【核心素养】35物体的内能-浙教版科学九上探究学案

3.5物体的内能核心素养核心素养化学观念：了解内能的概念，知道内能大小的影响因素;知道改变内能的方法及事例;知道热量和内能的区别。理解比热容的概念;知道计算热量的公式。了解四冲程内燃机的基本构造和工作原理;知道四冲程内燃机的工作过程和能量转化情况;知道什么是燃料的热值和单位.科学思维:通过事例归纳出改变内能的方法并会分析。利用模型建立比热容的概念;尝试用比热容解释简单的自然现象;会进行物体吸、放热的简单计算。从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同，建立热值的概念。科学探究与实践:通过探究找到改变物体内能的两种方法，通过演示实验说明做功可以使物体内能增加和减少。比热容的模型建立过程。利用动画、图片或模型讲解四冲程内燃机的基本结构和工作过程。科学态度与责任:体验自然科学的价值，体验知识来源于实践而又应用于实践的辩证关系使学生懂得节约和充分利用能源的重要意义。课前预习课前预习1.物体内部所有分子热运动的动能和势能的总和，叫做物体的内能。俗称热能，单位为焦耳。2.一切物体在任何情况下均具有内能。物体内能的大小与温度有关。物体温度升高,分子热运动加快,内能增大，反之，物体内能减少。物体内能的大小与质量有关。相同状况下的同种物质,质量越大,内能越大，如相同状况下的一杯水和一桶水,后者内能更大。3.物体内能改变的途径有两种:热传递和做功。热传递的实质是内能的转移，能量形式不变4.外界对物体做功,物体内能增加。如压缩气体、摩擦生热、锻打物体、弯折物体。物体对外做功,物体内能减少,如气体膨胀。5.单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容。比热容用符号c表示，它的单位是焦/(千克·℃)，读作焦每千克摄氏度。6.比热容是物质的一种特性，同种物质在相同状态下的比热容是一定的，但在不同的状态下，比热容不相同。7.热量的计算公式:Q吸=cm(tt0)，公式适用于物态不发生变化时物体升温(或降温)过程中吸收(或放出)热量的计算。如果过程中存在着物态变化,不能使用该公式。8.一个工作循环中有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次。汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。9.1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值，用符号q表示。单位:固体或液体燃料的热值单位是焦/千克,气体燃料的热值单位是焦/米3。热量计算公式:Q=mq课中研学课中研学任务一:探究内能。【思考与讨论1】1．试解释：无论是高温物体还是低温物体，都具有内能。2．为什么说内能是不同于机械能的一种形式的能？【答案】1.不管是高温物体还是低温物体，分子的热运动总是存在的，尽管其他能量(机械能)可能为零,但内能总是存在的，即一切物体在任何情况下都具有内能。2.内能是指物体内部所有分子热运动的动能和势能的总和不管什么物体，处于什么条件下都具有内能。机械能是指动能和势能的总和，它跟机械运动相联系，物体的机械能可以为零。内能和机械能最大的区别是研究对象不同，内能研究的是微观世界的分子，机械能研究的往往是宏观世界的整个物体所以说内能是不同于机械能的一种形式的能。【思考与讨论2】1．人从滑梯下滑时，臀部有什么感觉？2．火的使用使人类迈出了文明的第一步。在远古时代，“钻木取火”是人类常用的一种取火方法，如图365所示。钻木为什么能获得火呢？【答案】1.臀部有发热的感觉。这是因为臀部与滑梯摩擦时，克服摩擦力做功使臀部内能增加，温度升高，其能量由机械能转化为内能。2.钻木时克服摩擦做功使木柴的内能增加，温度升高，当温度升高到木柴的着火点时，木柴就会燃烧起来。【活动1】1．把图钉按在一次性筷子的一端，手握筷子使图钉在粗糙的硬纸板上来回摩擦，然后用手感觉图钉的温度是否发生变化？2．如图366所示，取一个配有活塞的厚玻璃筒，筒内放一小团浸有少量乙醚的棉花。快速压下活塞，观察棉花能否燃烧起来。【答案】1.图钉的温度升高了。这是因为克服摩擦做功使图钉内能增加，温度升高。2.棉花燃烧起来了。这是因为活塞压缩气体时，对气体做功，使气体的内能增加，温度升高引起棉花燃烧(消耗人体的化学能转化为机械能，最后转化为气体的内能)【活动2】如图367所示，在吸滤瓶内装入少量的水，并滴入几滴酒精。用气筒往瓶里打气，当塞子跳出时，观察瓶内变化。【答案】(1)实验现象:在吸滤瓶内装入少量水，再滴入几滴酒精。用气筒往瓶里打气，当塞子跳出时,瓶内将出现雾气。(2)现象解释:瓶内的气体推动塞子做功，内能减少，温度降低，瓶内的水蒸气(和酒精蒸气)因为温度降低而液化成小液滴，这就是看到的“雾气”(瓶内气体的内能转化为塞子的机械能)【思考与讨论3】有一只瓶子，里面装着一些铁屑，可以用什么方法使铁屑的内能增加？如果你没有看到内能改变的过程，单凭铁屑温度的升高，你能说出究竟采用了什么方法吗？【答案】可以加热，利用热传递的方法增加内能，也可以晃动瓶子，利用做功增加内能。如果没有看到内能改变的过程，不能判断出具体的方法，因为做功和热传递这两种方法对改变物体的内能是等效的任务二:探究比热容和热量的计算【思考与讨论】如果要计算物体降温时放出的热量，热量计算公式会有什么不同？【答案】放热公式:Q放=cm(t0t)吸热公式中是末温减初温，放热公式中是初温减末温。【例题】一块质量为5千克、温度为10°C的铁块加热到200°C，铁块吸收了多少热量？解：铁块质量m＝5千克，铁块加热前的温度t0＝10°C，铁块加热后的温度t＝200°C，查表得铁的比热容c＝0.46×103焦/（千克·°C）。铁块吸收的热量：Q＝cm（tt0）＝0.46×103焦/（千克·°C）×5千克×（200°C10°C）＝4.37×105焦答：铁块吸收的热量是4.37×105焦。任务三:探究热机【思考与讨论】在汽油机的工作过程中，哪个冲程使汽车获得动力？在哪个冲程中汽车排出了尾气？【答案】做功冲程使汽车获得动力。排气冲程中汽车排出了尾气。课堂任务课堂任务总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。课后练习课后练习1.下列关于内能的说法中，正确的是（）。A．静止的物体没有内能B．0℃以下的物体没有内能C．内能和机械能是同一种形式的能量D．内能与物体的温度有关【答案】D【解析】【分析】内能是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，物体的温度越高，内能越大；一切物体都有内能。【解答】A.一切物体都有内能，0℃以下的物体当然也有内能，故A错误；B.一切物体都有内能，与其运动状态无关，静止的物体当然也有内能，故B错误；C.内能是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，机械能与物体的机械运动情况有关，二者是两种不同形式的能量，故C错误；D.内能与物体的温度有关，同一物体温度越高，内能越大，故D正确。故答案为：D。2.小Q和小亮就课本中的如图话题进行了思考和讨论，小Q决定通过手捂增大铁屑的内能，小亮决定通过振荡方式增大铁屑的内能，以下分析正确的是（）A．从能量转化过程来看，小亮的方法和钻木取火是相同的B．当小Q的手和铁屑所含内能相同时，热传递就会停止C．小Q所用的方法，温度从手传递到了铁屑D．小Q和小亮的方法对改变铁屑的内能是不等效的【答案】A【解析】A.根据能量转化的知识判断；B.根据热传递的条件判断；C.根据热传递的本质判断；D.根据两种方式改变内能的效果判断。【解答】A.小亮通过振荡方式增大铁屑的内能，通过做功的方式改变物体的内能，钻木取火是通过做功的方式改变物体的内能，两种方式相同，故A正确；B.当小光的手和铁屑温度相同时，热传递就会停止，故B错误；C.女孩手捧水杯，水杯温度较高，热量会从水杯转移到手上，是通过热传递的方式改变手的内能，故C错误；D.小光和小亮的方法对改变铁屑的内能是等效的，故D错误。故选A。3.下列事例中，改变物体内能的途径与其他三项不同的是（）A．柴火烧水B．压缩空气发热C．冬天搓手取暖 D．钻木取火【答案】A【解析】【分析】改变物体内能的两种方式：热传递和做功；热传递改变物体内能的本质是能量的转移，做功改变物体内能的本质是能量的转换，据此判断。【解答】柴火烧水，是将火焰的内能转移到水中，利用的热传递的方式改变内能；；压缩空气发热、冬天搓手取暖、钻木取火都是利用做功方式改变内能，故A符合题意。故选A。4.如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团浸有乙醚的棉花，迅速下压活塞，棉花会燃烧起来。下列说法中正确的是（）A．空气能被压缩说明分子间有引力的作用 B．棉花能够燃烧是因为蘸上的乙醚是可燃物 C．越往下压越费力，是由于筒内的气压逐渐增大 D．活塞下压，通过克服筒壁的摩擦做功，使空气内能增加【解答】解：A、空气能被压缩，说明分子间有间隔，且气态分子间的间隔较大，故A错误；B、迅速向下压活塞，活塞会压缩空气做功，机械能转化为内能，使空气的内能增加，温度升高，当温度达到棉花的燃点时，棉花就会燃烧，故B错误；C、越往下压越费力，是由于压缩筒内气体，体积减小，筒内的气压逐渐增大，故C正确；D、活塞下压，活塞会压缩空气做功，机械能转化为内能，使空气的内能增加，故D错误。故选：C。5.有关温度、热量、内能，下列说法正确的是（）A．物体吸收热量，内能一定增加，同时温度一定升高B．一般物体都具有内能，但超低温物体没有内能C．物体内能减少时，温度不一定降低，但一定是放出了热量D．物体温度升高，不一定吸收热量，但内能一定增加【答案】D【解析】根据温度、内能和热量的关系分析判断。【解答】A.物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高，例如冰熔化时，故A错误；B.一般物体都具有内能，因此内能只分大小，不说有无，故B错误；C.物体内能减少时，温度不一定降低，可能是放出了热量，也可能是对外做功，故C错误；D.物体温度升高，不一定吸收热量，但内能一定增加，故D正确。故选D。6.图甲为油汀取暖器，当接通电源后，电热管周围的导热油被加热，通过腔体壁表面将热量辐射出去，从而起到取暖作用。因此导热油材料尤为关键，要求油汀通电后导热油能尽可能快地升温。现在有质量、初温相同的两种导热油材料甲、乙，在相同的加热条件下，甲、乙两种油的温度与加热时间关系如图乙所示。试比较甲、乙两种材料的比热容c甲、c乙大小，并判断用哪种材料更适合做导热油（）A．c甲＞c乙，选乙材料 B．c甲＞c乙，选甲材料 C．c甲＜c乙，选乙材料 D．c甲＜c乙，选甲材料【解答】解：已知两种液体质量相等，由图象可以看出：在加热相同时间，即吸收热量相同时，甲液体升高的温度更大，由公式c=QmΔt可知c甲＜c由于c甲＜c乙，加热相同时间，两种液体吸收的热量相同，甲温度升高快，所以选甲材料，故D正确，故选：D。7.质量相同的砂石和铁，已知砂石的比热是铁的比热的2倍，如果铁吸收热量后温度升高了48℃，那么砂石吸收同样多的热量，其温度升高（）A．12℃ B．24℃ C．48℃ D．96℃【答案】B【解析】两者吸收同样多的热量Q铁=Q砂石A、其他条件相同时，因为砂石的比热是铁的两倍，所以温度的升高量应该是0.5，故A错误；B、其他条件相同时，因为砂石的比热是铁的两倍，所以温度的升高量应该是0.5，故B正确；C、其他条件相同时，因为砂石的比热是铁的两倍，所以升高的温度不可能相同，故C错误；D、其他条件相同时，因为砂石的比热是铁的两倍，所以升高的温度应该要低，故D错误。8.关于比热容的概念，下列说法错误的是（）A．单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量，叫做这种物质的比热容B．单位质量的某种物质，温度降低1℃所放出的热量，也叫做这种物质的比热容C．某种物质吸收或放出的热量越多，比热也越大，比热与热量有关D．各种物质都有自己的比热，它是物质的特性之一【答案】C【解析】【分析】AB.根据比热容的定义判断；CD.根据比热容的特性分析判断。【解答】AB.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，叫做这种物质的比热容，故A、B正确不合题意；C.比热容是物质的一种性质，只与物质的种类有关，与温度、质量和吸收的热量无关，故C错误符合题意；D.各种物质都有自己的比热，它是物质的特性之一，故D正确不合题意。故选C。9.下列交通工具中，动力设备不是热机的是（）A．远洋轮船 B．载重汽车 C．喷气式飞机 D．电动车【解答】解：远洋轮船、载重汽车和喷气式飞机的动力设备都是热机，而电动车是消耗电能。故选：D。10.如图所示描述的物理过程，下列分析不正确的是（）A．图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的温度升高，内能增加B．图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，瓶子内空气的内能增加C．图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减小D．图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少【答案】B【解析】根据能量转化的知识分析判断。【解答】A.图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，将机械能转化为内能，则空气的温度升高，内能增加，故A正确不合题意；B.图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，将空气的内能转化为塞子的机械能，因此瓶子内空气的内能减少，故B错误符合题意；C.图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，因此水蒸气的内能减小，故C正确不合题意；D.图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少，故D正确不合题意。故选B。11.喜欢思考的小宁用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机的两个冲程相似，这两个冲程是（）A．吸气冲程和压缩冲程 B．吸气冲程和排气冲程C．压缩冲程和做功冲程 D．做功冲程和排气冲程【答案】C【解析】【分析】热机的压缩冲程，将机械能转化为内能；做功冲程，将内能转化为机械能，据此分析判断。【解答】根据以图可知，当扭动瓶盖时，瓶内气体受到挤压，将机械能转化为气体的内能，相当于热机的压缩冲程。而丙图中瓶盖飞出时，将气体的内能转化为机械能，相当于热机的做功冲程，故C正确，而A、B、D错误。故选C。12.我国近期在南海海底发现了一种俗称“可燃冰”的冰块状天然气水合物，能源总量可达全国石油总量的一半。燃烧1立方米可燃冰释放出的能量与燃烧164立方米天然气释放的能量相当，由此可判断“可燃冰”（）A．具有较高的内能 B．具有很高的热值C．只有燃烧时才有内能 D．没点燃时只具有化学能【答案】B【解析】【分析】1m3某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值；单位质量的某种物质温度升高或降低1℃吸收或放出的热量叫这种物质的比热容；物体所有分子由于无规则运动具有的动能和分子势能的总和叫内能，一切物体都具有内能。【解答】燃烧1m3的可燃冰释放的能量与164m3天然气相当。说明完全燃烧相同体积可燃冰和天然气，可燃冰放出的热量多，即可燃冰的热值大。故答案为：B13.小李在学习内能知识后，突发奇想，在家自制了一个内能演示仪，由压力式喷壶、电子温度计，小风车组成。电子探头内置于喷壶中，喷壶穿线孔处密封，仪表盘外置，如图所示。（1）当小李开始向内打气时，温度计示数(选填“升高”或“降低”)。（2）小李向壶内压缩完气体后，按下喷气开关时，风车转动，其做功原理是(“气体对外界做功”或“外界对气体做功”)。【答案】（1）升高（2）气体对外界做功【解析】【分析】（1）外界对物体做功，物体的内能增大，温度升高；物体对外界做功，物体的内能减小，温度降低；（2）根据内能的改变方式的知识解答。【解答】（1）当小李开始向内打气时，活塞对气体做功，从而使气体的内能增大，温度升高，则温度计示数升高。（2）小李向壶内压缩完气体后，按下喷气开关时，风车转动，其做功原理是气体对外界做功。14.小金在探究“物质的放热能力与哪些因素有关”时，分别用质量均为0.5kg的水和煤油进行对比实验，并用图像对实验数据进行了处理，如图所示。实验过程中，控制水和煤油在相同时间内放出相等的热量，分析图像可以得出（选填“甲”或“乙”）物质为水，煤油在（0～15min内放出的热量为。[c水＝4.2×103/（kg•℃）]【解答】解：（1）甲、乙两液体在相同时间内放出的热量相等，由图像可知，甲液体的温度降低得慢，乙液体的温度降低得快；根据放热公式Q放＝cmΔt可知，在质量相等、放热也相同的情况下，谁的温度降低得慢（即Δt小），则它的比热容大；所以，甲液体的比热容大，若甲、乙两种液体中，一种液体是水，则这种液体一定是甲液体；（2）甲液体是水，由图可知，水的初温是60℃，放热15分钟后水的末温是40℃，则水在0～15min内放出的热量：Q水放＝c水m水（t水﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（60℃﹣40℃）＝4.2×104J，由题知，实验过程中水和煤油在相同时间内放出的热量相等，所以煤油在0～15min内放出的热量：Q液放＝Q水放＝4.2×104J。故答案为：甲；4.2×104J。15.随着乡村振兴的持续推进，以天然气为燃料的燃气灶逐渐取代了以下木材为燃料的土灶，保护了生态环境。将质量为3kg、初温为23℃的水加热到98℃，土灶燃烧了干木材0.315kg，则该土灶的热效率为%；若热效率为60%的燃气灶，则需要消耗天然气m3（结果保留小数点后两位）。干木材热值取1.2×107J/【答案】25；0.04【解析】【分析】（1）利用吸热公式Q吸=cm（tt0）求水吸收的热量，利用Q放=mq求天然气完全燃烧放出的热量，利用η=（2）根据η=Q吸【解答】（1）水吸收的热量：Q吸=c水m（tt0）=4.2×103J/（kg•℃）×3kg×（98℃23℃）=9.45×105J；干木材完全燃烧放出的热量：Q放=mq气=0.315kg×1.2×107J/kg=3.78×106J；燃气灶的热效率：η=（2）天然气完全燃烧放出的热量Q放烧开这壶水需要天然气的体积：V=16.如图甲为汽油机的四个冲程示意图，请回答下列问题。（1）汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程的顺序是（对图甲A、B、C、D重新排序）；（2）一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每分钟完成个做功冲程，A图所示的冲程中，燃气内能会（填“增大”或“减小”）；（3）图乙所示为某汽油机的能流图，则该汽油机的效率为η=（用图中的字母代号表示）。根据此图，提出一条提高发动机效率的有效措施：；（4）据报道，截止今年九月底我国新能源汽车的保有量已达1800多万辆。某品牌的一款电动汽车的部分参数如表：空车质量1380kg最大功率100kW轮胎与地面总接触面积0.032m2最高速度120km/h电池容量42kW•h最大续行里程260km假如汽车上只有质量为60kg的司机一人，汽车以60km/h的速度匀速行驶36km，耗电9kW•h。设汽车所受的阻力为汽车总重的0.05倍，显然相比汽油车高大约30%的效率，电动汽车更环保，更节能。【答案】BADC900增大×100%减少散热损失80%【详解】（1）[1]甲中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，是第二个冲程；乙中的进气阀打开，活塞向下运动，是第一个冲程；丙中的排气阀打开，活塞向上运动，是第四个冲程；丁中的两个气阀都关闭，火花塞点火，所以为做功冲程；故先后顺序为BADC。（2）[2]若飞轮转速是1800r/min，表示每分钟飞轮转动1800圈，对外做功1次，飞轮转1800圈。[3]A图为压缩冲程，压缩冲程中机械能转化为内能。（3）[4]由能流图可知：燃料完全燃烧放出的热量为，有用机械能即有用功为E2，所以内燃机的效率[5]根据图示的能量流向图可知，要提高汽油机效率、减少尾气带走的热量、减小摩擦做功；（4）[6]电动汽车匀速行驶，所以牵引力与阻力平衡，则电动汽车受到的牵引力为则电动车行驶36km，牵引力做的功为这个过程耗电电动汽车电能转化为机械能的效率17.一容器中装有40kg温