2018-2019學年九年級物理全冊 第十三章 內能、比熱容與機械能講義 （新版）新人教版.doc

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內能、比熱容、機械能 漫畫釋義 知識互聯網 模塊一 機械能 知識導航 能的含義 ①能是物體具有的做功本領． ②一個物體能做多少功, 它就具有多少能．注意“能做功”并不意味著它正做功或一定做功．能的種類很多, 如機械能、內能、電能、原子能、化學能等, 能的國際單位是“焦”．符號“J” 機械能 動能 勢能(包括: 重力勢能、彈性勢能) 動能 ①動能——物體由于運動而具有的能． ②動能大小的影響因素: 質量、速度(物體的質量越大, 速度越大, 它的動能就越大．) 重力勢能 ①重力勢能——物體由于被舉高而具有的能. ②重力勢能大小的影響因素: 質量、被舉的高度 (質量越大, 舉得越高, 它的重力勢能就越大) 彈性勢能 彈性勢能——物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能． 彈性物體的彈性越強, 形變越大, 它具有的彈性勢能就越多 能量的轉化 ①在一定條件下, 各種不同形式的能量之間是可以相互轉化的 ②在能量轉化中, “功”是能量轉化的量度, 做功可以實現能量的轉化, 并且做多少功, 就意味著有多少能量發(fā)生轉化． ③物體的勢能和動能是可以互相轉化的．如果沒有摩擦等阻力, 那么在勢能和動能的相互轉化過程中, 機械能的總量保持不變． 夯實基礎 【例1】 說明下列物體具有什么形式的機械能 (1)坦克(玩具)中被卷緊的發(fā)條： ; (2)正在升空的“長征二號”火箭： ; (3)葛洲壩大壩內上游的水： ． 【答案】 (1)彈性勢能; (2)動能和重力勢能; (3)重力勢能． 【例2】 如圖是探究物體動能大小與物體的質量、速度的關系的示意圖. (1)在探究動能與速度的關系時, 要保持________不變, 讓小球從________(填“相同”或“不同”)的高度滾下, 以不同的速度推動木塊移動. (2)要探究動能與物體質量的關系時, 要保持________相同, 就是讓質量不同的小球從____________滾下. (3)物理研究方法有許多, 如等效替代法、類比法、對比法、控制變量法等. 本實驗運用了兩種研究方法：一是____________法; 二是轉換法, 就本題來說用 來表示小球動能大小的方法就是轉換法. 【答案】 (1)質量;　不同　 (2)速度;　同一高度　(3)控制變量;小球推動木塊移動的距離. 【例3】 為探究重力勢能的大小與什么因素有關, 小華利用帶有四個鐵釘的小方桌、沙箱及質量不同的重物設計并進行了如圖所示實驗. (1)實驗中通過觀察__________________________________來判斷物體重力勢能的大小. (2)若要探究重力勢能大小與高度的關系應選擇圖_________和圖_____進行分析比較. (3)圖2和圖3探究的問題是_________________________________________________. 【解析】本題考查控制變量法及轉換法的應用. 【答案】 (1)小方桌陷入沙中的深度 (2)1 2 (3)重力勢能大小與質量有何關系 能力提升 【例4】 如圖所示, 一輛在水平路面上勻速行駛的灑水車正在灑水作業(yè), 關于該灑水車, 下列說法正確的是(　　) A．機械能不變, 重力勢能不變 B．機械能變小, 重力勢能動能變小 C．機械能不變, 動能變小 D．機械能變小, 動能不變 【答案】 B 【例5】 由高性能復合材料制成的撐桿, 已經成為決定撐桿跳高勝負的關鍵．這主要是因為這種高性能復合材料比傳統(tǒng)撐桿材料具有更好的 (填一種物理性質); 在撐桿跳高運動員越過橫桿之后下落的過程中, 他的 轉化為動能． 【答案】 彈性、重力勢能 A B C 【例6】 (多選)一個小球由A點自由下落時, 相繼經過B、C兩點, 如圖所示, AB=BC(忽略空氣阻力), 則下列分析中正確的是(　　) A．物體在下落過程中, 一定受非平衡力的作用 B．在AB、BC兩段內的平均速度相等 C．在AB、BC兩段內重力做功相等 D．在A、B、C三點處物體具有的機械能相等 【解析】A選項: 在忽略空氣阻力的情況下, 小球自由下落的過程中只受到重力的作用, 合力不為0, 加速下落, 所以A正確. B選項: 由于小球加速下落, AB=BC, 在通過相同的路程所用時間變短, tAB>tBC , 即AB段平均速度小于BC段平均速度. 所以B錯誤. C選項: 重力做功=重力豎直方向移動的距離, 重力大小不變且AB=BC, 所以兩段做功相等, C正確. D選項: 由于沒有阻力做功, 即沒有機械能與內能之間的轉化, 機械能守恒即不變, D正確. 故選ACD 【答案】 ACD 【例7】 如圖所示, 小球沿軌道由靜止從A處運動到D處的過程中, 忽略空氣阻力和摩擦力, 僅有動能和勢能互相轉化．則(　　) A．小球在A處的動能等于在D處的動能 B．小球在A處的動能大于在D處的動能 C．小球在B處的機械能小于在C處的機械能 D． 小球在B處的機械能等于在C處的機械能 【答案】 D 【例8】 (多選)小麗同學在蹦床上運動, 她從高處落下后又被彈起的過程中, 下列說法中正確的是(　　) A．蹦床形變最大時, 小麗的重力勢能最小 B．蹦床恢復原狀時, 蹦床的彈性勢能最大 C．蹦床形變增大的過程中, 小麗的動能先增加后減小 D．蹦床形變減小的過程中, 小麗的機械能先減小后增加 【答案】 AC 模塊二 分子動理論 知識導航 分子動理論 (1)物質是由大量分子所組成; 分子很小, 它的直徑以10-10m來量度 (2)分子在永不停息地做無規(guī)則的運動;(分子動能) ①分子的熱運動: 分子的無規(guī)則運動成為分子的熱運動, 溫度越高, 熱運動越激烈. ②擴散現象 (3)分子間同時存在相互作用的引力和斥力．(分子勢能) 夯實基礎 【例9】 判斷題： 1. 物質的分子之間只存在相互作用的引力(　　) 2. 擴散現象說明物質的分子在永不停息地做無規(guī)則運動(　　) 3. 陽光射入房間內看到塵土飛揚, 可以說明分子做無規(guī)則運動(　　) 4. 在房間抽煙時, 整個房間都油煙味, 說明分子在不停地做無規(guī)則運動(　　) 5. 鐵絲很難被拉斷, 說明分子之間只存在引力(　　) 6. 塑料吸盤能牢牢地吸附在玻璃上, 主要是由于分子間存在著引力(　　) 7. 橡皮筋被拉長后, 分子之間只有引力(　　) 8. 建筑工地上, 汽車駛過時塵土飛揚, 這是一種擴散現象(　　) 9. 在花叢旁聞到濃郁的花香屬于擴散現象(　　) 10. 固體很難被壓縮, 因此固體之間是不能發(fā)生擴散現象的(　　) 【答案】 1、3、5、6、7、8、10錯 2、4、9對 模塊三 內能、熱量、比熱容 知識導航 內能 物體中所有分子熱運動的分子動能和分子勢能的總和, 叫做物體的內能． 決定物體內能的因素有溫度、體積、狀態(tài)、質量等． 改變內能的方式 (1)改變內能的方式有熱傳遞和做功兩種． (2)熱傳遞的過程是內能的轉移過程, 做功的過程是內能與其他形式能的轉化過程． (3)做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的． 熱量 熱傳遞過程中吸收或放出能量的多少(用Q表示), 國際單位是焦(J) 比熱容 (1)物理意義: 比熱容是反映物質吸熱(或放熱)本領大小的物理量, 是物質的特性之一． (2)任何物質都有自己的比熱容, 物質的比熱容與質量、吸收的熱量、溫度的變化等無關． (3)單位是J/(kg℃) 即: 單位質量的某種物質溫度升高(或者降低)1℃所吸收(或者放出) 的熱量為多少焦耳. 熱量計算 物體在溫度變化過程中吸收或放出的熱量 其中c、m分別表示該物質的比熱容和物體的質量, 表示溫度的變化量． 熱值 燃料在完全燃燒時放出的熱量 m代表燃料的質量, 單位是kg; q代表燃料的熱值(燃燒值), 單位是J/kg; Q代表燃燒時放出的熱量, 單位是J． 熱平衡方程 (1)在熱傳遞過程中, 如不計熱損失, 那么高溫物體放出的熱量, 等于低溫物體吸收的熱量, 即; (2)如有熱量損失, 則．熱平衡方程反映了熱傳遞過程中能量是守恒的． 夯實基礎 【例10】 (多選)15．下列熱學現象中, 可能出現的現象是(　　) A．物體溫度不變, 它的內能也可能增加 B．現在科學家可以用一定的技術手段使一個物體內的所有分子都停止運動 C．把酒精涂在溫度計的玻璃泡上, 用扇子扇, 溫度計的讀數會降低 D．物體的運動速度越大, 物體內部分子運動的就越快, 因而物體的內能越大 【答案】 AC 【例11】 (多選)15．下列說法中, 錯誤的是(　　) A．物體吸收了熱量, 溫度一定升高 B．一個物體溫度越高, 它含有的熱量越多 C．在花叢旁聞到濃郁的花香屬于擴散現象 D．溫度和質量都相同的兩杯水具有的內能也相同 【答案】 ACD 【例12】 (多選)16.關于溫度、熱量、內能, 以下說法正確的是(　　) A．0℃的冰也有內能 B．物體的溫度越高, 所含的熱量越多 C．水沸騰時繼續(xù)吸熱, 溫度保持不變 D．溫度越低的物體, 吸收的熱量越多 【答案】 AC 【例13】 下列關于溫度、熱量和內能的說法中正確的是(　　) A．零攝氏度的物體, 它可能沒有內能 B．物體溫度不變, 它的內能一定不變 C．物體吸收熱量, 它的溫度可能不變 D．物體內能增加, 它一定吸收熱量 【答案】 C 【例14】 小明根據下表所提供的幾種物質的比熱容得出以下幾個結論, 其中正確的是(　　) 幾種物質的比熱容c/[J(kg℃)-1] 水 4.2103 冰 2.1103 酒精 2.4103 砂石 0.92103 煤油 2.1103 鋁 0.88103 水銀 0.14103 銅 0.39103 A．液體的比熱容不一定都比固體大 B．質量相等的水和煤油, 吸收相等熱量后, 煤油的溫度變化大 C．同一物質發(fā)生物態(tài)變化后, 比熱容不變 D．質量相等的鋁塊和銅塊升高相同的溫度, 鋁塊吸收的熱量多 【答案】 ABD x y 甲 乙 【例15】 (多選)如圖所示, 若x軸表示時間, y軸表示路程, 則該圖像反映了甲、乙兩物體做勻速直線運動路程與時間的關系. 若x軸和y軸分別表示其它的物理量, 則該圖像又可以反映在某種情況下, 相應的物理量之間的關系. 根據表一、表二所提供的幾種物質的比熱容和密度, 判斷下列說法中正確的是(　　) 物質 比熱容 /J(kg℃)-1 物質 比熱容 /J(kg℃)-1 物質 密度 /kgm-3 物質 密度 /kgm-3 水 4.2103 冰 2.1103 純水 1.0103 冰 0.9103 酒精 2.4103 砂石 0.92103 硫酸 1.8103 干松木 0.5103 水銀 0.14103 鐵 0.46103 水銀 13.6103 銅 8.9103 A．x軸表示物體升高的溫度, y軸表示物體吸收的熱量, 在描繪出等質量的水和冰吸收熱量和升高溫度關系的圖像中, 甲應為水的關系圖像 B． x軸表示物體升高的溫度, y軸表示物體吸收的熱量, 在描繪出等質量的砂石和鐵吸收熱量和升高溫度關系的圖像中, 甲應為砂石的關系圖像 C． x軸表示體積, y軸表示質量, 在描繪出硫酸和冰的質量和體積關系的圖像中, 甲應為冰的關系圖像 D． x軸表示體積, y軸表示質量, 在描繪出純水和干松木的質量和體積關系的圖像中, 甲應為純水的關系圖像 【答案】 ABD t/min 圖10 圖14 甲 T/℃ 乙 【例16】 兩個相同的容器分別裝有質量相同的甲、乙兩種液體. 用同一熱源分別加熱, 液體溫度與加熱時間關系圖像如圖所示. 如果升高相同的溫度, 甲液體吸收的熱量 (填“大于”、“小于”或“等于”)乙液體吸收的熱量. 【答案】 小于 【例17】 如圖所示, 用兩個相同的電加熱器分別給質量相同的甲、乙兩種物質加熱(不考慮熱損失), 實驗數據如下表, 則在加熱時間相同的情況下, 甲比乙溫度升高的得 , (選填：“多”或“少”)如果要使質量相同的甲和乙升高相同溫度, 吸收的熱量最多. 加熱時間(min) 1 2 3 4 5 6 升高溫度(℃) 甲 1 2 3 4 5 6 乙 2 4 6 8 10 12 甲 乙 加熱時間(min) 1 2 3 4 5 6 升高溫度(℃) 甲 2 4 6 8 10 12 乙 1 2 3 4 5 6 【答案】 少; 甲; 煤油 水 【例18】 為了比較水和煤油吸熱本領的大小, 小明做了如圖所示的實驗. 在兩個相同的燒杯中分別裝有質量和初溫都相同的水與煤油, 用兩個相同的酒精燈分別對其加熱. 在此實驗中, 用加熱時間長短來表示物質 的多少(選填“吸熱”或“溫度升高”). 【答案】 吸熱 【例19】 質量是2kg的水, 溫度從20℃升高到60℃, 需要吸收多少熱量? [水的比熱容為4.2103J/(kg℃)] 【答案】 Q吸＝cm(t－t0) ＝4.2103J/(kg℃)2kg(60℃－20℃) ＝3.36105J 【例20】 用功率一定的電加熱器給質量一定的某種液體均勻加熱, 研究液體升高的溫度跟吸收熱量的關系. 下表中是該實驗獲取的部分數據, 請你根據數據歸納出這種液體升高的溫度Dt跟吸收熱量Q的關系：在這種液體的________時, D t＝________. Q/103 J 25 50 75 100 125 150 175 D t/℃ 12.5 25 37.5 50 62.5 75 87.5 【答案】 質量一定; Δt =0.510-3(℃/J) Q 【例21】 小磊同學在研究水的吸放熱情況時, 測出了水的質量和水的溫度變化的關系, 他每次實驗都讓水吸收的熱量相同, 并將實驗數據記錄在表中, 其中m表示水的質量, Δt表示水的溫度變化量. 分析表中數據, 可以得出水的質量和水的溫度變化量的關系式是：____________ . Δt/℃ 2 5 10 20 25 50 m/kg 0.5 0.2 0.1 0.05 0.04 0.02 【答案】 【例22】 在測定汽油熱值的實驗中, 記錄的實驗數據如下表所示. 表中Q為汽油完全燃燒放出的熱量, m為燃燒汽油的質量. 請根據表中數據寫出Q與m的關系式： . Q/J 2.3107 4.6107 6.9107 9.2107 1.15108 1.38108 m/kg 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 【答案】 Q=(4.6107J/kg)m 模塊四 熱機 知識導航 熱 機 四沖程內燃機的工作過程由吸氣、壓縮、做功、排氣4個沖程組成．這4個沖程組成一個工作循環(huán), 每一個循環(huán), 活塞往復運動工作, 飛輪轉動兩周, 對外做功一次．做功沖程為主要沖程, 把燃氣的內能轉化為機械能, 其他3個沖程為輔助沖程, 靠飛輪的慣性帶動曲軸完成, 在壓縮沖程中, 機械能轉化為氣缸內物質的內能． 熱機的功率 功率=做功沖程燃氣平均壓強活塞面積沖程距離每秒做功次數 熱機的效率 (1) 熱機所做的有用功的那部分能量跟燃料完全燃燒所獲得的能量之比叫熱機的效率． (2) 同容量的柴油機比汽油機的效率高, 柴油機效率一般為28%～40%, 汽油機效率一般為20%～30%． 夯實基礎 【例23】 圖為四沖程汽油機工作過程的示意圖．其中表示把機械能轉化為內能的是(　　) 【答案】 B. ☆思考: 哪個沖程是將內能轉化為機械能? 哪個沖程是將機械能轉化為內能? 【例24】 如圖為汽油機工作過程中的一個沖程的示意圖, 它應是(　　) A．壓縮沖程, 機械能轉化為內能 B．壓縮沖程, 內能轉化為機械能 C．做功沖程, 機械能轉化為內能 D．做功沖程, 內能轉化為機械能 【答案】 D 【例25】 下列說法中正確的是(　　) A．物質的分子之間只存在相互作用的引力 B．熱值大的燃料, 完全燃燒放出的熱量多 C．擴散現象說明物質的分子在永不停息地做無規(guī)則運動 D．比熱容越大、質量越大、升溫越多的物體吸收熱量就越多 【答案】 CD  實戰(zhàn)演練 空氣 玻璃板 二氧化氮 【練1】 如圖所示的實驗中, 抽去中間的玻璃板, 過一會兒下方玻璃杯中的二氧化氮氣體顏色變淺, 上方玻璃杯中的空氣顏色變深, 由此現象主要說明氣體分子 . 【答案】 是運動的 【練2】 如圖所示, 將兩個鉛柱的底面削平、削干凈, 然后緊緊地壓在一起, 兩鉛塊就會結合起來, 甚至下面吊一個鉤碼都不能把它們拉開, 這個實驗現象說明了分子之間存在 (選填“引力”或 “斥力”) 【答案】 引力 【練3】 下列說法中正確的是(　　) A．豎直向上拋出的排球, 在空中豎直向上運動過程中所受合力的方向豎直向下 B．運動員雙手拉住吊環(huán)在空中靜止, 他對吊環(huán)的拉力和他所受的重力是一對平衡力 C．蹦床運動員在比賽中從蹦床彈向空中的過程中, 運動員的重力勢能變大 D．做勻速直線運動的物體的機械能保持不變 【答案】 AC 【練4】 下列說法中正確的是(　　) A．20℃的水一定比80℃的水含有的熱量少 B．酒精燈內的酒精用去一半后, 酒精的熱值不變 C．用鋸條鋸木板, 鋸條的溫度升高, 是用做功的方式增大了鋸條的內能 D．發(fā)生沙塵暴時, 沙塵漫天浮動, 這種現象說明分子在永不停息地做無規(guī)則運動 【答案】 BC 【練5】 如圖是探究“物體的動能的大小與什么因素有關? ”的實驗示意圖. (1)該實驗要探究的是物體動能的大小與物體_________的關系. (2)該實驗物體的動能是指物體_________(選填 “A”或“B”)的動能. (3)該實驗物體動能的大小是通過＿＿＿＿＿＿＿來反映的. (4)該實驗物體的速度是指物體A從斜面上靜止?jié)L下與物體B碰撞時＿＿＿＿(選填“碰 前A”、“碰后A”、“碰前B”或“碰后B”)的速度, 它是通過＿＿＿＿(選填“高度”或“質量”) 來改變的. (5)實驗中多次讓物體從斜面同一高度上靜止?jié)L下時, 應改變＿＿＿＿＿(選填“物體A” 或“物體B”)的質量, 這是為了研究物體動能與物體質量的關系. 【答案】 (1)速度, (2)A, (3)物體B運動的距離, (4)碰前A, 高度, (5)物體A 水 煤油 【練6】 某同學在做比較不同物質吸熱能力的實驗時, 使用相同的電加熱器加熱水和煤油, 他得到如下數據： 物質 次數 質量 升高溫度 加熱時間 水 1 10 2 2 10 4 煤油 3 10 1 4 10 2 (1)數據表中用 來表示物質吸收熱量的多少 (2)分析第1、2次或第3、4次實驗數據, 可以得出的初步結論是：同種物質升高的溫度 相同時, 吸收熱量的多少與物質的_________有關． (3)分析第1、3次或第2、4次實驗數據, 可以初步得出的結論是： . 【答案】 (1)加熱時間的長短(2)質量 (3)質量相同的不同種物質, 升高相同的溫度, 吸收的熱量是不相同的(加熱的時間是不同)． 【練7】 如圖所示, 把一個薄壁金屬管牢固地固定在桌上, 里面放一些乙醚, 用塞子塞緊, 使一根繩子在管外繞幾圈并迅速來回拉動, 一會兒看到瓶塞被沖開, 管口出現霧狀“氣體”, 用能量轉化的觀點來解釋上述現象． 【答案】 繩子與管壁反復摩擦, 克服摩擦力做功, 使管的內能增加, 溫度升高, 管通過熱傳遞使乙醚的內能增加, 溫度升高, 直到乙醚沸騰, 產生大量的蒸汽, 蒸汽膨脹把瓶塞沖開的過程是內能轉化為機械能的過程, 蒸汽內能減小, 溫度降低, 液化為小液滴, 出現霧狀氣體． “冒牌”永動機 ——愛因斯坦也吃驚的玩具 飲水鳥, 主體由玻璃制成, 它的身體是一根玻璃管, 管的上端是一個小球, 也就是鳥頭, 管的下端是一個大球, 也就是鳥的尾部. 球內裝有液體, 管的下端浸在液面下. 整個鳥身是密閉的, 架在一個類似鳥腿的座上. 它的頭部粘有尖尖的嘴, 尾部粘有羽毛. 為了讓人不能看清鳥身體里的秘密, 它的身體被涂上了黑色. 而它的神奇之處就是, 在鳥的面前放上一杯水, 鳥就會俯下身去, 把嘴浸到水里, “喝”了一口后, 又直立起來. 可是直立一會兒它又會俯下身去, 等到鳥嘴浸到了水, “喝”了一口, 有會直立起來. 就這樣, 它不停地點頭喝水, 就像是一臺永動機. 但是永動機在科學理論上是不可能的, 那么這到底是怎么回事呢? a.頭部蒸發(fā)吸熱, 受冷, 氣壓下降, 尾部的液體因為吸力(下部氣體氣壓更大)沿頸部上升. 這樣頭的重量在增加, 尾部的重量在減輕, 重心位置發(fā)生變化, 當重心超過腳架支點而移向頭部時, 鳥就俯下身到平衡位置. 這個位置可以通過鳥嘴的重量來調試. 　　b.頭部降低, 內部發(fā)生兩個變化. 一是“飲水鳥”的嘴浸到了水, 這樣鳥頭被打濕. 二是上下的蒸汽區(qū)域連通, 兩部分氣體混合, 沒有了氣壓差, 但由于吸收了周圍空氣的熱量, 蒸汽的溫度略有上升. 這時上升到頭部的液體, 在本身的重量作用下流向下端尾部. 　　c.尾部變重, 頭部向上翹, 液體全部集中到尾部, 同時, 頭部的蒸汽因為剛粘到的水又開始冷卻. 原來“飲水鳥”頭部不斷蒸發(fā)所吸收的周圍空氣的熱量, 就是這奇妙的“飲水鳥”能夠活動的原動力. 正是因為它使用的是周圍察覺不到的能源, 所以才會被人誤認為是永動機.