第二讲,热现象和内能|热现象
时间：2019-02-02 03:26:12 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
本讲学习要求是:知道温度是表示物体的冷热程度的,知道摄氏温度,会使用液体温度计.知道熔化和凝固现象,理解晶体的熔点,知道熔化过程中吸热、凝固过程中放热,会查熔点表.知道蒸发现象,理解蒸发快慢与表面积、温度、气流有关,知道蒸发过程中吸热及其应用.知道沸腾现象,理解沸点、沸点与压强的关系,知道沸腾过程中吸热.知道液化现象.知道升华和凝华现象.
对于内能,知道可以通过做功、热传递改变物体的内能.知道热量及其单位.理解比热容的概念,会查物质的比热容表,理解计算热量的公式.知道各种形式的能可以相互转化,转化过程中能量守恒.知道燃料的热值.了解热机中能量的转化、四冲程内燃机的构造和工作原理、热机的效率.
一、热点扫描
1.温度是表示物体冷热程度的物理量,是物体内部大量分子做无规则运动剧烈程度的标志.准确判断或测量温度必须用温度计.
2.常用的温度计有三种,是根据液体热胀冷缩性质制成的.
(1)实验室用温度计:量程-20℃～110℃,最小刻度值1℃.
(2)体温计:用于测量人体温度,量程35℃～42℃,最小刻度值0.1℃.
(3)寒暑表:用于测量日常气温,量程-30℃～50℃,最小刻度值1℃.
三种温度计中,只有体温计可以离开人体读数.但在每次使用前,都应拿着体温计把水银甩到35℃以下.
3.晶体在熔化过程中吸收热量但温度不变,这个温度叫晶体的熔点,同理,在凝固过程中,晶体有固定的凝固点,而非晶体则没有.熔化、凝固图线表示物质的温度随时间的变化关系.
4.汽化有两种方式:蒸发和沸腾.
加快液体蒸发的措施有:提高液体的温度,增大液体的表面积,加快液体表面空气流动速度(减慢蒸发则相反).
使气体液化的方法:①降低温度.采用该方法时会出现液态或白色的雾状物.②压缩体积.主要用于液化石油气罐、丁烷打火机、氧气瓶及火箭中的液态氢和液态氧等等.
另外,有些气体必须要先降温后才能压缩液化.
液体沸腾的条件:①在一定的大气压下;②要不断吸热;③要达到沸点.
5.物质从固态直接变成气态叫升华.例如,放在衣柜中的樟脑没有熔化,而是直接升华变成樟脑蒸气而逐渐变小.升华过程需要吸收热量.物质从气态直接变成固态叫凝华.例如,冬天早晨看到的霜是由空气中的水蒸气直接凝华而成的.凝华过程需要放出热量.
6.内能是物体内部大量分子无规则运动的动能与分子相互作用的势能之和.内能与每个分子的动能、势能大小有关,还与物体内部分子的个数有关.
同一种物质组成的物体,在温度相同时,质量越大、分子数越多,它的内能就越大.同一个物体,温度高时分子的平均动能大,它的内能就较大.
7.做功的实质是机械能与内能的相互转化,热传递的实质是内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分.外力对物体做功时,机械能转化为内能,如钻木使木柴内能增加,木柴温度升高;物体对外做功,内能转化为机械能,如气体膨胀做功,温度降低.
8.能量既不会消失,也不会创生,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体.在转化和转移的过程中,能的总量保持不变.
动能与势能的转化,做功时机械能与内能的转化,内能在热传递时的转移,使用机械时功的原理等,都是能的转化与守恒定律的体现.
9.比热容是物质的属性,它说明物质吸收(或放出)热量后温度升高(或降低)的性质,每种物质都有自己的比热容.
单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量叫做该物质的比热容.比较两个物体吸收或放出的热量多少时,一定要同时考虑它们的质量、升高或者降低的温度.
同一种物质的比热容是一个确定的值,与物质的质量大小、是否吸热均无关.同一种物质在不同状态时,它的比热容大小一般不同.例如液态水的比热容为4.2×103J/(kg・℃),固态水(冰)的比热容为2.1×103J/(kg・℃),前者是后者的两倍.
10.在热传递过程中,高温物体和低温物体互相接触,若不计热损失,则高温物体放出的热量Q放等于低温物体吸收的热量Q吸,即Q放=Q吸;若有热量损失Q损,则Q放=Q吸+Q损.
热平衡方程的基础是能的转化和守恒定律.在高温物体与低温物体间发生热传递,实际上就是内能的转移,高温物体内能的减少量就等于低温物体内能的增加量.
二、典例讲析
例1下列现象发生的过程中,吸收热量的一组是().
(1)春天,冰雪熔化汇成溪流
(2)夏天,从冰箱里面拿出来的饮料罐“出汗”
(3)秋天,清晨的雾在太阳出来后散去
(4)冬天,室外地面上出现了霜
A.(1)(2)B.(2)(4)
C.(1)(3)D.(3)(4)
讲析这是一道常规题.要想正确得出答案需要掌握以下的知识:①各种物态变化的定义;②知道这几种热现象中研究对象是谁,分析清楚研究对象原来的状态及变化后的状态各是什么;③各种物态变化过程中吸、放热情况.具体分析如下:
(1)春天,冰雪熔化汇成溪流.冰雪原来是固态,后来变成了液态,是熔化,熔化过程需要吸热.
(2)夏天,从冰箱里面拿出来的饮料罐“出汗”.研究对象是“出汗”,“汗”是液态的水,哪儿来的呢?不可能来自饮料罐里,只能是从冰箱里拿到冰箱外,空气中的水蒸气变来的,水蒸气由气态变为液态的水,是液化过程放热.
(3)秋天,清晨的雾在太阳出来后散去.研究的对象是雾,雾是液态的小水滴,不是水蒸气(水蒸气看不见,反过来能看见的就不是水蒸气),雾消失看不见了,也就是变成了气态的水蒸气,雾由液态变为气态是汽化过程需要吸热.
(4)冬天,室外地面上出现了霜.首先要知道霜是固态的小冰晶,由空气中的水蒸气变来(不是空气变的,空气的成分有氮气、氧气还有水蒸气等其他成分,在冬天的温度下空气中只能是水蒸气变成固态),水蒸气由气态变为固态的霜是凝华放热.因此本题应选C选项.
例2怎样看晶体熔化图像?
讲析以海波的熔化图像为例,如图2-1所示,通过图像弄清以下几点:
(1)图线上各线段所代表的物理意义
AB线段:代表物质处于固态吸热升温的阶段;
BC线段:代表物质熔化并处于固液混合状态,虽然吸热,但温度保持不变;
CD线段:代表物质处于液态吸热升温的阶段.
(2)加热到某一时刻,物质所处的状态和温度可立即查到.
例如:加热到3min在横轴上找到表示3min的点,作过这个点垂直于横轴的直线交图线上AB线段于K点,可知此时海波处于固态,从交点K再作纵轴的垂线交纵轴于温度是40℃的点,可知此时海波的温度是40℃.
(3)从图线上可判定晶体的熔点.图线上BC线段表示晶体吸热但温度保持熔点不变.向纵轴作BC的延长线,交纵轴上的点所标的温度就是晶体的熔点,从图上可知道海波的熔点是48℃.
(4)AB段海波吸收的热量用于海波温度的升高,刚到达B点时海波还是固态.若再吸热就会有一部分由固态变成液态就到了BC段固液共存态,BC段海波吸收的热量用于海波物态的改变,所以这一段海波吸热温度不变.当海波刚刚全部变成液体时就是图像上的C点,若海波再继续吸收热量只能是液态海波温度逐渐升高,这就是CD段.所以48℃的海波可能有三种状态,即固态、液态、固液共存态.
(5)正是因为晶体具有在熔化过程中吸热温度保持不变的特点,所以若从图像上能够看出某物质在熔化时温度保持不变也可判断出该物质是晶体.
例3某太阳能热水器8h内可使100l的水温度由20℃升高60℃,则水吸收多少焦的热量?(不计热量损失)加热这些水需要多少千克的液化气?[水的比热容是4.2×103J/(kg・℃),液化气的热值是4.5×107J/kg]
讲析有同学这样解:
m=ρV=1.0×103kg/m3×100m3=1.0×105kg,
Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/kg×1.0×105kg
×(60°C-20°C)=1.68×1010J.
上面的解法是错误的.原因是没有将100l换算成0.1m3而导致质量算错;没有注意到水温升高60°C,而不是升高到60°C,错将该温度当成末温度计算产生错误.
正确解法为:m=ρV=1.0×103kg/m3×100×10-3m3=100kg,
Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/kg×1.0×102kg×60°C=2.52×107J,
m=■=■=0.56kg.
例4阅读短文,回答问题.
汽车防冻液
汽车在行驶时,发动机的温度会升得很高.为了确保安全,可用水循环进行冷却.实际上,水中往往还要加入不易挥发的防冻液(原液),加入防冻液后的混合液冬天不容易凝固,长时间开车也不容易沸腾.
有关资料表明,防冻液与水按不同的比例混合,混合液的凝固点、沸点不同,具体数值参见下表(表中防冻液含量是指防冻液在混合液中所占体积的百分比).
在给汽车水箱中加防冻液时,宜使混合液的凝固点比本地常年最低气温低10℃～15℃.考虑到混合液比热容的减小会影响散热效果,因此,混合液中防冻液的含量不宜过高.
(1)汽车发动机用水来冷却,这是因为水的较大.
(2)在混合液中,如果防冻液含量由30%逐渐增大到90%,则混合液凝固点的变化情况是.
A.逐渐升高
B.逐渐降低
C.先升高后降低
D.先降低后升高
(3)若某地常年最低气温为-15℃,对该地区汽车来说,在下列不同防冻液含量的混合液中,宜选.
A.30%B.40%C.60%D.90%
(4)请在图2-3中作出混合液沸点与防冻液含量的关系图像;由图像可以推知,防冻液的含量达到75%时,混合液的沸点大约是℃.
(5)长时间使用后,汽车水箱中的混合液会减少.与原来相比,混合液的沸点
(选填“升高”、“降低”或“不变”),其原因是.
讲析本题为2009年江苏省物理中考试题的最后一题.本题来自于生活,选取了与初中物理知识密切相关的信息,考查同学们学习知识、应用知识、解决问题的能力.有的同学一见到这种文字较多的题目就害怕,其实这种题目已经通过各个小题把整个大题分解,分成难度系数不同的题目.如第(1)题这一问从阅卷的结果来看考生得分率较高,反映大家对比热容知识点最基本的要求达到了.第(2)题要求大家具备阅读表格的能力,这种题型在平时的学习中也经常练习.阅读表格时要看清各行物理量的意思(防冻液含量/%、混合液的凝固点/℃、混合液的沸点/℃),再看随着防冻液含量的升高混合液的凝固点的变化,不难看出选项D正确.第(3)题大多数同学选择A、D,错的原因主要是没有认真审题,只看到题目中出现的“某地常年最低气温为-15℃”,在表格中找-15℃所对应的防冻液含量,最接近的就是A、D选项,其实本题还有一句关键的文字:“在给汽车水箱中加防冻液时,宜使混合液的凝固点比本地常年最低气温低10℃～15℃.考虑到混合液比热容的减小会影响散热效果,因此,混合液中防冻液的含量不宜过高.”这段文字也就告诉大家防冻液的凝固点大约在-25℃到-30℃,这样最接近的选项就是B.第(4)题画图像,在平时的练习中都训练过,但由于有些同学在做题时不规范,如有的同学描点太轻,在图像上根本看不见,还有的同学用尺子把相邻的两点连接起来不能连成光滑的曲线,因此产生错误,应填120℃.(5)有些同学在做这一问时有点茫然,不知道从哪里下手,这时应该从问题出发.要正确解答“混合液的沸点是升高还是降低,必须知道影响混合液沸点的因素.再读题目:“防冻液与水按不同的比例混合,混合液的凝固点、沸点不同”,“长时间使用后,汽车水箱中的混合液会减少”.从这两点大家可以想到由于水的汽化混合液会减少,导致混合液中防冻液的含量逐渐升高,最终使得混合液的沸点升高,应填“升高”.
三、创新题选
1.下列物态变化的事例中,正确的是().
A.电冰箱冷冻室里出现白色的霜,这是凝固现象
B.夏天阴凉地方的石头比较湿润,这是液化现象
C.舞台上用干冰制作“云雾”,这是汽化现象
D.衣柜中的樟脑丸,过一段时间变小或者消失,这是汽化现象
2.水是一种重要资源,人类的生存及工农业生产与水息息相关.以下与水有关的说法中不正确的是().
A.水在任何温度下都能汽化
B.水结冰时要吸收热量
C.水的比热容比沙石、干泥土的比热容大得多,这是沿海地区昼夜温差较小的主要原因
D.随着社会的发展和人口的增长,水资源已出现严重危机,我们一定要节约用水
3.以下说法中,正确的是().
A.温度低的物体吸收的热量一定少
B.质量为5g、温度为100℃的水含有2.1×104J的热量
C.在物体对外做功过程中,物体不断地放出内能
D.在热传递过程中,物体吸收或放出的热量越多,它的内能变化就越大
4.下面哪种情况下比热会发生变化?()
A.一杯水倒掉一半
B.水凝固成冰
C.0°C的水变成4°C的水
D.铁块加工成铁板
5.关于分子动理论和内能,下列说法正确的是().
A.物体内能增大,温度一定升高
B.物体的温度升高,分子运动一定加剧
C.分子之间存在引力时,就没有斥力
D.0℃的冰没有内能
6.现代建筑出现一种新设计:在墙面装饰材料中均匀混入小颗粒状的小球,球内充入一种非晶体材料,当温度升高时,球内材料熔化吸热;当温度降低时,球内材料凝固放热,使建筑内温度基本保持不变.图2-4的四个图像中,表示球内材料的凝固图像的是().
7.把500g的水加热到100°C,吸收了1.68×105J的热量,则它的初温是多少?
8.同学们在学习物理的过程中遇到了许多涉及水的物理问题,请你利用所学的物理知识解决下列问题.
(1)在自然界中,地球上的水在不停地循环着,在循环过程中水的状态不断地发生变化.冰山上的积雪,直接变成水蒸气,升入天空.水蒸气随气流运动到各处,水蒸气在高空遇冷时,有的成小水滴,有的成小冰晶,形成千姿百态的云,云中的小水滴也会成小水晶.
(2)我国是严重缺水国家,合理利用和保护水资源是每个公民的责任.请你结合生活和生产实际,提出两种合理利用和保护水资源的具体方法.
(3)冬季的一天,爸爸开车带小丽去郊游.车开出不久,小丽发现汽车前车窗的玻璃慢慢形成一层“水雾”,“水雾”是形成的.
(4)在“观察水的沸腾”实验中:如图2-5所示,小明同学用温度计测烧杯中水的初温.A图是测量温度时的情景,B图是读数时的情景.
①A图中的错误是;
②B图中的错误是;
③若操作正确无误,根据C图可知此时烧杯中水的实际温度是℃.当温度计的示数上升时,温度计内测温液体的质量(选填“变大”“变小”或“不变”,下同),密度,比热容,内能将.
④小明得到的实验数据如下表:
a.请将表格数据填写完整.
b.请在下边方框中画出温度随时间变化的图线.
(5)水分子我们看不见,摸不着,但我们可以通过“转化”的方法来认识它,如在水中滴一滴红墨水,会看到.此实验说明.
(6)关于水,下列说法正确的是().
A.当水壶里的水被烧开时,能看见壶嘴处冒出“白气”,这“白气”是水蒸气和空气的混合物
B.夏天时,在室内的地面洒水会感到凉快些,主要是因为水的比热容大
C.一只普通玻璃杯能装水约300g
D.一块烧红的铁块投入水中,温度从铁块传递到水
(7)水是人类生存不可缺少的物质,图中能正确描述水的各物理量之间关系的图像是().
第二讲“创新题选”参考答案
1.B2.B3.D4.B
5.B6.D7.20°C
8.(1)升华、液化、凝华、凝固
(2)略
(3)车内水蒸气遇冷液化形成的小水滴
(4)①测量时温度计的玻璃泡不能碰到容器底②读数时温度计的玻璃泡不能离开被测液体③48°C、不变、变小、不变、变大④a.99b.略
(5)一会儿整杯水都变成红色、分子处在永不停息的运动中
(6)C
(7)C
