第十二章 机械能和内能（知识清单）物理新教材苏科版九年级上册

第十二章 机械能和内能 第1节 机械能 一、动能 1.认识能量 一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。能量是表示物体做功本领大小的物理量，单位是焦耳（J）。 注意： “能够做功”只表示物体具有做功的可能性，并不代表物体正在做功。 2.认识动能 能量的形式多种多样，运动的物体能对其他物体做功，具有能量，如：运动着的锤子能钉钉子，高速运动的子弹能射穿鸡蛋，流动的河水能推动水轮机，物理学中将这种物体由于运动而具有的能量叫作动能。 3.影响动能大小的因素 物体的动能与速度和质量有关，速度越大、质量越大，物体的动能越大。 探究动能影响因素实验中用到的实验方法： ①探究动能大小与质量、速度的关系时，使用控制变量法； ②通过比较物块被推动的距离来反映动能的大小，使用转换法。 二、势能 势能分为重力势能和弹性势能。 1.重力势能 （1）定义：地球上的物体始终受到竖直向下的重力作用；当物体下落时，重力对其做功，这说明重力具有做功的本领，具有能量。物理中，将物体由于被举高而具有的能量叫作重力势能。 （2）重力势能的影响因素：物体的质量越大，被举得越高，重力势能就越大。 2.弹性势能 （1）定义：发生弹性形变的物体具有弹力；当外力撤去时，弹力对其做功，这说明弹力具有做功的本领，具有能量。物理中，将物体由于发生弹性形变而具有的能量叫作弹性势能。 （2）弹性势能的影响因素：物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。 三、机械能及其转化 1.机械能 物理学中，将动能与势能统称为机械能。一个物体可以同时具有动能和势能，且动能与势能还可以相互转化。例如：荡秋千时，人的高度和速度都在不断变化，动能与重力势能都在不断变化。 2.动能和势能的相互转化 动能和势能之间可以相互转化 能量的转化方向 实例 动能 → 重力势能 物体被竖直向上抛出后的上升过程；滚摆上升 重力势能 → 动能 物体从高处下落；滚摆下降 动能 → 弹性势能 运动的物体压缩弹簧 弹性势能 → 动能 被压缩的弹簧将物体弹开 3. 机械能守恒 如果只有动能和势能相互转化，没有机械能转化为其他形式的能（如不计空气阻力和摩擦），那么机械能的总量保持不变。这是一个理想化的规律，也称为机械能守恒定律。 易错辨析：在判断机械能是否变化时，不能只看速度或高度是否不变。例如，飞机在空中水平匀速飞行的同时向地面投放物资，速度不变但质量减小，因此动能减小，重力势能也减小，机械能减小。 第2节 内能 热传递 一、分子热运动（内能的微观基础） 1.物质是由大量分子组成的。 2.分子在永不停息地做无规则运动。温度越高，分子的无规则运动越剧烈，这种运动叫做热运动。 3.分子之间存在相互作用的引力和斥力。 4.扩散现象（不同物质相互接触时彼此进入对方）是分子不停做无规则运动的直接证据。 二、内能 1.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.内能的关键理解：内能是大量分子的集体能量，一切物体在任何情况下都具有内能（因为分子永不停息地运动），内能不可能为零。 3. 影响内能大小的因素： （1）温度：同一物体，温度越高，分子热运动越剧烈，内能越大。 （2）质量：在温度相同时，物体的质量越大（分子数目越多），内能越大。 （3）状态：同种物质在相同温度下，不同物态（如冰和水）的分子间距离和相互作用不同，内能也不同。 三、热传递——改变内能的一种方式 1.热传递的条件与方向：当物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递。热传递过程中，能量（热量）总是从高温处转移到低温处，直到热平衡（即温度相等）为止。 2.热传递改变内能的实质：热传递改变内能的实质是内能的转移——能量从一个物体（或一部分）转移到另一个物体（或一部分），能量的形式没有发生变化，仍然是内能。 3.热传递的三种方式： （1）传导（热传导）：热量沿着物体从高温部分传到低温部分，靠分子、原子的振动和碰撞传递。主要在固体中发生，金属导热性能好。例如：铁勺放进热汤里，勺柄变热。 （2）对流：靠液体或气体的流动传递热量。流体受热膨胀、密度变小上升，冷的部分下降，形成循环流动。例如：烧水时水的对流、暖气使房间空气变暖。 （3）辐射：热量以电磁波的形式向外传递，不需要介质，可以在真空中进行。例如：太阳的热传到地球、火炉旁感到热。 四、做功——改变内能的另一种方式 1.做功改变内能的两种情况 外界对物体做功：物体的内能增加（如压缩气体、摩擦生热）。 物体对外界做功：物体的内能减少（如气体膨胀推动活塞）。 2. 做功改变内能的实质：做功改变内能的实质是能量的转化——其他形式的能（机械能等）与内能之间的相互转化，能量的形式发生了改变。 五、温度、热量、内能的辨析 （1）物体温度升高，内能一定增大（同一物体）。 （2）物体内能增大，温度不一定升高（如冰熔化过程中吸热、内能增大，但温度保持0℃不变）。 （3）物体吸收热量，温度不一定升高（晶体熔化、液体沸腾时吸热但温度不变）。 第3节 物质的比热容 一、探究：物质吸热升温的现象 1.问题：物体吸收热量的多少与哪些因素有关？ 2.猜想：与水的质量、升高的温度、物质的种类有关。 3.实验方法： 控制变量法：探究与物质种类的关系时，控制质量和升高的温度相同。 转换法：用加热时间的长短来反映物质吸收热量的多少（必须使用相同的加热装置，保证单位时间内供给的热量相同）。 4. 实验结论： 质量相等、升高温度相同的不同物质，吸收的热量不同。这说明不同物质的吸热本领不同。 二、比热容 1.比热容的定义：物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，叫作比热容。用符号c表示。 2.公式与单位 定义式：。 单位：J/(kg·℃)，读作“焦耳每千克摄氏度”。 3.比热容的物理意义：比热容在数值上等于单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量。 4.比热容是物质的属性：比热容是物质的一种物理属性，由物质的种类和状态决定，与物体的质量、温度变化量、吸收或放出热量的多少无关。同种物质在同一状态下，比热容是确定的，不同物质一般具有不同的比热容。 5.水的比热容：c水=，水的比热容是常见物质中最大的，表示水的吸热或放热本领更强。 6.水的比热容较大的应用： 应用或现象 原理 用水作冷却剂（发动机冷却） 质量一定、升高相同温度时，水吸收的热量多，冷却效果好 用水取暖（暖气片） 质量一定、降低相同温度时，水放出的热量多，取暖效果好 沿海地区昼夜温差比沙漠小 海水比热容大，吸热升温慢、放热降温也慢；沙子比热容小，温度变化剧烈 海陆风 白天陆地升温快，陆地热空气上升，海面冷空气吹向陆地（海风）；夜晚陆地降温快，海面热空气上升，陆地冷空气吹向海洋（陆风） 三、热量的计算 1.吸热公式：。 2.放热公式： 其中t 0为初温，t为末温，Δt 取正值（温度变化的绝对值）。 第4节 机械能与内能的相互转化 一、机械能转化为内能 对物体做功，物体的内能增加，这是机械能转化为内能的过程。 典型实例：压缩冲程（内燃机）中，活塞压缩气缸内的气体，活塞的机械能转化为气体的内能，气体的温度升高。摩擦生热（克服摩擦做功）也属于机械能转化为内能。 二、内能转化为机械能 物体对外做功，物体的内能减少，这是内能转化为机械能的过程。 典型实例：在试管中加热水至沸腾，水蒸气膨胀对外做功，将木塞推出。水蒸气的内能转化为木塞的机械能，同时水蒸气自身的内能减小、温度降低。内燃机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞运动，也是内能转化为机械能。 三、热机 1.热机的定义及其能量转化：热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 能量转化链条：燃料的化学能 →（燃烧）→ 燃气的内能 →（做功）→ 机械能 2.内燃机： 燃料在气缸内部燃烧的热机叫做内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴油机。 3.四冲程汽油机的工作循环 冲程 进气门 排气门 活塞运动 能量转化 说明 吸气冲程 打开 关闭 向下 — 吸入空气和燃料的混合气体 压缩冲程 关闭 关闭 向上 机械能→内能 混合气体被压缩，温度升高 做功冲程 关闭 关闭 向下 内能→机械能 火花塞打火，混合气体猛烈燃烧，产生高温高压燃气推动活塞 排气冲程 关闭 打开 向上 — 将废气排出汽缸 注意：四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功、实现内能向机械能转化的冲程，其它三个冲程依靠飞轮的惯性完成。压缩冲程则是机械能向内能转化。一个工作循环中，包括4个冲程，活塞往复2次，曲轴转2圈，对外做功1次。 4.汽油机和柴油机的差异： 汽油机 柴油机 结构 顶部有火花塞 顶部有喷油嘴 吸气冲程 吸入空气和汽油的混合物 只吸入空气 点火方式 火花塞点燃（点燃式） 喷油嘴喷出柴油，压燃（压燃式） 特点 轻巧，用于汽车、小型飞机 功率较大，热效率较高，用于载重汽车、拖拉机、坦克、轮船 四、燃料的热值 1.热值的定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。燃料的热值用q表示，单位是焦/千克，符号为J / kg。对于气体燃料，人们通常采用焦/立方米 作为热值的单位，符号为J / m3。 2.热值是燃料的属性：热值也是燃料本身的一种属性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧无关。 3.燃料燃烧放热的计算： 公式：Q放=mq(固体或液体燃料) Q放=Vq（气体燃料）。 注意：该公式计算的是燃料完全燃烧时放出的热量。 五、热机的效率 1.热机效率的定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。 2.公式： 3.能量损失的主要途径：热机工作时，燃料完全燃烧放出的能量中，只有一部分转化为有用功，其余大部分以各种形式损失掉。主要损失包括：废气带走的能量（通常占比最大）、冷却水带走的热量、克服摩擦做功消耗的能量、燃料不完全燃烧的损失等。 4.提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；减少各种热损失（如利用废气的能量）；减小摩擦；优化热机结构，提高能量利用率。 注意：能量损失不可避免，热机效率总是小于 100%。 易错点01 机械能转化及其守恒 【对点训练一】如图是探究“动能大小与哪些因素有关”的实验装置图。其中，小球质量，由静止开始释放的高度。 (1)动能是指________（硬纸盒/小球/斜面）碰撞________（前/后）动能；上述三次实验中，图中________（A/B/C）钢球动能最大； (2)通过甲、乙两次实验，可以得到：________（选填序号：①动能与速度的关系，②动能与高度的关系）； (3)做丙图实验时，硬纸盒被撞后滑出木板掉落，为防止因此造成硬纸盒损坏需改进丙图实验，再与乙图实验对比。在不改变木板长度的情况下，应采用以下方法________（填写正确选项前的字母）； A．换用质量比B小的钢球 B．给水平木板铺上毛巾 C．适当降低钢球的初始高度 D．换用一个较结实的木块 (4)做乙图实验时，钢球撞硬纸盒后继续向前运动，硬纸盒在水平木板上滑动0.5 m后停下，硬纸盒在滑动过程中受到0.6 N的摩擦力，则硬纸盒克服摩擦力所做的功________J，设钢球与硬纸盒碰撞前的动能为，则________W（大于/等于/小于）； (5)有同学将实验装置改进成图丁所示； A．若用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较，可以研究小球的动能大小与________的关系； B．若用甲、乙两个质量不同的小球（）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，当弹簧弹开小球时，在不考虑能量损失的情况下甲、乙两个小球获得动能是________（甲大/乙大/相等），则甲、乙两个小球在这一瞬间的速度________（大于/小于/等于），所以该实验________（可以/不可以）研究动能大小跟质量的关系。 【答案】(1) 小球 前 C (2)① (3)A (4) 0.3 大于 (5) 速度 相等 小于 不可以 【详解】（1）根据转换法，通过比较硬纸盒在同一水平面上被撞击的距离来比较小球到达水平面时动能的大小，所以动能是指小球碰撞前的动能；三次实验中，丙在斜面上的高度与B相同，到达水平面速度相同，因丙质量更大，所以图中丙C钢球的动能最大。 （2）通过甲、乙两次实验，质量相同，到达水平面的速度不同，可以探究动能与速度的关系。 （3）A．换用质量比B小的钢球，在速度不变的情况下，动能变小，推动硬纸盒移动的距离变小，故A符合题意； B．给水平木板铺上毛巾可以增大阻力，减小纸盒被撞击移动的距离，但是与乙图实验对比水平面的光滑程度不同，不符合控制变量法的要求，无法通过比较硬纸盒被撞击的距离来比较小球到达水平面时动能的大小，故B不符合题意； C．适当降低钢球的初始高度，可以减小钢球到达水平面的速度，减小动能，减小纸盒被撞后移动的距离，但是与乙图实验对比小球的质量、高度都不同，不符合控制变量法的要求，故C不符合题意； D．换用一个较结实的木块，与乙图实验对比被撞击的物体改变，不符合控制变量法的要求，故D不符合题意。 故选A。 （4）硬纸盒克服摩擦力所做的功为 碰撞前钢球的动能 ，在碰撞过程中纸盒获得动能，钢球仍继续向前，硬纸盒获得的动能用来克服摩擦做功 。因为钢球碰撞后还有动能，且碰撞过程存在能量损失，故 必然大于硬纸盒获得的动能，即 大于。 （5）[1]用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击的动能由弹簧的弹性势能转化而来，而弹簧的弹性势能的大小与形变程度有关，故弹簧的弹性势能不相同，小球与弹簧分开后获得的初速度不同，而小球的质量相同，故可以研究小球的动能大小与速度的关系。 [2][3][4]若用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后静止释放，撞击同一木块，撞击的动能由弹簧的弹性势能转化而来，而弹簧的弹性势能的大小与形变程度有关，故弹簧的弹性势能相同，转化成的动能相同；甲的质量大于乙的质量，甲的速度小于乙的速度；所以不能探究动能大小跟质量的关系。 【对点训练二】小明在老师的指导下用小球和弹性很好的轻质橡皮筋等器材进行了如下实验与探究： 让一系于橡皮筋一端的小球从某悬挂点的正下方点由静止释放如图甲所示，整个下落过程中，橡皮筋所受弹力与小球下落高度的关系如图乙所示；小球下落的速度与下落高度的关系如图丙所示。（不计空气阻力） (1)小球从点运动到点过程中，到达点瞬间，橡皮筋受到的拉力为___________；当橡皮筋的伸长量最大时，小球的速度为___________（选填“”、“”或“0”），此时，小球处于___________状态（选填“平衡”或“非平衡）； (2)从点运动到B点过程中小球的动能___________，重力势能___________，机械能___________（填“变大”“变小”或者“不变”）； (3)实验中所用小球的重力为___________。（用图乙中给的字母符号表示） 【答案】(1) 0 0 非平衡 (2) 变大 变小 变小 (3)Fb 【详解】（1）[1][2][3]小球下落中，开始橡皮筋没有伸长，由图乙知，在A处受到的拉力为0，说明此时橡皮筋长度等于原长，此时，小球只受到竖直向下的重力作用，继续加速向下运动，橡皮筋逐渐伸长，竖直向上的弹力逐渐变大，当橡皮筋的弹力增大到等于重力时，速度达到最大值，即到达B点，据丙图可知，速度为Vb；之后小球继续向下运动，但重力小于弹力，合力的方向竖直向上，小球做减速运动，到达C点时，速度减小为0，此时弹力最大，小球处于非平衡状态。 （2）[1][2][3]由上分析可知，小球的质量不变，从A点运动到B点过程中小球的速度变大，故动能增大；由于高度变小，故重力势能减小；因从A点运动到B点过程中小球的机械能有一部分转化为橡皮筋的弹性势能，故机械能减小。 （3）由上分析可知，小球从A点到B点过程中，只受到竖直向下的重力作用，继续加速向下运动，橡皮筋逐渐伸长，竖直向上的弹力逐渐变大，当弹力增大到等于重力时，速度达到最大值，即到达B点，所以重力的大小等于Fb。 易错点02 比热容的相关实验探究 【对点训练一】在“比较不同物质吸热能力”的实验中，将甲、乙两种不同的液体分别放入两个相同的烧杯内，用相同的电加热器同时加热；记录相关数据，并绘制如甲图所示的图像（不计热量损失）； (1)实验时，选用初温和__________均相等的甲，乙两种液体； (2)乙液体的比热容__________（选填“大于”、“等于”或“小于”）甲液体；所以__________（选填“甲”或“乙”）液体更适合制作冷却液； (3)若甲液体比热容是，5kg的甲液体在内吸收的热量为__________J； (4)小林同学受到小明实验的启发，设计了如下实验来比较铜和铝的比热容大小； ①小林将质量相等的铜块和铝块放入持续沸水中加热足够长时间，如乙图所示（加热装置未画出）； ②再将铜块和铝块分别放入盛有质量相等、温度__________（选填“相同”或“不相同”）的水的A、B两容器中，并将容器用隔热材料密封，如丙图所示； ③经过足够长的时间后，同时测量A、B两容器中水的温度，记录数据分别为40℃和47℃； ④可见铜块放出的热量比铝块___________（选填“多”或“少”），由此可以判断出__________（选填“铜块”或“铝块”）的比热容大。 【答案】(1)质量 (2) 大于 乙 (3)6.03×105 (4) 相同 少 铝块 【详解】（1）在“比较不同物质吸热能力”的实验中，由控制变量法可知，应控制液体的初温和质量相同，液体的种类不同。 （2）[1]实验中用相同的电加热器同时加热，加热相同时间时，两种液体吸收的热量相同，由图甲可知，加热相同时间时，乙液体温度升高慢，所以乙液体的比热容大于甲液体的比热容。 [2]由于乙液体的比热容较大，吸收相同的热量，乙液体的温度变化小，所以乙液体更适合制作冷却液。 （3）由图甲可知，甲液体在0~10min内温度由0℃升高至60℃，同种液体吸热能力不变，所以5kg的甲液体在内吸收的热量等于0~10min内吸收的热量，所以甲液体在内吸收的热量 （4）②[1]根据可知，铜块和铝块质量相等时，要比较铜和铝的比热容，只需要比较二者吸收或放出热量与对应温度变化量的比值即可；由步骤①可知，铜块和铝块加热后的末温与沸水温度相同，由于沸水的温度高于图丙中水的温度，由步骤②可知，铜块和铝块放入隔热材料密封的A、B两容器的水中后，铜块和铝块放出热量对水加热，最终铜块和铝块分别与容器中水的温度相同，忽略热损失，铜块和铝块放出的热量与水吸收的热量相等；由步骤③可知，实验最终记录了A、B两容器中水的末温，为了方便比较水吸收的热量，A、B两容器中水的质量和初温都应该相等。 ④[2][3]由于先将质量相等的铜块和铝块放入沸水中加热足够长时间，所以铜块和铝块放入盛有质量相等、温度相同的水的A、B两容器中时的温度都是100℃；由于经过足够长的时间后，同时测量A、B两容器中水的温度，记录数据分别为40℃和47℃，即B容器中水的温度变化大，由可知，B容器中水吸收热量较多，即在过程②中铝块放出的热量多，即铜块放出的热量比铝块少；由于铝的温度变化小，由可知，铝块的比热容大。 【对点训练二】在探究“不同物质吸热能力”的实验中，实验装置如图甲、乙所示。 加热时间/min 0 1 2 3 4 甲的温度/ 30 34 38 42 46 乙的温度/ 10 18 26 34 42 （1）实验中应取___________（选填“质量”或“体积”）相同的甲、乙两种液体，分别倒入相同的烧杯中，使用规格___________（选填“相同”或“不同”）的电加热器加热。实验中通过___________（选填“升高的温度”或“加热时间”）来比较甲和乙两种液体吸收热量的多少，这在物理学上是典型的___________法； （2）实验数据如上表所示，___________（选填“甲”或“乙”）液体的吸热能力强。如果要在甲、乙两种液体中选择一种液体作为冷却剂，你认为___________（选填“甲”或“乙”）液体较为合理； （3）图丙中①是乙加热时温度随时间变化的图线，如果将初温相同的乙物质质量增加到原来的2倍，不考虑热损失，用相同的加热器加热，再绘制出一条温度随时间变化的图线，则为图中的___________（填“①”“②”或“③”）。 【答案】 质量 相同 加热时间 转换 甲 甲 ③ 【详解】（1）[1][2]在探究“不同物质吸热能力”的实验过程中，不同的物质吸收热量的多少与它们的吸热能力强弱和质量都有关，所以实验中要控制不同物质的质量相等；不同物质在相同时间内吸收的热量相同，所以应取质量相同的甲、乙两种液体，分别倒入相同的烧杯中，使用规格相同的电加热器加热，确保它们在相同时间内吸收的热量相同。 [3]因为不同液体在相同时间内吸收的热量相同，加热时间越长，物质吸收的热量越多，所以本实验，通过加热时间来比较甲、乙两种液体吸收热量的多少。 [4]热量的多少无法直接测量，通过加热时间间接观察，在物理学中属于转换法。 （2）[5]由图表数据可知，加热相同的时间，甲液体温度升高了，乙液体温度升高了，乙液体温度升高的比甲液体多，说明甲液体吸热能力强，乙液体吸热能力弱。 [6]如果要在甲、乙两种液体中选择一种液体作为冷却剂，由于吸收相同的热量甲液体温度升高得少，故甲液体作为冷却剂较为合理。 （3）如果将初温相同的乙物质质量增加到原来的2倍，不考虑热损失，用相同的加热器加热，在相同的时间内吸收相同的热量，由可知，增加质量后的乙物质升高的温度是质量增加前升高温度的一半，即增加质量后的乙物质升高的温度比质量增加前升高的温度低，故为图中的第③条。 易错点03 热平衡问题 【对点训练一】如图甲所示，把质量为250g的凉牛奶置于盛有热水的敞口玻璃杯中加热，经过一段时间，牛奶和热水的温度随时间的变化图象如图乙所示。已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，c奶=2.5×103J/(kg·℃)。求： （1）牛奶不再升温时吸收的热量； （2）若损失的热量占60%，则水放出的热量； （3）水的质量是多少千克（结果保留两位小数）。 【答案】（1）1.25×104J；（2）3.125×104J；（3）0.19kg 【详解】解：（1）凉牛奶置于盛有热水的敞口玻璃杯中加热，牛奶的温度是升高的，热水的温度是降低的，则图乙中b曲线是牛奶，a曲线是热水，牛奶不再升温时，温度变化量为20℃，c奶=2.5×103J/(kg·℃)，牛奶的质量为0.25kg，根据比热容公式可知，牛奶不再升温时吸收的热量为 牛奶不再升温时吸收的热量为1.25×104J。 （2）由（1）解析可知，牛奶不再升温时吸收的热量为1.25×104J，若损失的热量占60%，则牛奶吸收的热量占40%，则水放出的热量为 水放出的热量为3.125×104J。 （3）从图乙可以看到，水的温度变化量为40℃，c水=4.2×103J/(kg·℃)，由（2）解析可知，水放出的热量为3.125×104J，根据比热容公式可知，水的质量为 水的质量约是0.19kg。 答：（1）牛奶不再升温时吸收的热量为1.25×104J； （2）若损失的热量占60%，则水放出的热量为3.125×104J； （3）水的质量约是0.19kg。 【对点训练二】如图甲所示，为了提倡环保型新能源开发，某学校学生宿舍使用太阳能热水器。由于晴天热水器产生的水温过高不可直接洗浴，所以浴室安装了如图乙所示的混水阀。通过混水阀可以将冷水管中的20℃的冷水与储存的80℃热水按照一定比例混合，得到一定温度的温水（不计冷热水混合过程的热损失）。下表所示的是物理兴趣小组在某个晴天获得的相关信息。比热容为c＝4.2×10³ J/(kg∙℃)，求： 热水器装水量/t 冷水温度/℃ 热水温度/℃ 10 20 80 (1)该热水器中的水在晴天吸收的热量是多少焦？ (2)某次洗澡过程中，热水管流入3kg热水，冷水管流入5kg冷水，则混合后的温水温度为多少摄氏度？ (3)若调节混合后的温水温度为40℃，当热水器储存的热水全部用完，可为全体学生提供多少吨40℃温水？ 【答案】(1) 2.52×10⁹ J (2) 42.5 ℃ (3) 30 t 【详解】（1）热水器内水的质量m＝10 t＝1.0×104 kg 该热水器中的水在晴天吸收的热量是Q＝(1.0×104kg)×(4.2×103 J/(kg∙℃))×(60 ℃)＝2.52×109 J （2）设混合后温度为t。根据热量平衡，则 解得混合后的温水温度为t＝42.5 ℃。 （3）当热水与冷水混合成40 ℃时，根据热量平衡，则 解得需要的冷水为 当热水器储存的热水全部用完，可为全体学生提供的温水为 易错点04 热机的工作流程分析 【对点训练一】如图甲所示，用手反复弯折铁丝，铁丝会变热，这是通过___________（做功/热传递）的方式改变内能，此过程的能量转化方式与图乙中的___________（填字母）能量转化是一致的；若一台汽油机飞轮的转速是1200r/min，这台汽油机的活塞每秒钟完成___________次做功冲程，在做功冲程中，推动活塞一次做功1500J，那么这台汽油机的功率为___________W；若该过程中汽油燃烧不充分，汽油的热值将___________（变大/变小/不变）。 【答案】 做功 C 10 不变 【详解】[1]用手弯折铁丝，对铁丝做功，机械能转化为内能，内能增加，温度升高，铁丝会变热，即这是通过做功的方式改变内能。 [2]在图C，图D两图中的进气门和排气门都关闭，图D中的活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能；图C中的活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，所以用手弯折铁丝过程能量转化与C图能量转化是一致的。 [3][4]汽油机的一个工作循环包含四个冲程，飞轮转两周。一台四冲程汽油机飞轮的转速是1200r/min=20r/s 则该汽油机每秒钟完成40个冲程。其中只有一个冲程对外做功，所以，汽油机每秒钟完成10次做功冲程，每秒做的总功为 那么这台汽油机的输出功率为 [5]热值是燃料的一种特性，和燃料的质量大小以及燃烧情况无关，所以若汽油燃烧不充分，汽油的热值将不变。 【对点训练二】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和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。 （1）如图A所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程顺序是______（按“甲、乙、丙、丁”重新排序），______图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将燃料燃烧放出的______能转化为机械能。汽车发动机通常用水做冷却剂是因为水的______； （2）如图B所示是某小轿车汽油机工作时的能量转化示意图，则该汽油机的效率是______，该车完全燃烧2L汽油，释放的热量是______J，若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能是______J。（汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg）； （3）近年来，我国汽车保有量在迅速增长。若一辆汽车每年耗油1.8t，汽车发动机的平均效率为25%，如果能把发动机效率提高1%，则每辆汽车每年大约可节约______kg汽油（结果保留整数）。 【答案】 甲丙丁乙 丁 内 比热容大 30% 6.44×107 1.932×107 69 【详解】（1）[1]甲中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程；乙中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程；丙中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是第二冲程；丁中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，是第三冲程。故一个汽缸正常工作四个冲程顺序是排序为：甲丙丁乙。 [2][3]做功冲程燃料燃烧，把化学能转化为内能，高温高压的燃气对活塞做功，把内能转化为机械能，给汽车提供动力。 [4]汽车发动机工作时产生大量热量，这些热量如果不迅速转移，就可能损害发动机，由于水的比热容较大，质量和初温相同的水和其它液体相比较，升高相同的温度时，水吸收的热量多，因此汽车发动机通常用水做冷却剂。 （2）[5]该汽油机的效率 2L汽油的质量 m汽油=ρ汽油V=0.7×103kg/m3×2×10-3m3=1.4kg [6]该车完全燃烧2L汽油，释放的热量 Q=m汽油q=1.4kg×4.6×107J/kg=6.44×107J [7]若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能 W有=ηW总=30%×6.44×107J=1.932×107J （3）[8]内燃机效率提高1%，此时内燃机的效率 η2=η1+1%=25%+1%=26% 由于 可知 因为内燃机效率提高后有用功是相同的，所以每辆汽车的有用功 η1qm1=η2qm2 则 则每辆汽车每年节约燃油的质量 易错点05 加热效率的计算 【对点训练一】氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，如图为一辆我国设计制造的氢能源公交车。 标准大气压环境]，求： (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 (2)若这些热量被质量为200kg、温度为20℃的水吸收后，水温升高70℃。则加热水的效率为多少？ (3)若本次投放运营的氢能公交车发动机的热机效率为60%，如果完全燃烧0.6kg的氢燃料，则这些热量能让该氢能公交车以84kW的恒定功率匀速行驶多长时间？ 【答案】(1) (2)70% (3)600s 【详解】（1）氢燃料完全燃烧放出的热量为 （2）水吸收的热量为 加热效率为 （3）发动机有用功为 行驶时间为 【对点训练二】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80%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400g；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0.3×103J/（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像如图乙所示（部分图像未画出）。求： (1)加热15s时，1个加热器放出的热量为多少； (2)甲液体的比热容为多少； (3)合金球的质量为多少。 【答案】(1)1.5×104J (2)1.5×103J/（kg·℃） (3)6.4kg 【详解】（1）加热15s时，1个加热器放出的热量 （2）加热15s时甲液体吸收的热量 甲液体的比热容 （3）加热60s时，乙液体吸收的热量 由乙图可知，加热60s，乙液体升高的温度 将合金球放入乙液体中，乙液体降低的温度 两过程中乙液体放出的热量与其吸收的热量的比值 乙液体放出的热量为 从球放入到达到热平衡不计热损失，则合金球吸收的热量与乙液体放出的热量相等 合金球的温度变化量 由可得，合金球的质量为 易错点06 热机效率的计算 【对点训练一】图中三峡水电站是世界上最大的水力发电站，年平均发电量约为8.5×1010kW•h，据专家介绍，三峡水电站的年发电量相当于一个每年消耗5×1010kg标准煤的火力发电站的年发电量。这些电能被送往华东、华中等地区，所以人们常说“三峡可‘照亮’半个中国”。 （1）已知标准煤的热值约为3×107J/kg，则5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出多少热量？ （2）向大气中排放过量的CO2等气体，是造成“温室效应”的主要原因。三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年少排放CO21.2×1011kg，已知在通常情况下，CO2气体的密度约为2kg/m3，这些CO2气体的体积约为多少？ （3）设火力发电站在一年内产生的电能为E，它在一年内消耗的标准煤完全燃烧后所释放的热量为Q。试根据上述资料估算火力发电站的效率。 【答案】（1）1.5×1018J；（2）6×1010m3；（3）20.4% 【详解】解：（1）5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出的热量为 Q=qm=3×107J/kg×5×1010kg=1.5×1018J （2）由题知，三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年少排放CO21.2×1011kg，且在通常情况下CO2气体的密度约为2kg/m3，根据公式可知，这些CO2气体的体积为 （3）由题意可知，该火力发电站年平均发电量约为 E=8.5×1010kW•h=8.5×1010×3.6×106J=3.06×1017J 则火力发电站的效率为 答：（1）5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出1.5×1018J的热量； （2）这些CO2气体的体积约为6×1010m3； （3）火力发电站的效率为20.4%。 【对点训练二】图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量，当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量的25%停止供电。汽车的某些参数如表所示。（q汽油=4.6×107J/kg） 电机 输出最大功率/kW 40 电池 输出电压/V 300 最大容量/J 1.0×108 整车 质量/t 1.8 （1）某次测试中，该车以50km/h的速度在平直公路上匀速行驶1h，观察仪表盘，蓄电池储存的能量由最大值的45%增大至75%，求： ①5kg汽油完全燃烧放出的热量； ②本次测试汽车的能量利用率（结果保留一位小数）； （2）另一次测试中，只用蓄电池提供动力且输出电能全部转化为机械能，该车在电池充满电的情况下以60km/h的速度最多可行驶多少km？ 【答案】（1）①2.3×108J；②34.8%；（2）50km 【详解】解：（1）①5kg汽油完全燃烧放出的热量为 Q放＝mq汽油＝5kg×4.6×107J/kg＝2.3×108J ②由图乙可知，当车的速度为50km/h时汽车受到的阻力f＝1000N，由于车匀速行驶，车受到的阻力与牵引力是一对平衡力，车的牵引力为 F＝f＝1000N 路程为 车所做的机械功为 W＝Fs＝1000N×50×1000m＝5×107J 蓄电池增加的电能为 W电＝（75%﹣45%）×1.0×108J＝3×107J 所以车获得的有用功为 W总＝W+W电＝5×107J+3×107J＝8×107J 本次测试汽车的能量利用率为 （2）根据题意可知，电池一次能提供的电能为 W′＝（1﹣25%）×1.0×108J＝7.5×107J 根据题意可知，车获得的机械能为 W机械＝W′＝7.5×107J 由图乙可知，当车速为60km/h时，汽车受到的阻力f′＝1500N，,由于车匀速行驶，车受到的阻力与牵引力是一对平衡力，车的牵引力为 F′＝f′＝1500N 由W＝Fs可知，该车行驶的路程为 答：（1）①5kg汽油完全燃烧放出的热量为2.3×108J； ②本次测试汽车的能量利用率为34.8%； （2）该车在电池充满电的情况下以60km/h的速度最多可行驶50km。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十二章 机械能和内能 第1节 机械能 一、动能 1.认识能量 一个物体能够 ，我们就说这个物体具有能量，简称能。能量是表示物体 本领大小的物理量，单位是 。 注意： “能够做功”只表示物体具有做功的可能性，并不代表物体正在做功。 2.认识动能 能量的形式多种多样，运动的物体能对其他物体做功，具有能量，如：运动着的锤子能钉钉子，高速运动的子弹能射穿鸡蛋，流动的河水能推动水轮机，物理学中将这种物体由于运动而具有的能量叫作 。 3.影响动能大小的因素 物体的动能与 和 有关，速度越大、质量越大，物体的动能越大。 探究动能影响因素实验中用到的实验方法： ①探究动能大小与质量、速度的关系时，使用 法； ②通过比较物块被推动的距离来反映动能的大小，使用 法。 二、势能 势能分为 和 。 1.重力势能 （1）定义：地球上的物体始终受到竖直向下的重力作用；当物体下落时，重力对其做功，这说明重力具有做功的本领，具有能量。物理中，将物体由于被举高而具有的能量叫作重力势能。 （2）重力势能的影响因素：物体的质量越大，被举得越高，重力势能就越大。 2.弹性势能 （1）定义：发生 的物体具有弹力；当外力撤去时，弹力对其做功，这说明弹力具有做功的本领，具有能量。物理中，将物体由于发生 而具有的能量叫作弹性势能。 （2）弹性势能的影响因素：物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。 三、机械能及其转化 1.机械能 物理学中，将 与 统称为机械能。一个物体可以同时具有动能和势能，且动能与势能还可以相互转化。例如：荡秋千时，人的高度和速度都在不断变化，动能与重力势能都在不断变化。 2.动能和势能的相互转化 动能和势能之间可以相互转化 能量的转化方向 实例 动能 → 重力势能 物体被竖直向上抛出后的上升过程；滚摆上升 重力势能 → 动能 物体从高处下落；滚摆下降 动能 → 弹性势能 运动的物体压缩弹簧 弹性势能 → 动能 被压缩的弹簧将物体弹开 3. 机械能守恒 如果只有 和 相互转化，没有机械能转化为其他形式的能（如不计空气阻力和摩擦），那么机械能的总量保持不变。这是一个理想化的规律，也称为机械能守恒定律。 易错辨析：在判断机械能是否变化时，不能只看速度或高度是否不变。例如，飞机在空中水平匀速飞行的同时向地面投放物资，速度不变但质量减小，因此动能减小，重力势能也减小，机械能减小。 第2节 内能 热传递 一、分子热运动（内能的微观基础） 1.物质是由大量 组成的。 2.分子在 。 越高，分子的无规则运动越剧烈，这种运动叫做热运动。 3.分子之间存在相互作用的 和 。 4.扩散现象（不同物质相互接触时彼此进入对方）是分子不停做无规则运动的直接证据。 二、内能 1.定义：物体内部所有分子做无规则运动的 和 的总和，叫做物体的内能。 2.内能的关键理解：内能是大量分子的集体能量，一切物体在任何情况下都具有内能（因为分子永不停息地运动），内能不可能为零。 3. 影响内能大小的因素： （1） ：同一物体，温度越高，分子热运动越剧烈，内能越大。 （2） ：在温度相同时，物体的质量越大（分子数目越多），内能越大。 （3） ：同种物质在相同温度下，不同物态（如冰和水）的分子间距离和相互作用不同，内能也不同。 三、热传递——改变内能的一种方式 1.热传递的条件与方向：当物体之间或同一物体的不同部分之间存在 时，就会发生热传递。热传递过程中，能量（热量）总是从高温处转移到低温处，直到热平衡（即温度相等）为止。 2.热传递改变内能的实质：热传递改变内能的实质是内能的 ——能量从一个物体（或一部分）转移到另一个物体（或一部分），能量的形式没有发生变化，仍然是内能。 3.热传递的三种方式： （1）传导（热传导）：热量沿着物体从高温部分传到低温部分，靠分子、原子的振动和碰撞传递。主要在固体中发生，金属导热性能好。例如：铁勺放进热汤里，勺柄变热。 （2）对流：靠液体或气体的流动传递热量。流体受热膨胀、密度变小上升，冷的部分下降，形成循环流动。例如：烧水时水的对流、暖气使房间空气变暖。 （3）辐射：热量以电磁波的形式向外传递，不需要介质，可以在真空中进行。例如：太阳的热传到地球、火炉旁感到热。 四、做功——改变内能的另一种方式 1.做功改变内能的两种情况 外界对物体做功：物体的内能 （如压缩气体、摩擦生热）。 物体对外界做功：物体的内能 （如气体膨胀推动活塞）。 2. 做功改变内能的实质：做功改变内能的实质是能量的 ——其他形式的能（机械能等）与内能之间的相互转化，能量的形式发生了改变。 五、温度、热量、内能的辨析 （1）物体温度升高，内能 增大（同一物体）。 （2）物体内能增大，温度 升高（如冰熔化过程中吸热、内能增大，但温度保持0℃不变）。 （3）物体吸收热量，温度 升高（晶体熔化、液体沸腾时吸热但温度不变）。 第3节 物质的比热容 一、探究：物质吸热升温的现象 1.问题：物体吸收热量的多少与哪些因素有关？ 2.猜想：与水的质量、升高的温度、物质的种类有关。 3.实验方法： 法：探究与物质种类的关系时，控制质量和升高的温度相同。 法：用加热时间的长短来反映物质吸收热量的多少（必须使用相同的加热装置，保证单位时间内供给的热量相同）。 4. 实验结论： 质量相等、升高温度相同的不同物质，吸收的热量不同。这说明不同物质的吸热本领不同。 二、比热容 1.比热容的定义：物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，叫作比热容。用符号c表示。 2.公式与单位 定义式： 。 单位：J/(kg·℃)，读作“焦耳每千克摄氏度”。 3.比热容的物理意义：比热容在数值上等于单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量。 4.比热容是物质的属性：比热容是物质的一种物理属性，由物质的种类和状态决定，与物体的质量、温度变化量、吸收或放出热量的多少 。同种物质在同一状态下，比热容是确定的，不同物质一般具有不同的比热容。 5.水的比热容：c水=，水的比热容是常见物质中最大的，表示水的吸热或放热本领更强。 6.水的比热容较大的应用： 应用或现象 原理 用水作冷却剂（发动机冷却） 质量一定、升高相同温度时，水吸收的热量多，冷却效果好 用水取暖（暖气片） 质量一定、降低相同温度时，水放出的热量多，取暖效果好 沿海地区昼夜温差比沙漠小 海水比热容大，吸热升温慢、放热降温也慢；沙子比热容小，温度变化剧烈 海陆风 白天陆地升温快，陆地热空气上升，海面冷空气吹向陆地（海风）；夜晚陆地降温快，海面热空气上升，陆地冷空气吹向海洋（陆风） 三、热量的计算 1.吸热公式： 2.放热公式： 其中t 0为初温，t为末温，Δt 取正值（温度变化的绝对值）。 第4节 机械能与内能的相互转化 一、机械能转化为内能 对物体做功，物体的内能 ，这是机械能转化为内能的过程。 典型实例：压缩冲程（内燃机）中，活塞压缩气缸内的气体，活塞的机械能转化为气体的内能，气体的温度升高。摩擦生热（克服摩擦做功）也属于机械能转化为内能。 二、内能转化为机械能 物体对外做功，物体的内能 ，这是内能转化为机械能的过程。 典型实例：在试管中加热水至沸腾，水蒸气膨胀对外做功，将木塞推出。水蒸气的内能转化为木塞的机械能，同时水蒸气自身的内能减小、温度降低。内燃机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞运动，也是内能转化为机械能。 三、热机 1.热机的定义及其能量转化：热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的 转化为 的装置。 能量转化链条：燃料的化学能 →（燃烧）→ 燃气的内能 →（做功）→ 机械能 2.内燃机： 燃料在气缸内部燃烧的热机叫做内燃机。常见的内燃机有 和 。 3.四冲程汽油机的工作循环 冲程 进气门 排气门 活塞运动 能量转化 说明 吸气冲程 打开 关闭 向下 — 吸入空气和燃料的混合气体 压缩冲程 关闭 关闭 向上 机械能→内能 混合气体被压缩，温度升高 做功冲程 关闭 关闭 向下 内能→机械能 火花塞打火，混合气体猛烈燃烧，产生高温高压燃气推动活塞 排气冲程 关闭 打开 向上 — 将废气排出汽缸 注意：四个冲程中，只有 冲程是燃气对外做功、实现 向 转化的冲程，其它三个冲程依靠飞轮的 完成。压缩冲程则是机械能向内能转化。一个工作循环中，包括 个冲程，活塞往复 次，曲轴转 圈，对外做功 次。 4.汽油机和柴油机的差异： 汽油机 柴油机 结构 顶部有火花塞 顶部有喷油嘴 吸气冲程 吸入空气和汽油的混合物 只吸入空气 点火方式 火花塞点燃（点燃式） 喷油嘴喷出柴油，压燃（压燃式） 特点 轻巧，用于汽车、小型飞机 功率较大，热效率较高，用于载重汽车、拖拉机、坦克、轮船 四、燃料的热值 1.热值的定义：燃料 与 之比，叫作这种燃料的热值。燃料的热值用q表示，单位是焦/千克，符号为J / kg。对于气体燃料，人们通常采用焦/立方米 作为热值的单位，符号为J / m3。 2.热值是燃料的属性：热值也是燃料本身的一种属性，只与燃料的 有关，与燃料的质量、是否完全燃烧无关。 3.燃料燃烧放热的计算： 公式： （固体或液体燃料) （气体燃料）。 注意：该公式计算的是燃料完全燃烧时放出的热量。 五、热机的效率 1.热机效率的定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。 2.公式： 3.能量损失的主要途径：热机工作时，燃料完全燃烧放出的能量中，只有一部分转化为有用功，其余大部分以各种形式损失掉。主要损失包括：废气带走的能量（通常占比最大）、冷却水带走的热量、克服摩擦做功消耗的能量、燃料不完全燃烧的损失等。 4.提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；减少各种热损失（如利用废气的能量）；减小摩擦；优化热机结构，提高能量利用率。 注意：能量损失不可避免，热机效率总是小于 100%。 易错点01 机械能转化及其守恒 【对点训练一】如图是探究“动能大小与哪些因素有关”的实验装置图。其中，小球质量，由静止开始释放的高度。 (1)动能是指________（硬纸盒/小球/斜面）碰撞________（前/后）动能；上述三次实验中，图中________（A/B/C）钢球动能最大； (2)通过甲、乙两次实验，可以得到：________（选填序号：①动能与速度的关系，②动能与高度的关系）； (3)做丙图实验时，硬纸盒被撞后滑出木板掉落，为防止因此造成硬纸盒损坏需改进丙图实验，再与乙图实验对比。在不改变木板长度的情况下，应采用以下方法________（填写正确选项前的字母）； A．换用质量比B小的钢球 B．给水平木板铺上毛巾 C．适当降低钢球的初始高度 D．换用一个较结实的木块 (4)做乙图实验时，钢球撞硬纸盒后继续向前运动，硬纸盒在水平木板上滑动0.5 m后停下，硬纸盒在滑动过程中受到0.6 N的摩擦力，则硬纸盒克服摩擦力所做的功________J，设钢球与硬纸盒碰撞前的动能为，则________W（大于/等于/小于）； (5)有同学将实验装置改进成图丁所示； A．若用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较，可以研究小球的动能大小与________的关系； B．若用甲、乙两个质量不同的小球（）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，当弹簧弹开小球时，在不考虑能量损失的情况下甲、乙两个小球获得动能是________（甲大/乙大/相等），则甲、乙两个小球在这一瞬间的速度________（大于/小于/等于），所以该实验________（可以/不可以）研究动能大小跟质量的关系。 【对点训练二】小明在老师的指导下用小球和弹性很好的轻质橡皮筋等器材进行了如下实验与探究： 让一系于橡皮筋一端的小球从某悬挂点的正下方点由静止释放如图甲所示，整个下落过程中，橡皮筋所受弹力与小球下落高度的关系如图乙所示；小球下落的速度与下落高度的关系如图丙所示。（不计空气阻力） (1)小球从点运动到点过程中，到达点瞬间，橡皮筋受到的拉力为___________；当橡皮筋的伸长量最大时，小球的速度为___________（选填“”、“”或“0”），此时，小球处于___________状态（选填“平衡”或“非平衡）； (2)从点运动到B点过程中小球的动能___________，重力势能___________，机械能___________（填“变大”“变小”或者“不变”）； (3)实验中所用小球的重力为___________。（用图乙中给的字母符号表示） 易错点02 比热容的相关实验探究 【对点训练一】在“比较不同物质吸热能力”的实验中，将甲、乙两种不同的液体分别放入两个相同的烧杯内，用相同的电加热器同时加热；记录相关数据，并绘制如甲图所示的图像（不计热量损失）； (1)实验时，选用初温和__________均相等的甲，乙两种液体； (2)乙液体的比热容__________（选填“大于”、“等于”或“小于”）甲液体；所以__________（选填“甲”或“乙”）液体更适合制作冷却液； (3)若甲液体比热容是，5kg的甲液体在内吸收的热量为__________J； (4)小林同学受到小明实验的启发，设计了如下实验来比较铜和铝的比热容大小； ①小林将质量相等的铜块和铝块放入持续沸水中加热足够长时间，如乙图所示（加热装置未画出）； ②再将铜块和铝块分别放入盛有质量相等、温度__________（选填“相同”或“不相同”）的水的A、B两容器中，并将容器用隔热材料密封，如丙图所示； ③经过足够长的时间后，同时测量A、B两容器中水的温度，记录数据分别为40℃和47℃； ④可见铜块放出的热量比铝块___________（选填“多”或“少”），由此可以判断出__________（选填“铜块”或“铝块”）的比热容大。 【对点训练二】在探究“不同物质吸热能力”的实验中，实验装置如图甲、乙所示。 加热时间/min 0 1 2 3 4 甲的温度/ 30 34 38 42 46 乙的温度/ 10 18 26 34 42 （1）实验中应取___________（选填“质量”或“体积”）相同的甲、乙两种液体，分别倒入相同的烧杯中，使用规格___________（选填“相同”或“不同”）的电加热器加热。实验中通过___________（选填“升高的温度”或“加热时间”）来比较甲和乙两种液体吸收热量的多少，这在物理学上是典型的___________法； （2）实验数据如上表所示，___________（选填“甲”或“乙”）液体的吸热能力强。如果要在甲、乙两种液体中选择一种液体作为冷却剂，你认为___________（选填“甲”或“乙”）液体较为合理； （3）图丙中①是乙加热时温度随时间变化的图线，如果将初温相同的乙物质质量增加到原来的2倍，不考虑热损失，用相同的加热器加热，再绘制出一条温度随时间变化的图线，则为图中的___________（填“①”“②”或“③”）。 易错点03 热平衡问题 【对点训练一】如图甲所示，把质量为250g的凉牛奶置于盛有热水的敞口玻璃杯中加热，经过一段时间，牛奶和热水的温度随时间的变化图象如图乙所示。已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，c奶=2.5×103J/(kg·℃)。求： （1）牛奶不再升温时吸收的热量； （2）若损失的热量占60%，则水放出的热量； （3）水的质量是多少千克（结果保留两位小数）。 【对点训练二】如图甲所示，为了提倡环保型新能源开发，某学校学生宿舍使用太阳能热水器。由于晴天热水器产生的水温过高不可直接洗浴，所以浴室安装了如图乙所示的混水阀。通过混水阀可以将冷水管中的20℃的冷水与储存的80℃热水按照一定比例混合，得到一定温度的温水（不计冷热水混合过程的热损失）。下表所示的是物理兴趣小组在某个晴天获得的相关信息。比热容为c＝4.2×10³ J/(kg∙℃)，求： 热水器装水量/t 冷水温度/℃ 热水温度/℃ 10 20 80 (1)该热水器中的水在晴天吸收的热量是多少焦？ (2)某次洗澡过程中，热水管流入3kg热水，冷水管流入5kg冷水，则混合后的温水温度为多少摄氏度？ (3)若调节混合后的温水温度为40℃，当热水器储存的热水全部用完，可为全体学生提供多少吨40℃温水？ 易错点04 热机的工作流程分析 【对点训练一】如图甲所示，用手反复弯折铁丝，铁丝会变热，这是通过___________（做功/热传递）的方式改变内能，此过程的能量转化方式与图乙中的___________（填字母）能量转化是一致的；若一台汽油机飞轮的转速是1200r/min，这台汽油机的活塞每秒钟完成___________次做功冲程，在做功冲程中，推动活塞一次做功1500J，那么这台汽油机的功率为___________W；若该过程中汽油燃烧不充分，汽油的热值将___________（变大/变小/不变）。 【对点训练二】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和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。 （1）如图A所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程顺序是______（按“甲、乙、丙、丁”重新排序），______图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将燃料燃烧放出的______能转化为机械能。汽车发动机通常用水做冷却剂是因为水的______； （2）如图B所示是某小轿车汽油机工作时的能量转化示意图，则该汽油机的效率是______，该车完全燃烧2L汽油，释放的热量是______J，若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能是______J。（汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg）； （3）近年来，我国汽车保有量在迅速增长。若一辆汽车每年耗油1.8t，汽车发动机的平均效率为25%，如果能把发动机效率提高1%，则每辆汽车每年大约可节约______kg汽油（结果保留整数）。 易错点05 加热效率的计算 【对点训练一】氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，如图为一辆我国设计制造的氢能源公交车。 标准大气压环境]，求： (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 (2)若这些热量被质量为200kg、温度为20℃的水吸收后，水温升高70℃。则加热水的效率为多少？ (3)若本次投放运营的氢能公交车发动机的热机效率为60%，如果完全燃烧0.6kg的氢燃料，则这些热量能让该氢能公交车以84kW的恒定功率匀速行驶多长时间？ 【对点训练二】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80%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400g；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0.3×103J/（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像如图乙所示（部分图像未画出）。求： (1)加热15s时，1个加热器放出的热量为多少； (2)甲液体的比热容为多少； (3)合金球的质量为多少。 易错点06 热机效率的计算 【对点训练一】图中三峡水电站是世界上最大的水力发电站，年平均发电量约为8.5×1010kW•h，据专家介绍，三峡水电站的年发电量相当于一个每年消耗5×1010kg标准煤的火力发电站的年发电量。这些电能被送往华东、华中等地区，所以人们常说“三峡可‘照亮’半个中国”。 （1）已知标准煤的热值约为3×107J/kg，则5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出多少热量？ （2）向大气中排放过量的CO2等气体，是造成“温室效应”的主要原因。三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年少排放CO21.2×1011kg，已知在通常情况下，CO2气体的密度约为2kg/m3，这些CO2气体的体积约为多少？ （3）设火力发电站在一年内产生的电能为E，它在一年内消耗的标准煤完全燃烧后所释放的热量为Q。试根据上述资料估算火力发电站的效率。 【对点训练二】图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量，当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量的25%停止供电。汽车的某些参数如表所示。（q汽油=4.6×107J/kg） 电机 输出最大功率/kW 40 电池 输出电压/V 300 最大容量/J 1.0×108 整车 质量/t 1.8 （1）某次测试中，该车以50km/h的速度在平直公路上匀速行驶1h，观察仪表盘，蓄电池储存的能量由最大值的45%增大至75%，求： ①5kg汽油完全燃烧放出的热量； ②本次测试汽车的能量利用率（结果保留一位小数）； （2）另一次测试中，只用蓄电池提供动力且输出电能全部转化为机械能，该车在电池充满电的情况下以60km/h的速度最多可行驶多少km？ 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $