s后停止加热,然后立即将比热容为0.2×103J/(kg℃)的合金球迅速放入乙液体中(从球放入到达到热平衡不计热损失),它们的温度随时间变化图象如图乙所示(部分图象未画出)。
(1)加热60s时,乙液体吸收的热量为多少;
(2)甲液体的比热容为多少;
(3)合金球的质量为多少?
★★★★(2023秋渝中区校级月考)把加热到100℃的某铁块投入m1克20℃的水中,混合温度为40℃;把加热到100℃的该铁块投入m2克20℃的水中,混合温度为60℃;如果把同样加热到100℃的该铁块投入(m1+m2)克40℃的水中,混合温度为()
A.50℃B.52℃C.48℃D.62℃
☆☆☆(2022秋昭阳区月考)现有甲、乙两个实心金属球,初温度、质量均分别为25℃和3kg,先把甲球放入盛有热水的杯中,热平衡后水温降低了30℃,把甲球取出,再将乙球放入杯中,热平衡后水又降低了30℃,不计热量损失,则甲球的比热c甲和乙球的比热c乙的大小关系是()
A.c甲>c乙B.c甲<c乙
C.c甲=c乙D.以上三种情况都有可能
☆☆☆☆(2023秋乌鲁木齐期末)将质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中,使得冷水温度升高了3℃,然后又向保温容器中倒入一小杯同质量同温度的热水,水温又上升了2.8℃.不计热量的损失,则可判断()
A.热水和冷水的温度差为87℃,m0:m=1:28
B.热水和冷水的温度差为69℃,m0:m=1:32
C.热水和冷水的温度差为54℃,m0:m=1:24
D.热水和冷水的温度差为48℃,m0:m=1:20
☆☆☆(2023秀山县模拟)为了使材料硬度增大,部分金属工件需要进行淬火处理,即将工件升温到较高温度保持一段时间后再快速冷却。某工厂用天然气处理炉对质量为40kg的钢工件进行淬火处理,耗用0.25m3天然气将工件从20℃加热到550℃,然后投入淬火池的水中迅速冷却,淬火池中的水温度为20℃,质量为460kg,已知天然气热值q=4.0×107J/m3,钢的比热容c钢=0.46×103J/(kg℃),水的比热容c水=4.2×103J/(kg℃),所耗用的天然气完全燃烧放出的热量J,钢工件与水开始达到热平衡的温度为℃。(不计热量损失)
类型三:混合物体比热容
★★★(多选)(2023邢台县模拟)水与酒精是我们日常生活中最常见的两种物质。下表列出了它们在标准大气压下的部分物料特征数据,请你参照这些特征分析:让质量及初温都相等的水和酒精冷却,待它们放出相等的热量后再倒在一起混合,下列判读那正确的是()
物质密度[kg/m3]比热容[J/(kg℃)]凝固点[℃]沸点[℃]
水1.0×1034.2×1030100
酒精0.8×1032.4×103﹣11778
A.在混合过程中,热将从酒精传递给水
B.均匀混合后,混合液的密度将比水的密度小些
C.均匀混合后,混合液的凝固点将比水的凝固点低些
D.均匀混合后,混合液的比热容将比水的比热容小些
☆☆☆☆(2023海门市校级自主招生)比热容是2.44×103焦/(千克℃)的酒精和水(4.19×103焦/千克℃)均匀混合后,比热容变成了2.94×103焦/(千克℃),则混合液中酒精和水质量之比是()
A.5:2B.2:5C.29:35D.29:50
第二课时:热值与热效率
知识与方法清单
目标知识精讲
目标1:热值
一:热值和热值的定义
如图,在用酒精和碎纸片给相同的水加热的过程中,相同时间内水升高的温度是不同的,也就说明不同的热源相同时间内放出的热量不同,为了表示这种特质的区别,我们引入热值这个物理量
(1)定义:单位的某物体燃烧放出的热量
(2)符号:单位,符号,读作
(3)公式:(固体燃料)(气体燃料)
(4)物理意义:反应燃料燃烧性能和储能本领大小
(5)特点:热值反映的是某种物质的一种燃烧特性,同时反映出不同燃料燃烧过程中,化学能转变成内能的本领大小,也就是说,它是燃料本身的一种特性,只与燃料的有关,与燃料的形态、质量、体积等均。
2.燃料种类:生活中常见的燃料有三种,固体燃料,液体燃料,气体燃料
三种燃料燃烧的过程中都是将能转化为能
目标2:热效率
1.在通常情况下,我们对燃料的利用率比较低,造成能量损失的主要原因有_________、_____________。
工作时,用来做____________的那部分热量与燃料燃烧____________之比叫燃烧的热效率。η=
推导公式:W有=ηW总W总=
2.不同情况下热效率的计算
类型一:热传递类型
燃料完全燃烧放出的是总热量Q总,如果是固体或液体燃料完全燃烧放热公式为Q=mq,气体燃料完全燃烧放热公式Q=Vq。
物质吸收热量,达到最终目的的热是有用热为Q有用,计算公式为Q=cmΔt。
那么,热机效率就为
类型二:做功类型
燃料完全燃烧放出的是总热量Q总,如果是固体或液体燃料完全燃烧放热公式为Q=mq,气体燃料完全燃烧放热公式Q=Vq。这些热量使物体做有用功,题干中要么告诉物体做匀速直线运动、阻力和距离,那么就可以通过二力平衡的知识知识F=f,求到W=Fs。要么告诉物体的额定功率和运动时间,那么就可以通过W=Pt求到。这里也要注意有时候距离和时间也不一定会直接告诉,而是告诉速度,那么就还要通过s=υt以及变形公式进行相关物理量的求解。
方法技巧提炼
1.热值的理解
(1)热值和状态是有关系的,判断中不要忘记这个因素
(2)比热容反应的是物质的储能的本领的大小
2.热效率的计算
(1)热效率始终小于1,永动机是不存在滴
(2)在计算效率时要分析清楚有用功总功分别代表什么
精题精讲练
类型一:热值的理解与计算
★(2023秋长寿区校级期中)关于q=的理解,下列说法中正确的是()
A.热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
B.若燃料燃烧不充分时,热值将减小
C.当燃料未燃烧时,其热值为零
D.某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
★★(2023苏州一模)如图所示,用完全相同的装置利用燃料加热液体。已知燃料的质量、烧杯内的液体质量、加热方式等均相同,不计热量损失,将燃料点燃直至燃尽,甲、乙、丙三套装置的烧杯中液体升高的温度随时间变化的图像如图丁所示,则下列说法错误的是()
A.选择甲、乙两图可比较不同燃料的热值
B.选择甲、丙两图可比较不同液体的比热容
C.液体a和液体b的比热容之比为1:2
D.燃料1和燃料2的热值之比为3:4
☆(2023历下区三模)据统计,济南中心城区公交车辆已实现100%新能源化。其中投入运营了60辆氢燃料电池公交车,节能减排效果明显。采用氢燃料除了可以减少碳和有害气体的排放之外,还因为氢燃料具有()
A.较大的热值B.较低的沸点
C.较小的密度D.较大的比热容
☆☆(2023固镇县一模)新农村建设中正大力推广使用瓶装液化气。如果每瓶中装入12kg液化气,液化气的热值取4.2×107J/kg,则每瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是J,若放出的热量全部被利用,则在标准大气压下可把kg的水从20℃加热至沸腾。【c水=4.2×103J/(kg℃)】
☆☆(2023秋汨罗市期末)汽车的散热器通常用水作冷却剂,是因为水的比热容,“可燃冰”作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力,同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,说明“可燃冰”的(选填“比热容”、“密度”或“热值”)大,以10倍的关系粗略计算,2kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量约为J。(q煤气=4.2×107J/kg)
类型二:热效率的计算
★★(2022春江津区期中)塔里木油田是我国累计产气最多的特大型整装优质气田区。该油田向我国东部地区输送天然气超过800亿立方米,惠泽我国14个省市自治区的80多个大中型城市3亿居民。
(1)从物理角度来看,则每输送50m3的天然气就相当于输送了多少焦的能量?(天然气的热值为8.4×107J/m3)。
(2)若50m3天然气完全燃烧放出的热量的80%被水吸收,水吸收了多少热量?
(3)吸收的这些热量可以使多少千克的水从20℃升高到100℃?[c水=4.2×103J/(kg℃)]
★★(2023南岸区校级开学)随着国民经济的发展,汽车已走进家庭。一辆小轿车以某一速度在平直路面上耗时0.125h匀速行驶10km,消耗汽油1L。若这些汽油完全燃烧放出的热量有30%用来驱动汽车做有用功,所用汽油的热值为4.6×107J/kg,密度为0.7×103kg/m3,求:
(1)汽车行驶的速度;
(2)这些汽油完全燃烧放出的热量;
(3)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力。
☆☆(2023春万州区月考)塔里木油田是我国累计产气最多的特大型整装优质气田区。该油田向我国东部地区输送天然气超过800亿立方米,惠泽我国14个省市自治区的80多个大中型城市3亿居民。
(1)从物理角度来看,则每输送100m3的天然气就相当于输送了多少焦的能量?(天然气的热值为8.3×107J/m3)。
(2)若100m3的天然气完全燃烧放出的热量的80%被水吸收,可以使多少千克的水从20℃升高到100℃?[c水=4.2×103J/(kg℃)]
☆☆☆(2023秋重庆期中)氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点,被认为是21世纪最理想的能源。新型氢燃料公交车已在部分城市投入使用。求:(c水=4.2×103J/(kg℃),q氢=1.4×108J/kg)
(1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量;
(2)若这些热量的80%全部被质量为200kg,温度为10℃的水吸收,则水升高的温度;
(3)新型氢燃料公交车发动机的热效率为50%,若公交车以42kW的恒定功率做匀速行驶,完全燃烧0.6kg的氢燃料能让该公交车匀速行驶多长时间?
☆☆☆☆(2023莲湖区三模)如图所示是一个容积为50L的电辅助太阳能热水器(以下简称热水器)。在光照条件不好时,可用电加热器加热,温度达到预设温度时会自动切换到保温状态,为了防止触电,热水器在向外供水过程中会自动断电。某日因天气原因,太阳辐射能为E=1.75×106J/(hm2)(每小时每平方米辐射的热量),太阳能只将水由20℃加热到了30℃,此时开启电加热器,将水加热到预设温度70℃。已知太阳能板的面积为2m2,水吸收太阳能的效率为60%,水的比热容为4.2×103J/(kg℃)。供水过程中不计热量损失,请根据以上条件分析计算:
(1)水吸收太阳能的多少。
(2)太阳能板当天接收太阳能的时间。
(3)在热水器向外供水时,通过控制冷、热水阀使热水器内的热水与20℃的冷水混合,已知人在淋浴时适宜的水温为40℃,每个人淋浴用水均为30L,假设热水器内70℃的热水能全部用完,则能满足几个人的淋浴用水?
☆☆☆(2023秋垫江县校级月考)油电混合动力汽车是新型节能汽车之一,这种汽车启动或低速行驶时汽油机不工作,采用纯电驱动模式:当汽车高速行驶或动力蓄电池组储存电能过低时,采用纯燃油驱动模式,此时汽油机在向车轮输送能盘的同时也给动力蓄电池组充电。某型号混合动力汽车如图甲所示,该型号车的电池容量为W=1.44×108J(电池容量指蓄电池储存的最大电能),行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示。已知汽油热值为4.6×107J/kg,求:
(1)汽油机消耗1kg汽油时,1kg汽油完全燃烧放出的热量;
(2)汽车在平直路面以70km/h匀速行驶10km的过程中,牵引力做了多少J的功?
(3)汽车动力蓄电池组储存电能过低时继续在平直公路上匀速行驶。若该过程汽油机消耗1kg汽油,汽车克服阻力做功为1.58×107J,同时蓄电池组的电能增加了电池容量的5%,则汽油机的效率。
思维导图记忆宫殿构建
大展身手
1.基础练
一.选择题(共2小题)
1.(2023秋大足县校级月考)关于燃料的热值,以下说法正确的是?()
A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关?
B.容易燃烧的燃料,热值一定大?
C.煤的热值比干木柴大,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.0.5g汽油和2kg汽油,它们的热值是一样的?
2(2023秋益阳月考)甲、乙两液体的密度比为ρ甲:ρ乙=5:4,体积比为V甲:V乙=2:3,比热容比为c甲:c乙=1:2,且它们的初温不等。现将它们混和(不发生化学反应),不计混和过程中的热损失,达到热平衡后液体温度相对各自初温变化量的绝对值分别为△t甲和△t乙,则△t甲:△t乙为()
A.16:15B.15:16C.12:5D.5:12
二.填空题(共4小题)
3.(2023秋南岸区校级期中)现有完全相同的两高温金属球甲和乙,先将甲投入一杯冷水中,热平衡后水的温度升高了8℃;迅速取出甲球,再将乙球投入这一杯水中,热平衡后又使水的温度升高了6℃.若开始时是将两高温金属球甲和乙一起投入最初的冷水中,不计水的质量变化、状态变化和热量损失,热平衡后会使水的温度升高℃。
4.(2023秋垫江县校级月考)在两个相同的杯子内盛有质量相等的热水和冷水。若将一半热水倒入冷水杯内,冷水杯内的冷水温度升高7℃,倒入的热水温度变化了℃;若将热水杯内的热水倒入冷水杯内,冷水杯内的水温会升高℃。(不计热损失)
5.(2023秋永川区期末)小明用天然气灶将初温为20℃,质量为2kg的水加热到100℃,这是通过的方式使水的内能增加,如果天然气完全燃烧放出的热量有80%被水吸收,则至少需要完全燃烧m3的天然气[水的比热容为4.2×103J/(kg℃),天然气的热值为4.2×107J/m3]。
6.(2023秋开州区期末)为了使材料硬度增大,部分金属工件需要进行淬火处理,即将工件升温到较高温度保持一段时间后再快速冷却。某工厂用天然气处理炉对质量为40kg的钢工件进行淬火处理,耗用0.25m3天然气将工件从20℃加热到550℃,然后投入淬火池的水中迅速冷却,淬火池中的水温度为20℃,质量为460kg,已知天然气热值q=4.0×107J/m3,钢的比热容c钢=0.46×103J/(kg℃),水的比热容c水=4.2×103J/(kg℃),所耗用的天然气完全燃烧放出的热量J,钢工件与水开始达到热平衡的温度为℃。(不计热量损失
7.(2023秋重庆期中)某家庭用的燃气热水器,将20kg的水从10℃加热到60℃,完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg℃),煤气的热值为4×107J/m3.试求:
(1)煤气完全燃烧放出的热量是多少?
(2)水吸收的热量是多少?该热水器烧水的效率是多少?
(3)如果完全燃烧0.21m3天然气放出的热量的70%用来对小轿车做功,以1000N的
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