物理竞赛辅导教程-热学

诸暨科学竞赛辅导教程热学知识网络一、热传递1、热传递的特点（1）发生热传递的条件是物体之间或同一物体的不同部分存在着温度差；（2）在其它条件都相同的情况下，两个物体温度相差越大，热传递就进行的越快；（3）热传递的方向总是从高温传向低温，不可逆转；（4）热传递的结果是各部分温度相同。2、热传递的方式方式特点说明传导热沿着物体传递，传热时物质不移动不同物质传热本领不同对流靠液体和气体的流动来传递热只能在液体或气体中发生辐射热直接由物体沿直线向外射出不需要媒介物，任何热的物体都可发生二、物态变化1、六种物态变化升华（吸热）熔化（吸热）汽化（吸热）固态液态气态凝固（放热）液化（放热）凝华（放热）2、晶体的熔化（1）晶体熔化过程的特点是：吸热且温度保持不变；D（2）晶体熔化的条件：一是温度要达到熔点；二是要继续吸热；（3）图象涵义：AB段表示熔化前，固态吸收热量，温度升高BBC段表示熔化过程，固态逐渐减小，液态逐渐C增多，吸收热量，温度不变。ACD段表示熔化后，液态吸收热量，温度升高。3、汽化的两种方式（1）比较：（2）沸腾①条件：一是温度要达到沸点；二是要继续吸热。方式区别蒸发沸腾不同点发生部位只发生在液体表面液体表面和内部同时进行程度缓慢的汽化现象剧烈的汽化现象温度任何温度下都能进行在一定温度下进行相同点①都是汽化现象②都要吸热温度加热时间②沸点与气压的关系：气压越大，沸点越高。三、热能1、分子运动论的内容物质是由分子构成的；分子永不停息地做无规则的运动；分子之间有相互作用的引力和斥力。2、热能、热量和温度（1）物体中大量分子做无规则运动所具有的能，叫做热能；（2）热量是物体在热传递过程中，吸收或放出热的多少，是物体改变热能的多少；（3）温度表示物体的冷热程度；（4）物体温度升高，热能增加；温度降低，热能减小。3、改变热能的两种方法做功外界对物体做功，物体的热能增加（机械能热能）方法物体对外界做功，物体的热能减小（热能机械能）热传递物体吸收热量，热能增加（别的物体物体）物体放出热量，热能减小（物体别的物体）4、物质的比热（1）比热是物质的一种特性。比热的定义式：C=Q吸/（m△t），物质的比热与物体的质量、体积、温度变化的大小等无关。水的比热是4.2×103焦/（千克·℃），水的比热比一般物质的比热要大。（2）热平衡方程：①物体温度改变时，吸热和放热的计算公式：Q吸=cm(t－t0)Q放=cm(t0－t)②在热传递过程中，如果没有热量损失，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量Q吸=Q放四、热能的利用——热机热机是把热能转化为机械能的机器。常见的有汽油机和柴油机。汽油机和柴油机的比较汽油机柴油机共同点工作过程每个工作循环都由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成对外做功只有做功冲程对外做功，其余三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成飞轮与活塞的活动在一个工作循环中，完成四个冲程，曲轴带动飞轮旋转二周，做功一次能量转化在压缩冲程中，飞轮的一部分机械能转化为燃料混合物或空气的热能；在做功冲程中，燃气的一部分热能转化为活塞和飞轮的机械能不同点燃料汽油柴油结构火花塞喷油嘴吸气冲程吸入的是燃料混合物吸入的是空气点火方式电火花点火压缩点火压缩冲程的温度和压强较低、较小较高、较大热机效率较低较高优缺点较轻便、震动小较笨重、震动大、较便宜转化转化热能转移热能转移热点搜索考查液体蒸发的特点；考查晶体的熔化图象；考查改变热能的方法；考查比热的概念；考查热传递的特点；考查热传递的三种方式；考查热平衡方程的运用；考查热学知识的运用。例题精析1、考查液体蒸发的特点例1、小明同学在语文课上作了一篇关于云南“过桥米线”的说明文，现摘录如下：“过桥米线”是云南传统的名特小吃。烹饪它的方法是：将刚沸腾的鸡汤盛到一个大碗里，然后舀一勺热油进碗里，在汤的表面上很快就形成了一层厚厚的油膜，此时把事先备好的生肉片等生食依次放进碗里，令人惊奇的是从表面上看去连热气都不冒的汤实际上却将生肉片都烫熟了。请你应用学过的物理知识对上文中所描述的有关物理现象作出合理正确的解释（要求说出并解释两个物理现象）。思路点拔：该题是以生活为情景的开放性试题，要透过现象分析实质。答案：描述的物理现象及解释：①油浮在汤的表面上形成油膜，因为油的密度小于汤的密度；②汤不冒热气，因为油膜隔断了汤与空气的接触，阻止了汤的蒸发；③汤能将生肉片烫熟了，因为汤温度很高，肉片与汤发生了热传递，肉片吸热升温，内能增加被烫熟。2、考查晶体的熔化图象例2、如图所示是甲、乙两种质量相等的不同晶体，均匀加热，在相同时间内吸收相同热量的条件下，两种晶体熔化前后温度随时间变化的图象。则单位质量的两种晶体熔化过程中吸收的热量相比较，Q甲_____Q乙；液态甲的比热容________液态乙的比热容。（填“大于”、“小于”、或“等于”）。思路点拔：该题要运用晶体熔化图象的知识进行分析比较。从图象上水平部分（温度不变）可知，甲熔化过程所需的时间较短，又因为在相同时间内吸收相同热量，所以甲熔化过程吸收热量较少；由于甲、乙质量相等，故Q甲＜Q乙。从图象可知，液态甲温度升高得慢，由C=Q吸/m△t，可知：C甲＞C乙。答案：Q甲＜Q乙，C甲＞C乙。3、考查热传递的特点例3、在如图的绝热装置中有一双层金属容器。在内层容器中倒入温度为20℃的水，用温度计Ⅰ测量其温度；在外层容器中倒入相同质量的温度为80℃的水，用温度计Ⅱ测量其温度。若认为热传递只在双层容器内部进行，则每隔相等时间记录的两个温度计的示数，绘制的热水降温曲线（用虚线表示）和冷水升温曲线（用实线表示）。下列四个图中最能反映上述两个容器中水温变化的图象是图（）用途汽车、飞机、摩托车等载重汽车、拖拉机、坦克、轮船等思路点拔：该题要运用热传递的特点进行分析。开始时内、外层的水温差大，热传递快，内层水开始时升温较快，外层水开始时降温较快。答案：D4、考查做功能改变物体的热能例4、如图所示，一个直立的长气缸内用质量为m的无摩擦活塞封有一定质量气体，这时活塞处于平衡状态。现在活塞上再放一个大质量的砝码，设气缸内气体与外界没有热交换，则（）A、密封气体的温度降低B、密封气体的压强不变C、密封气体的热能不变D、密封气体的热能将增大思路点拔：该题要运用热能与机械能的转化进行分析。活塞上再放一个大质量的砝码，则活塞要下移，活塞对气缸内气体做了功，砝码和活塞的机械能减小，转化为热能，所以，密封气体的热能将增大，温度将升高。答案：D5、考查比热的概念例5、酒精和水的混合液的比热是0.76×103焦/（千克·℃），求混合液中酒精与水的质量之比。（酒精比热为0.58×103焦/（千克·℃）。思路点拔：混合液吸收的热量等于混合液中，每一种液体上升同一温度吸收热量之和。即Q=Q水+Q酒精Q=C（m水+m酒）ΔtQ水=C水m水ΔtQ酒=C酒m酒ΔtC（m水+m酒）Δt=(C水m水+C酒m酒)Δt0.76m水+0.76m酒=0.58m酒+1m水0.18m酒=0.24m水得m酒/m水=4/3答案：4：36、考查沸腾的条件例6、如右图所示，盛水的烧杯里有一支装有部分水的试管，加热烧杯使水达到沸点，并继续加热烧杯使杯中的水不断地沸腾，在此过程中，试管里的水会不会沸腾？为什么？思路点拔：该题要运用沸腾的二个条件进行分析。答案：水在标准大气压下的沸点是100℃，当烧杯中的水沸腾时，温度保持100℃不变。由于热传递，试管中的水温度也升到100℃。当试管中的水和烧杯中的水温度相等时，由于没有温度差而不再发生热传递，试管中的水得不到热量不会沸腾。7、考查热平衡方程的定性分析例7、把甲、乙两个质量、温度都相同的金属块，分别放入到质量、温度都相同的一杯水和一杯油中，热平衡后得到油的温度降低了5℃，水的温度降低了10℃，只有甲金属块与水、乙金属块与油之间发生了热传递，而水的比热大于油的比热，则甲金属比热与乙金属比热的比值为（）A、等于2B、大于2C、小于2D、以上都有可能思路点拔：该题要运用热平衡方程进行分析与比较。该金属块的质量为m，初温为t，水和油的质量为M，初温为T，则甲金属块与水之间发生了热传递，达到热平衡后的温度为（T－10℃）。据热平衡方程有：C甲m(T－10℃－t)=C水M×10℃……①同理可得C乙m(T－5℃－t)=C油M×5℃……②C甲2C水（T—5℃—t）由得：=C乙C油（T—10℃—t）∵C水＞C油，（T－5℃－t）＞（T－10℃－t）∴C水（T－5℃－t）＞C油（T－10℃－t）得C甲/C乙＞2答案：B。8、考查运用热学知识的能力例8超市中有一种称之“一拉热”方便加热食品，加热剂是分开包装的生石灰和水，使用时，将绳子一拉，生石灰和水反应，放出热量，加热食品。（1）在保持生石灰和水的质量不变的情况下，要使反应后的温度最高，则生石灰和水的质量之比是；（2）如果要测定“一定量的氧化钙和足量的水反应放出的热量（Q）”，现有以下仪器：烧杯、玻璃棒、温度计、酒精灯、托盘天平，其中不需要的是；（3）在测定的过程中已测定的数据是：水的质量m1、反应前水的温度t1、水中加入氧化钙后悬浊液的最高温度t2，你认为除了以上数据外还需要测定的数据是（用文字叙述，再用符号表示）；（4）一定量的氧化钙和水反应放出的热量（Q）的计算式是（假设：测定过程中放出的热量没有损失；反应的容器不吸热；加入的氧化钙和反应前的水的温度相同；生成的氢氧化钙悬浊液的比热为“c”）。思路点拨：此题是考查学生灵活运用热学知识的综合题，考查到吸热反应、实验方法和数据处理等知识。首先，要知道生石灰和水的反应是放热反应，在质量不变的情况下，要使反应后的温度最高，则生石灰和水要刚好完全反应，根据化学方程式，就可以求出它们的质量之比；热量是发生化学反应放出的，不是外界提供的，所以，测定过程中不需要酒精灯；根据质量守恒定律，反应后氢氧化钙悬浊液的质量与参加反应的生石灰和水的质量之和相等，所以，除了已测定的数据外，还需测定氧化钙的质量，方能求出放出的热量；而热量计算式可以用热量求解公式表示出来。答案：（1）CａO＋H2O＝Cａ（OH）228∶9（2）酒精灯（3）氧化钙的质量，m2（4）Ｑ＝c（m1+m2）(t2-t1)9、通过考查当今社会、先进技术中热学知识的应用，对学生进行STS运用的考查例9开发和生产某种产品，应进行相应的科学研究。如研制压力锅，就应研究饱和蒸汽压力跟温度的关系，其研究结果分别用表格或图象表示，如图。温度（℃）9095100105110112114116118120122124126128130气压（kPa）7084101121143154163175187199211226239258270②①某种型号的压力锅，其限压阀由内阀和外套组成，测得限压阀的整体质量为0.07千克，压力锅排气孔的内径为3毫米。参照图表填空和计算：（1）烹调较嫩或易熟的菜时，宜采用的方式；烹调肉类食品，采用的方式；（2）当压力锅烧煮食物，限压阀排气时，锅内最高温度大约能达到多少？（当时的大气压为100kPa，g取10N/㎏）思路点拨：此题考查学生液体沸点与气压的关系，而且综合了力学中压强部分的知识，对学生的能力有一定要求。第（1）问比较简单，易熟食品，温度要求不需很高，因此气压无须高压；反之，肉类食品不易熟，温度要求比较高，因此，须高气压。答案：（1）低压烹调（或甲），高压烹调（或乙）第（2）问要求解出锅内的最高温度，则要先求出锅内的最大压强，而这个压强是由限压阀所产生的压强和外界的大气压共同决定的，解题过程如下：F＝G＝㎎＝0.07㎏×10N/㎏＝0.7NS＝3.14×（1.5×10-3）2㎡＝7.07×10-6㎡P/＝F/S＝0.7N/（7.07×10-6）㎡＝9.90×104PaP＝P0+P/＝1.0×105Pa+9.90×104Pa＝1.99×105Pa＝199kPa对照表格可知，锅内最高温度大约能达到120℃能力训练A组1、夏天，在密闭的绝热的房间里，一直打开冰箱门让冰箱运转起来，房间内的温度将_______(填“升高”或“降低”或“不变”)。2、最