《热学：内能、比热容和热机》解析

第1课时内能、内能与机械能区别第2课时比热容热机燃料的利用和环境保护第1课时内能、内能与机械能区别考点分子运动1．世界上的一切物体都是由________组成的。(1)一切物质的分子都在不停地做__________的运动。(2)分子的运动跟温度有关，温度越______，分子热运动越剧烈。2．扩散现象(1)定义：两种不同的物质可以自发地彼此进入对方，这种现象称为扩散现象。(2)实验探究扩散现象分子无规则高考点聚焦归类示例实验名称探究扩散现象实验装置实验现象抽去玻璃板，两瓶气体混合在一起，颜色变得均匀实验结论①分子之间有________；②气体分子在不停地做_____________备注固体、液体、气体都可以发生扩散，扩散速度与________有关间隙无规则运动温度考点聚焦归类示例3.分子间的作用力分子间存在相互作用的________和________。引力斥力考点聚焦归类示例考点2内能定义物体内________分子的动能和分子势能的总和叫做物体的内能分子动能由于分子运动而具有的能分子势能由于分子间存在着相互作用力而具有的能影响因素温度、质量、材料和状态等改变方法________和__________[说明]物体在任何情况下都有内能，无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块，内能都不为零。因为物体内部分子永不停息地运动着，并且分子之间存在着相互作用的引力和斥力，所以内能是无条件存在的。所有做功热传递考点聚焦归类示例考点3机械能和内能的相互转化1．对物体做功，机械能转化为物体的内能，如：双手摩擦，手心发热；钻木取火等等。2．物体对外做功，内能转化为其他物体的机械能，如：加热水，水蒸气推开塞子等等。考点聚焦归类示例温度、热量、内能的区别温度状态量物体温度升高，内能增加，不一定吸收热量钻木取火、摩擦生热热量过程量物体吸收热量，温度不一定升高晶体熔化、水沸腾物体内能增加，温度不一定升高晶体熔化、水沸腾内能状态量物体内能增加，不一定吸收热量钻木取火、摩擦生热知识纵横考点聚焦归类示例类型1、分子热运动内能例32013•咸宁在如图15－3所示的四种现象中，能体现“分子在不停息地运动”的是()A解析荷花飘香是扩散现象，说明香气分子在不停息地运动；而柳絮、雪花、落叶是看得见的物体，它们的运动不是分子的运动。图15－3考点聚焦归类示例归类示例例42013•南充关于温度、热量和内能，下列说法正确的是()A.物体的温度越高，所含热量越多B．温度高的物体，内能一定大C．0℃的冰块的内能一定为零D．温度相同的两物体间不会发生热传递D解析热量是指热传递过程中传递内能的多少，用“吸收”或“放出”描述，不能用“含有”或“具有”描述，故A错；物体内能的大小与物体的温度、质量等有关，任何物体在任何情况下都具有内能，故B、C错；发生热传递的条件是物体之间存在温度差，故温度相同的两个物体间不会发生热传递，故D对。考点聚焦归类示例类型四、机械能和内能的相互转化例52013•常州2013年2月15日，一颗数十吨的陨石被地球俘获，在加速下落的过程中，陨石与大气剧烈摩擦、迅速升温、猛烈燃烧，犹如一颗火球扑向俄罗斯。陨石下落的过程中，其能量转化过程是()A．重力势能→动能→内能B．动能→重力势能→内能C．重力势能→内能→动能D．内能→重力势能→动能图15－4A考点聚焦归类示例自然界中能量间可以发生转移和转化。如太阳能可以转化为化学能、电能等；燃料的化学能可以转化为内能；内能可以转化为机械能；机械能也可以转化为内能；风能、潮汐能、核能可以转化为电能等。点评解析陨石在加速下落的过程中，高度在降低，速度在增加，重力势能转化为动能，与大气剧烈摩擦，温度升高，动能又转化为内能。考点聚焦归类示例第2课时比热容热机燃料的利用和环境保护考点聚焦考点1比热容考点聚焦归类示例定义单位质量的某种物质温度升高(或降低)1℃(K)所吸收(或放出)的热量，叫做这种物质的比热容。用符号c表示单位焦每千克开，符号是____________[也常写做J/(kg·℃)，读做“焦每千克摄氏度”]物理意义表示物质吸、放热本领的物理量水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，物理意义：_________________________________________________________________________________________________J/(kg•K)1kg水温度升高(或降低)1℃，所吸收(或放出)的热量为4.2×103J[说明](1)比热容反映了物质的一种特性，每种物质都有自己的比热容，不同物质的比热容一般不同。(2)相同物质在同一状态下，不论质量大小、形状如何、温度高低、吸(放)热多少，它的比热容都是不变的，但同种物质在不同状态下的比热容一般是不同的。(3)在常见的物质中，水的比热容最大。考点聚焦归类示例考点2比热容的探究与计算1．吸、放热公式(1)吸热公式：Q吸＝____________；(2)放热公式：Q放＝____________。[点拨]巧析热量计算中的温度变化在热量计算中，温度变化一般有两种情况：(1)给出物体的初温和末温，在这类问题中，要找准初温t0和末温t，切不可张冠李戴。(2)直接给出物体的温度变化，审题时注意区别“升高”、“升高了”与“升高到”的不同。“升高”对应公式中的“Δt”(Δt＝t－t0)，“升高到”对应公式中的“t”。cm(t－t0)cm(t0－t)考点聚焦归类示例2．公式Q＝cmΔt(1)由公式Q＝cmΔt可导出公式c＝QmΔt，对同一种物质来说，比热容并不随吸放热量、质量和温度的变化而变化，所以不能说比热容c与Q、m、Δt有关，也不能说c与Q成正比，与m和Δt的乘积成反比。(2)物体吸收或放出热量的多少由比热容、质量和温度变化这三个量决定，与物体本身温度的高低无关。3．Q吸与Q放两个温度不同的物体放在一起时，高温物体将放出热量，温度降低；低温物体将吸收热量，温度升高，最后两物体的温度相同。在热传递过程中，若无热量损失，高温物体放出的热量将全部被低温物体吸收，则Q吸＝Q放；若有热量损失，则有Q放＝Q吸＋Q损。考点聚焦归类示例考点3内能的利用——热机1．热值定义1kg某种燃料________燃烧时化学能转化为内能的量(放出的热量)叫做这种燃料的热值单位________(符号：J/kg)公式Q＝mq(q为热值)示例酒精的热值是3.0×107J/kg，表示：______酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J煤气的热值是3.9×107J/m3，表示：______煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J完全焦每千克1kg1m3考点聚焦归类示例2.热机定义将燃料燃烧时放出的内能转化为机械能的机器，统称为热机能量转化内能转化为机械能应用蒸汽机、内燃机、喷气式发动机等考点聚焦归类示例3.内燃机定义燃料在________内燃烧的热机叫内燃机分类汽油机和柴油机工作过程每一个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程吸气、压缩和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程做功冲程中内能转化为机械能；压缩冲程中机械能转化为内能汽缸考点聚焦归类示例4.喷气式发动机(1)原理：喷气式发动机的燃料在燃烧室内燃烧后产生高温、高压的气体，这种气体从尾部以极高的速度喷出，同时产生很大的反作用力推动机身向前运动。(2)喷气式发动机分为空气喷气发动机和火箭喷气发动机两类。前者本身只携带燃料，它需要利用外界空气来助燃，因此，飞行高度受到限制，不宜在空气稀薄的高空飞行；后者简称为火箭，它本身带有燃料和氧化剂，不需要依靠外界空气来助燃，因此，飞行高度不受限制。(3)现代火箭多用液体燃料。考点聚焦归类示例5．热机的效率定义热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率公式η＝W有用Q总＝W有用qm(q为热值)提高效率途径①使燃料充分燃烧，如：将煤粒磨成煤粉、加大送风量等；②尽量减少各种热量损失；③机件间保持良好的润滑、减小摩擦等[说明]热机的效率总小于1，主要是由于燃料不能完全燃烧、废气带走一部分热量、克服摩擦做功、热传递损失能量等原因，没有将全部能量都利用起来。考点聚焦归类示例6．燃料燃烧的危害和预防措施危害主要是废气污染和噪声污染。废气污染大气，不但直接影响人体健康，而且影响植物和水生生物正常生长，甚至影响全球气候预防措施①改进燃烧设备，加装消烟除尘装置；②集中供热；③改用气体燃料，普及煤气和天然气；④充分开发利用污染少和无污染的新能源考点聚焦归类示例类型一、物质的比热容归类示例例1(多选)已知铜的比热容比铝的比热容小，下列说法正确的是()A.物体的比热容跟物体吸收和放出的热量有关B.将一块铜的质量减小一半，它的比热容不变C.质量相等的铝块和铜块，吸收相同的热量，铜块升高的温度多D.质量和初温都相等的铜和铝，放出相等的热量后相接触，热传递的方向是从铜传给铝BC考点聚焦归类示例解析比热容是物质本身的一种属性，即物质确定后，其比热容一般是不变的，和物体的质量、温度无关，和吸收、放出的热量无关，故A错误，B正确。由于铝的比热容大于铜的比热容，故据公式Q＝cmΔt知，当质量相等的铝块和铜块吸收相同的热量时，铜块升高的温度多，故C正确。由于铝的比热容大于铜的比热容，故据公式Q＝cmΔt知，当质量和初温都相等的铜和铝放出相等热量后，铝块温度下降得慢，铜块温度下降得快，即最终铝块的温度要高，故热传递的方向是从铝块传向铜块，故D错误。考点聚焦归类示例例22013•南充某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是3×107J/kg，现完全燃烧了4.2kg的焦炭，放出的热量为____________。设该热量有25%被水吸收，能将__________kg的水从25℃加热到100℃。[已知c水＝4.2×103J/(kg•℃)]1.26×108J100考点聚焦归类示例在做计算题时，物体吸热用公式Q吸＝cmΔt来计算，燃料放热用公式Q放＝mq来计算，同时注意它们之间的效率问题，公式η＝Q吸Q放是联系的纽带。点评考点聚焦归类示例解析焦炭完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝4.2kg×3×107J/kg＝1.26×108J；水吸收的热量：Q吸＝25%×Q放＝25%×1.26×108J＝3.15×107J；由Q＝cm(t－t0)得：m′＝Q吸c（t－t0）＝3.15×107J4.2×103J/（kg·℃）×（100℃－25℃）＝100kg。考点聚焦归类示例类型二、热机例32013•佛山发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能与品质。现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机，其中汽油发动机提供动力的是内燃机的汽缸。某台以汽油为燃料的汽车，发动机内有四个汽缸，其相关数据如下表所示：1min内完成的工循环2600次93号汽油汽缸内汽油和空气的混合密度1.35kg/m3排气量1.8L热值4.6×107J/kg发动机最大功率75kW空燃比14∶1考点聚焦归类示例(1)汽车以100km/h的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，则1min内有用功为__________J。(2)汽车内燃机的一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是__________________(对图16－1中的甲、乙、丙、丁重新排序)，________图所示的________冲程内燃机给汽车提供动力。图16－14.5×106乙、甲、丁、丙丁做功考点聚焦归类示例本题是一道综合题，考查了内燃机的四个冲程、功的计算、热量的计算、热机效率的计算，难点在于计算做一次功消耗汽油的质量，难度较大，是中考的趋势。点评(3)汽车的排气量是指发动机汽缸的工作容积，汽车排气量越大，功率越大。空燃比指汽缸内空气和燃油的质量比。当汽车以100km/h的速度匀速行驶时，根据表中数据可求得汽车发动机的效率为________。(计算结果保留一位小数)23.2%考点聚焦归类示例解析(1)由表可知，发动机的最大功率为P＝75kW，所以1min内汽车做的有用功为：W＝Pt＝7.5×104W×60s