第15讲物体的内能（原卷版）

第15讲物体的内能【衔接导入】史蒂芬孙与蒸汽机车史蒂芬孙是一位煤矿工人的儿子，从小熟悉矿井里用来抽水的蒸汽机，后来立志从事交通工具的发明创造。1814年，他研制的第一辆蒸汽机车“布拉策号”（以普鲁士将军布拉策的名字命名，他曾经帮助英国打击拿破仑军队）试运行成功。1825年9月27日，史蒂芬孙亲自驾驶他同别人合作设计制造的“旅行者号”蒸汽机车在新铺设的铁路上试车，并获得成功。蒸汽机在交通运输业中的应用，使人类迈入了“火车时代”，迅速的扩大了人类的活动范围。1814年史蒂芬逊在试运行“布拉策号”机车时，虽然取得了成功，但也暴露出许多问题，如噪音太大，振动强烈，蒸汽机随时都有爆炸的可能。火车开动时，浓烟滚滚，车轮摩擦铁轨时火星四溅；坐在车上的人则满面烟尘，被颠得筋疲力尽。蒸汽机冒出的火焰把附近的树木都烧焦了。但是，史蒂芬孙没有气馁，而是不断进行改进。他在车厢下面加装了减震的弹簧，用熟铁代替生铁作铁轨的材料，在枕木下加铺了小石子，增加车头和车厢的车轮数量，把蒸汽机安装在车头以减少发生危险时的损害等。到1825年史蒂芬孙试运行“旅行者号”机车时，情况已经有了相当大的改善。“旅行者号”牵引着6节煤车、20节挤满乘客的车厢，载重达90吨，时速15英里。这一壮观场面吸引了众多的人前来观看。铁路两旁人山人海；还有人骑着马，打着红旗走在火车前面开道。随着火车的一声鸣叫，它向全世界宣告了铁路时代的到来。1829年，史蒂芬孙试制成功了更为先进的“火箭号”机车。【知识新授】一、物体的内能1．内能的定义物体内部所有分子做__无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。2．影响内能大小的因素物体的内能与___温度_____有关。同一个物体，温度越高，分子的热运动越剧烈，它具有的内能就越大。物体的内能还受___质量_____、材料、状态等因素的影响。二、改变物体内能的两种方法1．做功可以改变内能外界对物体做功，物体的内能__变大___；物体对外做功，物体的内能会_减小__。通过做功改变物体的内能，实质上是其他形式的能与物体内能相互转化。2．热传递可以改变内能热传递改变物体的内能实质上是内能从_高温___物体传递到_低温__物体或者从同一物体的高温部分传递到低温部分。在热传递过程中传递的能量的多少叫做热量。热传递发生的条件是物体之间存在__温差。三、热量的计算1．物体温度升高时吸收的热量Q吸＝_cm(t－t0)___。2．物体温度降低时放出的热量Q放＝cm(t0－t)。c为物质的_比热容__。比热容是指单位质量的某种物质温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量。其中，c为物质的比热容，m为物体的质量，t0是初温，t是末温。如果用Δt表示升高或降低的温度，即用Δt表示t－t0或t0－t，那么物体吸收或放出的热量可以写成Q＝cmΔt。四、热机1．热机(1)定义：把__化学能_转化为机械能的机器。(2)原理：eq\x(化学能)eq\o(→,\s\up7(燃料燃烧))eq\x()eq\o(→,\s\up7(做功))eq\x(机械能)2．热机的种类热机eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(蒸汽机,内燃机\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(汽油机,柴油机)),汽轮机、喷气发动机))3．热机的四个过程：吸气、_压缩___、_做功__排气。4．热机曲轴转动两圈对外做功一次。五、燃料的热值1．燃料燃烧时能量的转化燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为__内能___，也就是通常所说的释放出热量。2．燃料的热值1kg某种燃料__完全__燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的__热值___，单位是J/kg，气体燃料的热值单位通常用J/m3。Q=mq热值的意义是表示单位质量的燃料在完全燃烧时所放出热量的多少。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。【例题分析】例1．下列关于内能、热量、温度和做功的说法中不正确的是（）A．某铁块温度降低，内能一定减小 B．温度高的物体把温度传给温度低的物体 C．物体吸热，温度不一定升高 D．一个物体温度升高，可能是外界对物体做功例2．关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（内放发热包）（）A．0℃的冰不会释放热量 B．水沸腾时继续吸热，温度保持不变，内能增加 C．物体的温度越低，所含的热量越多 D．物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变例3．将冰块放在泡沫箱中可制成简易“冰箱”，把一瓶饮料放入“冰箱”后，冰块和饮料的温度随时间变化的曲线如图所示，在两物体温度达到相同之前，下列说法正确的是（）A．甲是冰块 B．乙吸收热量 C．甲内能增加 D．乙内能减少例4．在试管中装适量的水，试管口用塞子塞住，用酒精灯对试管加热，如图所示。加热一段时间后，塞子冲出去了，则（）A．加热过程中，酒精的化学能全部转化为水的内能 B．塞子冲出前，试管内气体内能是通过做功的方式增大的 C．塞子冲出时，试管内气体温度不变 D．塞子冲出时，塞子增加的机械能是由试管内气体内能转化的例5．爆米花是将玉米放入铁锅内，边加热边翻动一段时间后，“砰”的一声变成了玉米花。下列说法正确的是（）A．玉米粒主要通过翻动铁锅对其做功，使其内能增加 B．玉米粒主要通过与铁锅间的热传递，使其内能增加 C．玉米粒内水分受热膨胀对粒壳做功爆开，内能不变 D．玉米粒内水分受热膨胀对粒壳做功爆开，内能增加例6．如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。（1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过的方式改变水的内能。（2）当铜管向右喷蒸汽时“船体”获得喷出的蒸汽对其向左的推力，这说明了。例7．本学期我区实验调研展示活动中，老师展示如图实验：（1）如图甲，将自行车气门芯取下后固定在橡皮塞上，在矿泉水瓶中加少量的水后，塞紧橡皮塞，气筒打气五六下后就能看到橡皮塞喷出，同时看见瓶内出现了大量的“白雾”如图乙。用热学知识解释橡皮塞跳出，同时瓶内出现“白雾”的现象。（2）第二步，老师将图乙充满“白雾”的瓶子重新塞紧橡皮塞，再压下气筒柄四次后看到“白雾”消失。此时瓶内气体温度变化（填升高、降低、不变）。例8．在一试管里装入质量为100克的干燥沙子，用软木塞把管口封住，在塞中间插入温度计，测得此时沙的温度为20℃，然后用手指捏住试管上都上下晃动。过了一会儿，发现温度计的示数变为23℃．（沙子的比热容c＝0.92×103J/（Kg•℃））（1）沙子的内能是通过的方式增加的。（2）如果试管内放的是同样质量的水，用同样的方式同样的幅度晃动试管同等时间，试管内水温会是23℃（选填“小于”、“大于”或“等于”）。【巩固提高】一．选择题（共9小题）1．下列是小金同学对某些生活现象的理解，正确的是（）A．液体很难被压缩，说明液体分子间只有斥力 B．水和酒精混合后的总体积小于水和酒精的体积之和，说明分子间有空隙 C．春天柳絮飞扬，说明分子在做无规则运动 D．变瘪了的乒乓球放在热水中鼓起，说明分子的体积变大2．礼花喷射器结构如图，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸筒相连。使用时转动纸筒打开气阀，气体将纸筒内的礼花快速喷向远处。对该过程的分析正确的是（）A．气罐内壁温度降低 B．罐内气体的内能增加 C．罐内气体通过热传递方式改变了其内能 D．该过程能量转化方式与汽油机压缩冲程相同3．水具有比热容大的性质，下列现象与此性质无关的是（）A．用水冷却汽车发动机 B．沿海地区昼夜温差比内陆地区小 C．夏天在室内地面上洒水降温 D．冬天的暖气设备用热水来供暖4．夏季在海边，由于水和砂石的比热容不同，常能够形成海风或者陆风。海风指从海上吹向陆地的风，反之为陆风。如图是某地空气流动情况，据此判断此时为（）A．白天，形成的是海风 B．晚上，形成的是海风 C．白天，形成的是陆风 D．晚上，形成的是陆风5．两个相同的容器分别装有质量相同的甲、乙两种液体。用同一热源分别加热，液体温度与加热时间关系如图所示。下列说法正确的是（）A．甲液体的比热容大于乙液体的比热容 B．如果升高相同的温度，两液体吸收的热量相同 C．加热相同的时间，甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量 D．加热相同的时间，甲液体温度升高的比乙液体温度升高的多6．截止2021年底，中国高铁里程数达3.96万公里，动力足、速度快，是中国展现给全世界的一张金名片。某列高铁在牵引电动机（功率不变）的作用下，经有坡度的引桥行驶上水平的高架轨道，都匀速前进。以下分析正确的是（）A．牵引电动机可将电能完全转化为机械能 B．该列高铁行驶在引桥上和高架轨道上所需摩擦力相同 C．行驶在高架轨道上的高铁只具有重力势能 D．该列高铁由引桥驶上高架轨道后机械能变大7．如图是生活中常用的热水瓶。当注入一定量的热水后，立即盖上木塞，木塞会跳起来。其工作原理与汽油机的下列工作过程示意图所示原理一致的是（）A． B． C． D．8．油电混合动力汽车是指同时装备两种动力源﹣﹣热动力源（传统的汽油机或者柴油机）与电动力源（电池与电动机）的汽车。混合动力汽车的发动机要使用燃油，在起步、加速时，由于有电动机的辅助，所以可以降低油耗。以下说法不正确的是（）A．汽油机和柴油机都属于内燃机 B．当油电混合动力汽车的电动机工作时，将电能转化为机械能 C．汽油机的做功冲程将内能转化为机械能 D．上述汽油机的工作原理示意图中③为压缩冲程9．在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程二．填空题（共2小题）10．2021年9月17日，神舟十二号搭载三名航天员并在轨道运行3个月后，平安降落在东风着陆场预定区域。如图所示是返回舱落入大气层时，与空气剧烈摩擦的情形，返回舱表面温度升高，这是通过的方式改变物体内能。返回加速下落的过程中，它的机械能（选填“增大”、“减小”或“不变”）。11．中国古代玩具“饮水鸟”曾经让大科学家爱因斯坦也惊叹不已。饮水鸟内装有乙醚液体，鸟头四周包有棉花，平时如甲图，鸟身略向前倾，上球和下球空间中充满乙醚的饱和蒸汽，当给鸟的嘴滴上水后，水分蒸发吸热，使上球乙醚蒸汽温度下降，气压减小，小于下球乙醚饱和蒸汽的气压，使下球的乙醚被压倒上球，于是整个鸟的重心上移，形成如图乙的状态，鸟嘴“喝水”，同时上、下球中的乙醚蒸汽联通混合，气压趋于一致，上球中的乙醚由于重力又回流到下球，饮水鸟的姿态又回到图甲的状态，如此循环往复。根据以上分析，“饮水鸟”可以看成（填写一种机械装置的名称），“饮水鸟”获得的机械能是由空气的能转化而来的。“饮水鸟”被称为第二类永动机，所以在能量转化过程中能量转化与守恒定律（填“符合”或“不符合”）。三．实验探究题（共3小题）12．为了比较水和煤油的比热容大小，小金采用如图所示的两个完全相同的仪器做实验，它们使用相同的电源给加热件供电加热。（1）物质传导热量的性能称为导热性，导热性越好，则热量在该物质中传递越容易。本实验仪器中，容器应该选择导热性（选填“好”或“差”）的材料来制作。（2）将质量、初温都相等的水和煤油分别装入两个容器，加热至两者的末温也相同，通过比较来判断谁吸收的热量更多。（3）如果水和煤油的质量相同而初、末温度都不相同，只要水和煤油都相同，也能用和（2）一样的方法做出相应的判断。13．为比较不同液体升高相同温度时吸收热量的多少，小科用两个完全相同的电加热器分别给质量和初温都相同的A、B两种液体加热，如图甲所示。图乙是它们的温度随时间变化的图像。（1）在该实验中通过比较来比较两种液体升高相同温度时吸收热量的多少。（2）根据实验结果可以发现（选填“A”或“B”）液体的比热容更大。（3）在没有温度计时，某同学提出可以比较“A、B两种液体加热至沸腾所用时间的长短”来判断比热容大小。而小科认为这个方案不可行，小科的理由是。14．老师用如图1所示实验装置，加热试管使水沸腾，发现试管上方的小风车，开始不停地转动；由此引出以下问题，请利用所学的知识回答。（1）图1实验中能量转化方式与图2中汽油机的哪个冲程相同？（2）若某四冲程汽油机的功率为36千瓦，做功冲程每次对外做功800焦耳，则在1秒钟内该汽油机能完成个冲程，此汽油机飞轮的转速为转/分。（3）如图3所示的是等质量两种液体吸收的热量与温度变化情况的图象。根据图中提供的信息判断，这两种液体中，选择液体作为汽车冷却液效果会更好。四．综合能力题（共1小题）15．能源、环境与人类的生活和社会发展密切相关。材料一：2017年5月18日，国土资源部发布消息，中国首次海域“可燃冰”试采成功，我国南海蕴藏着丰富的“可燃冰”资源，可燃冰的主要成分是甲烷水合物，其化学式是CH4•8H2O，它是埋于海底地层深处的大量有机物经过细菌的分解作用，在高压低温环境下，最终形成的类冰状的结晶物质。材料二：2021年6月28日，世界上在建规模第一、技术难度最高的白鹤滩水电站正式投产发电，整个机组发出的电力将主要送往浙江和江苏。电站一台机组的发电量相当于整个新安江水电站的发电量，电站总装机容量1600万千瓦，年发电量将达600亿千瓦时。请根据上述材料回答下列问题：（1）根据测算，1m3可燃冰可以分解释放出160m3的天然气。已知天然气热值q天然气＝8.4×107J/m3，水的