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题点系列10:机械能和内能

发布时间:2014-01-18 17:12:33  

题点系列10:《机械能和内能》

【例1】关于能的概念,下列说法正确的是( )

A.用线悬挂着的物体,它没有做功,它不具有机械能

B.在空中飞行的子弹,因为它能做功,所以它具有机械能

C.甲物体的运动速度比乙物体的大,则甲物体的动能一定比乙物体的大

D.甲物体的高度比乙物体的高度大,则甲物体的势能一定比乙物体的大

解析:用线悬挂的物体,由于被举高而具有重力势能;重力势能的大小是由物体的质量和高度共同决定的,被举得越高的物体具有的重力势能不一定大;物体动能的大小是由物体的质量和速度大小共同决定的,速度大的物体动能不一定大.答案:选B

【例2】判断下列物体是否具有动能或势能,如果有,说出能量的名称,如果没有,说明原

因.(1)在水平地面上滚动的铅球:___________;(2)悬挂在室内的电灯:__________;

(3)玩具汽车中被卷紧的发条: _____________;(4)弹簧: _____________;

(5)在空中飞行的波音客机: _________;(6)静止在水平轨道上的列车: _________. 解析:物体只要具有做功的本领,它就具有能,与当时是否正在做功无关.有质量和运动

速度的物体就具有动能;有质量和高度的物体就具有重力势能;弹性物体一定要发生弹性形变时,才具有弹性势能.

解:(1)在水平地面上滚动的铅球:既有质量又有运动速度,具有动能;

(2)悬挂在室内的电灯:既有质量又有高度,具有重力势能;

(3)玩具汽车中被卷紧的发条:发条是弹性物体,卷紧后发生了弹性形变,具有

弹性势能;

(4)弹簧:尽管是典型的弹性物体,但它没有发生弹性形变,因而不具有动能和

势能;

(5)在空中飞行的波音客机:有质量,有运动速度,还有高度,既有动能又有重

力势能;

(6)静止在水平轨道上的列车:尽管质量很大,但它不在运动,也没有高度,所

以它不具有动能和势能.

【例3】在探究物体的重力势能大小与哪些因素有关的实验中三个相同的木桩被从空中静止

释放的铁块撞击,陷入沙坑中的情况如图所示.在此

实验中,我们是通过观察什么来比较各铁块重力势能

的大小?若A、B两铁块质量相等,则两铁块下落高度

的关系是hA hB;若A、C两铁块下落的高度相

等,则两铁块质量关系是mA mC;实验得出的结论

是:物体重力势能的大小与 有关.

解析:先控制A、B两铁块的质量相等.从图中可知,B铁

块对木桩做的功多(破坏力大),两铁块在空中释放前,

B铁块的重力势能大,因此可确定hA<hB;然后控制A、

C两铁块的高度相等,从图中可知,C铁块对木桩的破坏力大,两铁块在空中释放前,C铁块的重力势能大,所以mA<mB.实验得出的结论是:物体重力势能的大小与物体的质量和高度有关. 我们是通过观察木桩陷入沙坑的深度来比较铁块重力势能大小的.

【例4】 跳伞运动员在空中匀速下落的过程中,他的( )

A.动能增大,势能不变 B.动能不变,势能减小

C.动能、势能都不变 D.动能减小,势能增大

解析:本题考查对动能、势能概念的综合理解,解答本题除了要知道影响动能、势能大小

的因素外,还要注意“匀速”这一条件.切忌不认真审题,错误地认为下落的物体越来越快,动能越来越大.

解:运动物体在匀速下落的过程中,质量、速度均未发生变化,因此,他的动能不变,而运动员在逐渐下降,所以他的重力势能逐渐变小.答案选B

【例5】某块砖在一对平衡力作用下运动,则该砖( )

A.势能一定不变,动能一定不变 B.势能可能改变,动能一定不变

C.势能可能改变,动能可能改变 D.势能一定不变,动能可能改变

解析:砖块的质量不变,在一对平衡力作用下的运动状态是匀速直线运动,它的速度大小

不变,所以砖块的动能不变;如这块砖在水平方向运动,它的质量和高度都不变,重力势能不变.如这块砖不在水平方向运动,它的高度在改变,重力势能在改变,因题中没有明确砖块的运动方向,所以势能的变化情况不能确定.答案选B

【例6】 如图所示,是用来探究“动能大小跟哪些因素有关”的实验装置图。(小球在光滑

斜面上由静止开始下滑,到达底端的速度只与起点高度有关,起点越高,到达底端的速度就越大,运动小球撞击停在平面上的木块后,木块运动距离越长,说明小球具有动能越大)

(1)分析比较实验甲与实验乙,可得出结论:______________________________。 实验中被控制的物理量是________________。

(2)分析比较实验乙与实验丙,可得出结论:______________________________。 实验中被控制的物理量是_______________________。

(3)实验结果表明,物体动能与物体的 和 有关,____________

越大,____________越大,动能就越大。

解析:比较甲实验与乙实验可知:钢球的质量相等,而乙中的钢球到达平面上的速度比甲

中的大,结果是甲中的钢球具有的动能大,说明在质量相等的情况下,物体的速度越大,动能越大;比较乙实验与丙实验可知:钢球和木球到达平面上的速度相等,而钢球的质量比木球的质量大,结果是乙中的钢球具有的动能比丙中的木球的动能大,说明在速度相等的情况下,物体的质量越大,动能越大.综合三个实验可知:物体的动能与物体的质量和速度有关,质量越大,速度越大,物体具有的动能越大.

答案:(1)质量相同时,速度越大的物体具有的动能越大 质量

(2)速度相同时,质量越大的物体具有的动能越大 速度

(3)质量 速度 质量 速度

【例7】(多选题)如图所示的是一种叫做蹦极的游戏。游戏者将一根有弹性

的绳子一端系在身上,另一端固定在高处,从高处跳下。图中a点是弹

性绳自然下垂时绳下端的位置,c点是他所到达的最低点的位置。对于他

离开跳台至最低点的过程,下面说法正确的是( )

A.他的重力势能一直在减小

B.绳的弹性势能一直在减小

C.他的动能在前一段时间在增加,后一段时间在减小

D.在最低点,重力势能减到最小,动能为零,绳的弹性势能最大

解析:在质量不变的情况下,动能的变化抓住速度的变化,从最高点道最低点,速度从慢

到快再到慢,所以游戏者的动能先变大后变小,到最低点时,动能为零;重力势能的

变化抓住高度的变化,高度越来越低,故游戏者的重力势能一直在减小;弹性势能的

变化抓住弹性形变的大小变化,从最高点到a点,绳自然下垂,未发生弹性形变,故没有弹性势能,从a点到c点,绳发生了弹性形变,具有弹性势能,在最低点,绳的形变最大,故绳的弹性势能最大.答案选A、C、D

【例8】如图所示,让钢球从斜面上由静止滚下,打到一个

小木块上,能将木块撞出一段距离.放在同一水平画上

相同位置的木块,被撞得越远,表示钢球的动能越大.现

用质量不同的钢球从同一高度滚下,看哪次木块被推得

远.回答以下问题:

(1)设计本实验的目的是研究__________.

(2)让不同的钢球从同一高度滚下是为了_______________________________.

(3)此实验得出的结论是_____________.

(4

分析数据,可以看出,对物体动能大小影响较大的因素是________,你这样判断的依

据是______________________________.

解析:(1)题中通过比较木块被撞的远近来比较钢球动能的大小,可知实验运用控制变量法

研究影响动能大小的因素是哪些?本题中用质量不同的钢球从同一高度滚下,改变质量来研究动能的变化,所以设计本实验的目的是研究动能与质量的关系.(2)因为动能大小与质量有关,还与速度有关,研究动能与质量的关系,需要控制速度相同,让钢球从同一高度滚下能实现钢球在水平面上时速度相同.(3)速度相同,质量大的钢球把木块推的越远,故做功多,

动能大.(4)要比较对动能大小影响较大的因素,需要从数据进行分析,本题没有质量相同和速度相同的有关动能数据,只有比较质量变化的倍数、速度变化的倍数对动能变化的倍数的影响.

解:(1)研究动能与质量的关系

(2) 钢球到达斜面底端时的速度相同

(3) 速度相同,物体质量越大,动能越大

(4)速度 人的质量是牛的1/12倍,人的速度为牛的12倍,人的动能是牛的12倍,说明人和牛”速度”不同对动能影响较大.

本题从实验的目的到实验的方法(控制变量法)、实验结论对影响动能大小因素较全面的进行考查,同时也要求能运用数据分析对所学内容进行深入的探究.

【例9】跳伞运动员从空中匀速下落,人和伞的 ( )

A.动能增加,重力势能减少,机械能不变

B.动能不变,重力势能减少,机械能减少

C.动能减少,重力势能增加,机械能增加

D.动能不变,重力势能不变,机械能不变

解析:从动能、重力势能、机械能的概念出发去分析问题.匀速下落的跳伞运动员,质量

和速度不变,动能不变;下落过程中,相对地面的高度减小,重力势能减少;机械能 =动能+势能,动能不变、势能减少,故机械能减少.答案选B

对于这类问题的判断主要是抓住描述物体运动状态的关键词“匀速下落”匀速反映了速度不变,下落反映了相对于地面的高度的变化。

【例10】如图所示,用绳子拴住一个苹果并悬挂起来,把苹

果拉近自己的鼻子静止,松手后,苹果将向前摆去,接着

又反向摆回来,你原地不动,苹果会打到你的鼻子吗?为

什么?

解析:苹果从靠近鼻子的A处松手后,由A到B的过程中,苹

果的高度逐渐降低,速度加快,即重力势能转化为动能;

同理,苹果由B点到C点的过程中动能转化为重力势能。苹果返回由C经B到A的过程中,只是重力势能与动能的相互转化,其机械能没有增加,所以,最后摆起的高度不会高于原来松开的高度,故不会打到鼻子

答案:不会打到鼻子。因为苹果拉到一定高度,所具有的重力势能是一定的,在与动能转化的过程中机械能不会增加,故不会打到原来的高度,也不会打到鼻子。

通过对这类问题的研究让学生感受物理知识有用,养成用科学知识解决问题的习惯,而不是想当然。

【例11】学生在做模拟“蹦极”的小实验如图所示.一根橡皮筋一端系一

个小石块,另一端固定在a点,b点是橡皮筋不系小石块自然下垂时

下端所在的位置,c点是小石块从a点自由下落所能到达的最低点。

在小石块从a点到c点运动的过程中,以下说法正确的是( )

A.小石块动能一直在增加 O

B.小石块减少的重力势能全部转化为动能

C.小石块经过b点时,橡皮筋具有弹性势能

D.小石块到达c点时,动能为零

解析:(1)当石块从a点运动到b点的过程中橡皮筋处于自然状态(无形

变),石块的重力势能转化为动能;(2)石块从b点到O点,O点为石块挂在橡皮筋下静止时的位置,这个过程中,石块受到的弹力由小变大,运动到O点时弹力等于重力,所以石块在下降时仍然加速,在O点速度最大,石块的重力势能转化为动能和橡皮筋的弹性势能;(3)从O点到c点,石块受到的弹力继续增大,大于石块所受的重力,所以石块做减速运动,到达c点时速度为0,石块的重力势能和动能转化为橡皮筋的弹性势能.答案选D

在分析能量的转化、变化时,首先要分析清楚物体的高度、速度、弹性物体的形状是否发生变化以及如何变化。有时是两种能量形式之间发生转化,有时三种能量形式均参与变化。

【例12】我国近两年连续成功发射了“神舟”号载人飞船.飞船的返回舱在下落到地面附

近时,由于受到空气阻力而做减速运动,在减速下降的过程中,返回舱的( )

A.动能增大,势能减小 B.动能减小,势能减小

C.动能不变,势能减小 D.动能减小,势能增大

解析:飞船质量可视作不变,抓住关键词“减速下降”.答案选C

要判断能量的变化,首先要知道动能、重力势能、弹性势能的影响因素分别是什么,然后判断其影响因素的变化情况,从而得出结论.

【例13】匀速前进的洒水车,在洒水的过程中,它的动能____.(选填不变、变大、变小) 解析:整个过程中速度虽然不变,但质量在变小。答案:变小

【例14】关于能的概念,下列说法中正确的是( )

A.一个物体能够做功,就说这个物体具有能

B.一个物体做了功,说明这个物体具有能

C.一个物体已做过的功越多,说明这个物体具有的能越多

D.用线悬挂着的小球,没有做功,所以没有能

解析:一个物体能够做功,就说这个物体具有能,但并不表明“正在”做功,或“已经”

做功,而是“可以”做功.“没有”做功,并不代表“不能”做功.

【例15】如图,同一个物体分别从三个不同的斜面OA、

OB、OC的顶端由静止滑下,已知物体在三个斜面上

下滑时受到的摩擦力相同.当物体从斜面顶端O滑

到底端时,速度分别为vA、vB、vC,则( )

A.vA> vB> vC B.vA< vB< vC

C.vA= vB= vC D.vA> vC > vB

解析:物体从斜面顶端滑到底端的过程,既是运动状态

变化的过程,更是能量转化的过程.由于存在摩擦,有部分机械能转化为内能,根据克服摩擦力做功的多少,从而判断剩下机械能的多少,进而判断速度的大小.

【例16】物理课上,同学们观察了图8-3所示的实验:用细线将一金

属小球悬挂起来,把小球拉到一定的高度(此时细线偏离竖直方

向的角度为α,小球离开最低位置的距离为S),然后释放,小球

将左右摆动.(1)此实验说明:

(2)课后小宁同学提出这样的问题:小球来回摆动一次的时间(或

摆动的快慢)跟哪些因素有关呢?对此,同学们进行了探究。小

宁提出猜想:小球摆动的快慢可能跟细线的长度(L)有关。于是小宁和小军来到实验室,找来了以下器材:A.秒表 B.长为0.8m的细线 C.长为1.0m的细线 D.铜球 E.铝球(D、E两球体积相等,都有相同的小孔,便于系线)为了验证小宁的猜想,请你帮他们设计出简要的实验步骤.

选用的器材是(选填上列器材前的字母):

具体操作:

(3)对小宁提出的问题,除了他的猜想外,请你再提出两个猜想:

① ②

解析:(1)小球左右摆动,可看出小球的高度和速度发生了变化,而其中必联系到动能和重力

势能的变化及其之间的转变.

(2) 要研究小球摆动快慢可能与多个因素的关系,必须利用控制变量法进行研究,而利用控制变量法时应注意哪些量不发生变化,哪些量发生变化.本题要研究小球摆动快慢与细线长度的关系,需要改变细线的长度,而控制细线偏离竖直方向的角度为α、小球离开最低位置的距离为S、小球的质量等其他相关因素.

(3) 猜想与假设是科学探究中重要环节,我们在探究过程中要善于从现象中提出问题,做出科学的猜想,从实验的设计思路可猜想小球摆动快慢可能与上述实验中被控制不变的几个因素有关.

答案:(1)动能与重力势能相互转化.(2) A B CD (3) 小球摆动快慢可能小球离开最低位置的距离有关;小球摆动快慢可能小球的质量.

本题首先要求从现象中寻找物理规律,又对科学探究的实验设计,猜想与假设两个环节进行了考查,而在设计实验环节又运用到控制变量法,是一道考查科学探究的好题.

【例17】关于能的概念,下面说法正确的是:( )

A. 用线悬挂着的物体,没有做功,所以没有能;

B. 在空中飞行的子弹,因为它能做功,所以它具有能;

C. 甲物体比乙物体速度大,则甲物体的动能一定比乙物体的动能大;

D. 甲物体高度比乙物体的高度高,则甲物体的重力势能一定比乙物体的重力势能大。 解析:由动能和重力势能的概念可知,用线悬挂着的物体是被举高的,离地面有一定的高

度,它能够做功,故具有重力势能;物体的动能大小是由物体质量和速度共同决定的,因此,速度大的物体的动能不一定大。同样,重力势能的大小是由物体被举高的高度和质量共同决定的,高度高的物体的重力势能也不一定就大;在空中飞行的子弹有动能和重力势能,它能做功,具有能,所以B正确。

当一个物理量由两个或两个以上因素共同决定时,千万不能只根据一个因素的情况作出结论。判断一个物体是否具有能,关键是要看它能否做功,不是看它是否在做功。比如上例中“悬挂着的物体”虽然没有做功,但它一旦坠落,高度发生变化,就可以做功。

【例18】下面的物体中,只具有动能的是______;只有势能的是______;既具有动能、又

具有势能的是 。

A. 停在地面上的汽车 B. 在空中飞行的飞机 C. 被起重机吊在空中静止的货物

D. 弹簧 E. 在水平铁轨上正行驶的火车

解析:停在地面上的汽车没有运动,它不具有动能;因在地面上,它也没有势能。正在空

中飞行的飞机,它在运动着,具有动能;它离地面有一定的高度,又具有重力势能。在空中静止的货物,它没有动能,只有重力势能。弹簧在没有发生弹性形变时,它不具有弹性势能。水平铁轨上行驶的火车,只有动能没有势能。

答案:只有势能的是C;只有动能的是E;既有动能又有势能的是B。

在确定物体具有何种能量时,应按照动能、重力势能、弹性势能的定义,分析物体是否在运动,是否被举高,是否发生了弹性形变,符合哪一种能量的定义,就确定物体具有哪一种能量。

【例19】“挂在屋檐上的瓦,因为静止,没有做功,所以没有能”。这种说法对吗? 解析:挂在屋檐上的瓦,处于一定的高度,可视为“被举高”了,因而具有重力势能。

答案:题中说法不对。因为一个物体具有能,只说明它能做功,但它不一定做功。所以瓦处于静止,没有做功,不能表明它不能做功,因而也就不能断言它没有能。 “做功”与“能做功”是两个不同的概念,要注意加以区分。

【例20】跳伞运动员在匀速下落过程中,它的( )

A. 势能增大,动能减小,机械能不变

B. 势能减小,动能不变机械能减小

C. 势能减小,动能增大,机械能不变

D. 势能增大,动能不变,机械能增大

解析:因为跳伞运动员的质量是一定的,而且是匀速下落,说明运动员的速度不变,所以

运动员的动能不变;又因为跳伞运动员的高度不断减小,因此,跳伞运动员的机械能减小。正确选项为B。

此题的过程简单,题意明朗。但若不能仔细分析亦可能出现错误。如“匀速下落”意味着速度不变,速度不变意味着动能不变;同时,不要认为一个物体的重力势能减小或增大,它的动能就一定增大或减小。这种“定势”是要努力克服的。因此,要针对题设的物理情景进行分析,挖掘已知条件和隐含条件,找到其联系,从而做出正确的答案。

【例21】一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升,在整个过程中,乒乓球机械能转

化的情况是( )

A. 势能→动能→势能 B. 动能→势能→势能

C. 动能→势能→动能→势能→动能 D. 势能→动能→势能→动能→势能 解析:乒乓球在高处,由于被举高具有势能。在下落过程中,高度降低,速度增大,在撞

击地面前,球的全部势能转化为动能。在撞击地板的一瞬间,由于球发生形变,球的动能转化为球的弹性势能。球在恢复形变的过程中,弹性势能又转化成动能,使球产生一个反方向的速度(如不考虑能的损失,则此速度与球撞击地板前的速度大小相同),向上跳起。在上升的过程中,动能又逐渐转化成势能,直至动能为零。从下落到反跳的全过程中,经历的能量变化过程是:重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能。 正确选项为D。

在解答同一物体的重力势能和动能之间的转化问题时,由于同一物体质量一定,所以重力势能和动能的变化,主要表现在离地面的高度与速度的大小变化。

【例22】如图所示,电动小车沿斜面从A匀速运动到,则在这个过程中小车( )

A.动能减少,重力势能增加,总机械能不变

B.动能增加,重力势能减少,总机械能不变

C.动能不变,重力势能增加,总机械能不变

D.动能不变,重力势能增加,总机械能增加

解析:解此类问题必须克服“物体向上运动速度一定变小,向下

运动速度一定变大”、“物体重力势能增大则动能一定减小,重力势能减小则动能一定增大”的错误定式,应根据假设的物理情境进行分析,挖掘已知条件和隐含条件,找出其联系,从而得出正确答案.

解:因为电动小车的质量是一定的,而且是沿斜面匀速运动,说明电动小车的速度不变,所以电动小车的动能不变.又因为电动小车沿斜面向上运动的过程中高度不断增加,所以它的重力势能不断增大,因此小车的机械能增大.答案选D .

【例23】小方和小明皆购买了同类的橡皮球。小明说:“我的球的弹力比你的好。”小方

回答说:“我希望你能证实你的说法。”请你给小明出主意,他该怎么办?( )

A. 让两只球于离地等高处自由落下,比较两只球反弹的高度

B. 把两只球向墙掷去,比较两只球反弹时离墙的距离

C. 让两只球于离地不同高度处自由下落,比较两只球反弹的高度

D 把两只球向地面掷去,比较两只球反弹的高度

解析:本题采用的方法是通过实验去比较两球的弹力,球弹起越远当然弹力就越大。但B、

C、D所采用的方法中都没有注意控制使两球的初始速度和高度都相同,因此它们反弹的距离除与球本身的弹力有关外,还与它们初始具有的能量有关。所以只有A正确。 本题直接考查科学实验中控制变量的方法。在有多种因素影响实验结果时,只有对变量进行有效的控制,排除了其它因素的影响,才能得出客观的结论。

【例24】关于动能、机械能,下列说法中错误的是( )

A.一辆汽车具有动能,它一定具有机械能

B.两辆汽车以相同的速度行驶时,质量大的动能大

C.某汽车的机械能增加了,它的运动速度一定是加大了

D.在平直公路上行驶的汽车,速度变化时它的机械能也变化

解析:机械能是动能与势能之和,动能的大小由质量和速度共同决定.汽车的机械能增加

了,可能是势能增加了,其动能不一定增加,它的运动速度也不一定增大,故C选项是错误的.答案选C

【例25】下列过程中,属于动能转化为势能的是( )

A.雪撬从山坡上滑下  B.玩具弹簧枪将“子弹”水平射出

C.雨滴从屋檐落向地面  D.斜向上射出的炮弹在上升过程

解析:物体的动能转化为势能,是指物体的动能在减小,同时势能在增加.如果物体的质

量一定时,那么物体的速度减小,动能就减小,物体的高度增加,势能增加,或者物体弹性形变增大,势能增大.

解:A选项中雪橇的高度减小,速度增加,所以是重力势能转化为动能;B选项中是将弹性势能转化为动能;C选项中也是将重力势能转化为动能;D选项中是动能转化为重力势能.答案选D

【例26】如图所示,运动员在进行蹦床表演时,机械能是如何变化的?

解析:机械能包含动能、重力势能和弹性势能,在判断这些能量大

小和转化时,应分析它们的速度、高度、形变的情况.

解:运动员从高处下落的过程中,重力势能转化为动能;在接

触蹦床到速度为零的过程中,人的动能转化为蹦床的弹性势

能;弹起时,是蹦床的弹性势能转化为人的动能;运动员在上

升过程中,动能转化为重力势能.

【例27】 在空气阻力不计的情况下,一只皮球从高处由静止下落,

被地面弹起后不能再回到原来的高度,在整个过程中;

(1)说明皮球机械能的转化情况。

(2)指出皮球在哪几个位置时的动能为零。

(3)分析皮球不能回到原来高度的原因。

解析:(1)皮球在下落、弹起的整个过程中,先后发生状态的变化是:球在高处静止──

加速下落──落地变形──恢复原状反弹──减速上升.

(2)皮球在下落、上升过程中的空气阻力不计,但是在弹性压缩和恢复原状的过程中,有一部分机械能转化为内能.

解:(1)①加速下落过程:重力势能转化为动能.

②落地弹性压缩过程:动能转化为弹性势能.

③恢复形状反弹过程:弹性势能转化为动能.

④减速上升过程:动能转化为重力势能.

(2)皮球在以下三个位置时动能为零(速度大小为零):①球在高处将指时;②小

球落地弹性压缩最大时;③上升到最大高度时.

(3)尽管不计空气阻力,但在落地撞击地面时,球的弹性压缩和恢复形状的过程

中,有一部分机械能将转化成其它能量,造成机械能损失,所以皮球不能回

到原来高度.

【例28】如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。

图是某轻轨车站的设计方案示意图,该图表明与站台前后连接

的轨道都有一个小坡度。请你说明这种设计可以节能的理由.

解析:一般的车站轨道都是水平连接的,车进站时,需要刹车减速,

车出站时,需克服摩擦力加速,这样既浪费了能量又多消耗了能量.将站台设计在小

坡上,车进站时,让车驶上小坡,将动能转化为重力势能,车速减小了,重力势能增大了;车在起动出站时,由于下坡,车的重力势能转化为动能,在不需要多消耗能量答:进站时将动能 【例29】从A点由静止滚下(2)小球滚到与A

解析:(1)小球由A运动到O,竖直方向移动的距离h=R=1米,

故重力做功W=Gh=1×1焦=1焦

(2)由B点与A点等高,小球在B点的势能与A点的势能相等,由机械能守恒定律可知,小球到B点后不能再上升。

【例30】射箭时,能的转化关系是怎样的,为什么拉满弓时射出的箭速度更快?

解析:拉弓时,使弓形变,人对弓做功转化为弓的弹性势能。放手后,弓对箭 做功,弓的

弹性势能转化为箭的动能使箭以很大速度射出,弓弦拉得越开(即拉满弓)弓的形变越厉害,弓所储藏的弹性势能越多,箭射出时的动能更大,速度也更快。

【例31】判断下列几种情况下物体的动能、势能是否变化?是增大还是减小?

(1)汽车沿着斜坡匀速上行 (2)电梯上升得越来越快

(3)皮球在空中下落 (4)汽车在平直马路上匀速前进

解析:(1)汽车沿斜坡匀速上行的过程中,汽车的高度越来越高,所以它的势能增大,由

于汽车速度保持不变,所以它的动能不变。

(2)电梯上升,高度增加,所以电梯的势能增加,电梯速度越来越快,所以它的动能

不断增加。

(3)皮球从空中下落,高度越来越小,速度越来越大,所以皮球的势能减小,动能增

大。

(4)汽车在平直马路上匀速前进,它的高度不变,速度也不变,所以汽车的动能和势

能都没有发生变化。

【例32】下列关于物体内能的说法中正确的是( )

A.物体运动速度越大,内能越大

B.静止的物体没有动能,但有内能

C.内能和温度有关,所以0℃的水没有内能

D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大

解析:本题考查内能与机械能的本质区别,解答问题的关键是明确内能与哪些因素有关及

内能与机械能的区别.

解:物体的内能与三个因素有关,即物体的质量、温度、状态,与物体的运动速度和举起的高度无关,物体的速度和举起的高度影响的是机械能,而机械能与内能是两种不同形式的能.对于同一物体,温度越高,内能越大.答案选D

【例33】改变物体内能的方式有做功和热传递两种,在汽油机的压缩冲程中,活塞压缩燃

料混合物使它的温度升高,是通过________的方式增加了燃料混合物的内能,为了不让柴油机在工作时温度升得太高,在设计制造时,气缸外有一个水套,让气缸被水包围着,这样就要以通过______的方式降低气缸的温度(减小气缸的内能)

解析:燃料混合物的内能是通过活塞压缩做功得到的,内能是由机械能转化而来;气缸内能

的减少是通过水套中的水将热量传递走的,是内能的转移.答案:做功 热传递

分析物体内能变化必须从能量的转化或转移来理解物理的过程,从而判断改变内能的方式.

【例34】下列说法正确的是( )

A.物体吸热,内能不一定增大 B.物体放热,内能一定减小

C.物体内能增大,一定是吸收了热量 D.物体内能减小,一定是放出了热量 解析:根据能量守恒定律,物体吸热后,其内能一定会增大,故A不对,B正确;内能的变

化不只是与热量有关,还与做功有关,故C、D是不对的。

【例35】下列说法中正确的是( )

A.100℃的水比50℃的水所含的热量多

B.温度升高得多的物体吸收的热量一定多

C.热传递时高温物体将温度传给低温物体

D.热传递时高温物体将热量传给低温物体

解析:物体之间没有热传递就谈不上热量,因此说物体含有多少热量是错误的;物体在热

传递过程中,吸收或放出热量的多少,不仅与温度的变化有关,还与其他因素有关;温度是分子无规则运动剧烈程度的标志,热传递过程中传递的不是温度而是能量,所以A、B、C的说法都是错误的. 正确答案选D

本题考查了三个知识点,对热量这个过程量的理解;热传递过程中吸收、放出热量的多少与哪些因素有关;热传递过程中伴随着的是能量的转移,不是温度的转移。

【例36】质量为1Kg的铝壶中装有500g10℃的水,给壶加热,使水温度升高到100℃,需

要吸收多少热量?

解析:本题中水升高温度吸热,铝壶也要吸热,铝壶的初温、末温和里面水的初温、末温应

相同,求需要的热量就是铝壶和水吸收的热量之和

解:已知:m铝 =1Kg m水=500g =0.5Kg ⊿t=100℃-10℃=90℃

23C铝=8.8×10J/(Kg·℃) C水=4.2×10J/(Kg·℃)

Q吸=Q铝+Q水=C铝·m铝·⊿t + C水·m水·⊿t

23=8.8×10J/(Kg·℃)×1Kg×90℃+ 4.2×10J/(Kg·℃)×0.5Kg×90℃

5=2.682× 10J

对该题的求解要注意两个方面:一是需要吸收的热量是水和铝壶吸收的热量之和;二是水和铝的比热容不同要分别计算

【例37】下列做功能使物体内能增加的是( )

A.用钢锯锯木头时,锯条的温度会升高,它的内能会增加

B.小明用力将面袋提到桌面上,面袋的内能会增加

C.高处的重锤落下来时,把木桩打入地下,重锤的内能会减小

D.如两个冰块在一起互相摩擦,冰块的内能会减少

解析:A是人通过锯条克服摩擦做功,锯条的内能增加,正确;B是机械做功,内能不变;

C也是机械做功,内能如果变化也是增加,故B、C都不对;D中冰的内能应该增大,故也不对。

【例38】下列说法正确的是( )

A.1㎏100℃的水和1㎏100℃水蒸汽的内能是相等的

B.一杯开水的内能一定大于一缸冷水的内能

C.甲物体的内能大于乙物体的内能,则甲的温度也一定大于乙的温度

D.物件温度升高了,其内能一定增大

解析:1㎏100℃的水要变成100℃的水蒸汽需要吸收一定的热量,所以它们的内能不可能

相等,故A不对;内能不但与温度有关,还与质量有关,故B、C也不对;对某一个物体来说,温度升高了,其内能会一定增大,故D正确。

【例39】下列说法正确的是( )

A.物体吸热,温度一定会升高

B物体放热,温度一定会降低

C.物体的温度降低,一定是放出了热量

D.物体的温度升高,不一定是吸收了热量

解析:对于A、B来说,晶体的熔化和凝固时,虽然吸热或放热,但温度不变;对于C、D

来说要考虑到做功也能改变物体的内能。故D是正确的。

总之,在判断这些量之间关系时,一定要辩证地看问题,不能只凭一时的感觉就给它

们之间的关系下定论。当一个物理量的大小受两个因素制约时,我们就不能只强调其中某一个因素与它的关系,而忽略另一个因素对它的影响。

【例40】关于温度、内能、热量三者的关系,下列说法正确的是( )

A.物体吸收热量,温度一定升高

B.物体温度升高,一定是吸收了热量

C.物体温度不变,就没有吸热或放热

D.物体温度升高,内能增加

解析:解答本题时,要正确理解热量、内能和温度的概念,并明确它们之间的关系.

解:物体吸收热量使物体的内能增加,可以是分子的动能增加,也可以是分子势能增加.在物态变化过程中的晶体的熔化和液体的沸腾过程中,物体要吸收热量,但物体的温度不变,这时物体的内能增加主要表现在内部分子势能的增加.所以A不正确.改变物体内能有两种方式:做功和热传递.在没有明确说明是通过哪种方式改变物体内能的情况下,不能不能不假思索地做出判断.所以B不正确.物体的温度不变,只能说明物体内部分子的动能没有发生变化,并不能说明物体的内能没有发生变化,因为分子间的势能可能发生变化.C也不正确.答案选D

【例41】下列事例中,属于做功改变物体内能的是( )

A.在火上点燃火柴头,使火柴头温度升高

B.冬天人们围着火炉烤火身体感觉暖和

C.两手互相摩擦,手感觉暖和

D.在阳光照射下,水盆里的水温度升高

解析:A、B、D都是通过热传递使物体的内能增加,C是由于双手克服摩擦做功,将机械能

转化为内能使手的内能增加的.答案选C

【例42】以下现象中,由内能转化为其他形式能的现象是( )

A.古代人“钻木取火”

B.电炉通电后,电炉丝发红了

C.晒太阳时感到暖和

D.水壶中水沸腾时,水蒸气把壶盖顶起来

解析:做功改变物体的内能实质上是物体的内能与其他形式能的相互转化过程,分两种情

况:一是外界对物体做功,将其他形式能转化为内能;二是物体对外界做功,将内能转化为其他形式能.

解:“钻木取火”是机械能转化为内能,A错;电流做功,也属于做功改变物体的内能,它是电能转化为内能,B错;C是通过热传递方式改变了内能,只是内能发生了转移,C也错;水壶中水沸腾时,生成大量高温高压的水蒸气,顶起壶盖,对壶盖做了功,使水蒸气的内能减少,是内能转化为机械能,故D正确.

【例43】卖火柴的小女孩在严寒中只能靠点燃火柴取暖。一根火柴的质量约为0.065g,火

73柴的热值平均为1.2×10J/kg,求一根火柴完全燃烧能使1m的空气温度升高多少摄氏

33度?〔已知空气的密度为1.3kg/m,比热容为1×10J/(kg·℃)〕

解析:设火柴完全燃烧释放的热量全部被空气吸收,即Q吸=Q放

解:Q吸=Q放

cm1△t=qm2

3所以完全燃烧一根火柴能使1m的空气升高的温度为:

△t=qm2/ cm1=qm2/cρV

7—3333=1.2×10J/kg×0.065×10㎏/[1×10J/(kg·℃)×1.3kg/m× 1m ]=0.6℃

本题把燃料燃烧的放热公式、热量的计算公式与密度知识结合起来,具有一定的综合

性。应用公式时要注意其适用条件和范围

【例44】下列说法中正确的是( )

A.燃料的热值越大,其燃烧时放出的热量就越多

B.燃料的热值越小,其完全燃烧单位质量的燃料放出的热量越少

C.燃料的热值越小,其完全燃烧单位质量的燃料放出的热量越多

D.燃料燃烧得越充分,其热值越大

解析:燃料燃烧所能放出的热量的多少,取决于两个因素:一个是热值,它是燃料的一种

特性,只与燃料种类有关;另一个是燃料的质量。A项不正确; C项不正确,热值越小,它放出的热量就越少,不是越多,放出热量的多少与热值的大小成正比,而不是成反比;D项不正确,对于某种确定的燃料,不论是否充分燃烧,其热值是不变的。 正确答案选B

本题着重考查对热值的理解,热值反映的是某种物质的一种燃烧特性,只与燃料的种类有关。

【例45】关于物体的内能,下列说法正确的是( )(内蒙古呼和浩特市2003年中考题)

A.物体运动得越快,内能越大

B.物体举得越高,内能越大

C.物体运动得越快,举得越高,内能越大

D.物体温度越高,内能越大

解析:本题考查内能与机械能的本质区别,解答问题的关键是明确内能与哪些因素有关及

内能与机械能的区别.

解:在分析物体内能大小时,应注意物体的内能与三个因素有关,即物体的质量、温度、状态,与物体的运动速度和举起的高度无关,物体的速度和举起的高度影响的是机械能,而机械能与内能 是两种不同形式的能.对于同一 物体,温度越高,内能越大.答案选D

【例46】关于内能、温度和热量的下列说法中,正确的是( )

A.高温物体具有的一定比低温物体具有的内能多

B.物体的温度越高,含有的热量越多

C.在内能转移的过程中,越多有热传递发生

D.物体的内能增加,一定是对物体做了功

解析:内能是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,可见物体的内能大小,不仅与分子的热运动有关,还与分子数目的多少和分子势能有关,而物体的温度越高时,分子无规则运动越剧烈,只说明分子动能较大.故选项A不正确;热量是物体在热传递过程中吸收或放出热的多少,离开热传递,说一个物体含热量的多少是错误的.故选项B不正确;做功、热传递在改变物体内能的效果上是相同的,宏观上表现为物体温度的变化或物态的变化,但做功和热传递的实质是不同的,做功是内能和其他形式能的相互转化,而热传递是物体间内能的转移.选项C正确.

【例47】炎热的盛夏,人站在水中时感到凉爽,而当人赤脚走在沙土上时却感到烫脚.这主

要是因为水和沙土具有不同的 ( )

A.热量 B.内能 C.比热容 D.密度

解析:热量、内能、比热都是物理学中三个重要的物理量.三者之间有区别也有联系,学

生容易混淆.在沙滩上,水和沙子同时接收阳光照射,可谓加热条件相同.在相同时间内,物质所吸收到的热量是相同的,而产生温度差的原因就在于比热容.答案选D 把握内能、热量、比热容和热值这四个物理量之间的区别和联系,学会由现象归纳物理原理;学会在生活中关注物理知识的运用.

【例48】下列说法正确的是( ).

A.一杯煤油用去一半,它的比热容减为原来的二分之一 B.吸收热量多的物质,比热容一定大 C.高温物体放出热量一定多

D.质量相同的水和煤油,吸收了相同的热量,煤油升高的温度大于水升高的温度 解析:根据比热容是物质的一种特性,与它的质量和体积、温度等无关,故选项A是错的,

从比热容的定义可知,比较两种物质比热容,应当是在质量及升高的温度相同的条件下,比较它们吸热的多少,故B缺少条件,不正确.温度高的物体不发生温度或状态

3

变化,是不会放出或吸收热量的,故C也不正确.由水的比热容为4.2×10 J/(kg·℃)可见,质量相同的水、煤油升高相同的温度,水吸收的热量多,当质量相同的水、煤油吸收相同热量时,煤油升高的温度多.答案选D

【例49】为了研究物质的某种特性,某小组同学先做如下实验:他们在甲、乙两只完全相

同的烧杯中分别放入100g和200g的温水,实验时让它们自然冷却,并利用温度计和计时器测量水温随时间变化的情况。记录数据分别如表一、表二所示。(设甲、乙两杯水每分钟放出的热量相等。) 表一 m1=100g

2

(1) 分析比较表一和表二中数据可知,实验时,两杯水所处环境的温度是__________(相同/不同)的。

(2) 分析比较表一和表二中第一行和第三行的数据及相关条件,可得出的初步结论是:

_______ _______。 (3) 分析比较表一和表二中第三列、第四列、第五列等数据及相关条件,可得出的初

步结论是_________ _____ _______ _______ 。 (4) 进一步综合分析比较表一和表二中的数据及相关条件,还可得出的初步结论是:

________ ___。

解析:(1)当环境温度比水温低时,水放热降温最终降到与环境温度相同,故由表一数据

可知甲烧杯所处环境温度为30℃,由表二数据可知乙烧杯所处环境温度为28℃。两者所处环境温度不同。

(2)从两表第一和第三行数据可看出:随时间的推移,水放热越来越多降温也越来越多,相同质量的水降低的温度与它放出的热量成正比。

(3)比较表一和表二的第三列、第四列、第五列数据可看出:降低相同的温度100g水要比200g水用时少,即放出热量少。

(4)综合两表数据可发现水的一种热学特性即比热是个确定的值。因此水温变化相同时,水吸收或放出热量与其质量成正比。

答:(1)不同(2)一定质量的水放出热量与降低的温度成正比。 (3)降低相同温度时,水质量越大放出热量越多

(4)水放出的热量与质量、水降低温度的比值是个定值。

【例50】小明猜想“液体的密度ρ越大,其比热容c也越大”。他查到了一些液体的密度

由于不知道表中各种液体之间比热容的大小关系,需要用实验方法得到。

实验器材:铁架台(带铁圈)、石棉网、温度计、细线、火柴、烧杯、秒表、天平和砝码(以上每一种器材数量足够、规格相同);火焰相同的酒精灯若干;密度表中所给出的各种液体足量。

实验中,小明选取的三种液体分别是煤油、植物油和水。

(1)请完成以下实验要求:

A.实验原理是:________________________________________________________。

B.实验中你准备测量哪个物理量来间接知道液体的比热容大小?

C.实验中要控制的变量是:液体的质量和________________________。

D.实验中,怎样操作才能使烧杯在单位时间内吸收的热量都相等?

(2)如果测量的结果与小明的猜想相矛盾,则测出的三个物理量大小关系会有很多种,请写出其中一种。_________________________________________________。

(3)如果小明选取煤油、酒精和水这三种液体做实验,会存在哪些问题?

解析:为了证实小明的猜想,我们选了三种密度不同的液体,关键要通过实验测出其比热

容的大小。

故(1)A、实验原理为Q=cm△t(c?Q);B、用温度的变化量△t或加热时间都可以m?t简接知道液体比热容的大小,二者任填一个即可;C、要控制的变量应与你准备测量的物理量相对应,如果你准备测量的物理量是温度的变化量△t,则要控制的变量应是液体吸收的热量Q;如果你准备测量的物理量是加热时间,则要控制的变量应是温度的变化量△t;D、调整铁架台上放烧杯的铁圈的高度,使酒精灯火焰与烧杯底部的距离相等。(2)△t煤油=△t植物油=△t水(只要不是△t煤油>△t植物油>△t水即可);以上几个问题都体现了回答时的多样性,同一个问题可以用不同的方式进行解答,但表达的意思却是相同的。

(3) 如果选取煤油、酒精和水这三种液体,明显地①煤油和酒精的密度相等;②酒精易燃,不能用火焰加热答出一个即可。

【例51】如图所示,是甲、乙、丙三种物质的温度变化和它们吸收热量的关系图线。甲和

乙的质量都是0.2kg,丙的质量是2kg,则甲、乙、丙的比热分别是c甲=___ ______, c乙=____ ___,c丙=_______ ___。

解析:欲求三种物质的比热,根据公式Q=cm△t可知,应知每种物质的质量、温度变化量

和吸收的热量,这些量,我们都可以在图像中得到。

(1)对于甲来说,m甲=0.2kg,从图像看出,当温度从200℃升高到400℃时,它所吸收

Q8?104

3?的热量是8×10J,故c甲?J/(kg·℃)=2×10 J/(kg·℃)。 m甲?t0.2?2004

(2)同理对于乙来说,温度从200℃升高到400℃时,吸收的热量是16×10J,也可以

4认为是温度升高到300℃时,吸收了8×10J的热量。故 4

Q16?104

3c乙??J/(kg·℃)=4×10 J/(kg·℃)。 m乙?t0.2?200

(3)同理对于丙来说,经计算,它的比热为c丙=1.6×10J/(kg·℃)

【例52】用一个放热稳定的热源给一个物体均匀加热,得到它的熔化图像如图所示,那么,它固态时的比80

热与它液态时的比热之比是( ) 60

A.1:2 B.2:1 C.1:4 D.4:1 40

解析:从图像的形状可以看出,这是一个晶体的熔化图20 像。从计时开始到加热2min这段时间内,物体是固态;从2min到8min这段时间内,物体处于熔化的0 过程,是固液混合态;8min以后是液态。求固态时

的比热应观察0~2min这段图线,求液态时的比热

应观察8~12min这段图线。

设物体的质量为m,每分钟吸收的热量为Q,则物体在固态吸收热量为2Q时,温度升3

2Q;物体在液态吸收的热量为4Qm?40℃

4Q时,温度升高了20℃,故物体处于液态时的比热为c液?。 m?20℃高了40℃,故物体处于固态时的比热为c固?

则固态与液态的比热之比为c固:c液=m?20℃2Q×=1:4,故应选C。 4Qm?40℃

【例53】如图所示的图像表示甲、乙两个物体吸后温度升高的情况,图中横坐标是物体的

温度变化,纵坐标是物体吸收的热量。问题:(1)如果甲、乙是同

种物质制成的,则有_________。(2)如果甲和乙是不同物质制成的,则有________。(3)如果甲和乙的质量相同,则有_______。

回答上述问题有以下四个答案可供选择。请选择你认为正确的答案

填到上述问题的空格上(填空母)

A.物体甲的比热比物体乙的比热大 O B.物体甲的比热比物体乙的比热小

C.物体甲和物体乙的比热一样

D.条件不足,无法判断比热的大小

解析:对于问题(1),因为甲、乙是由同种物质组成的,所以它们的比热一定是一样大的,

故应选C;对于问题(2),因二者不是同种物质组成,其比热肯定不同,由公式Q=cm△t可得c?Q,结合图像,如果让它们升高相同的温度,则甲吸收的热量会大于乙m?t

吸收的热量Q甲>Q乙,但质量m的关系在题中并没有告诉我们,

故条件不足,无法判断,应选D;对于问题(3),已知质量相同,由图像可知,在升高相同温度时,Q甲>Q乙,即c甲>c乙,故应选A。

图像能给我们提多的信息,其中也不乏无用的,面对这些信息,我们一定要紧密地与题意相结合,深挖图像的本质,及时地将那些有用的信息提取出来,为解题服务。

【例54】在沙漠地区有“早穿皮袄午穿纱,夜抱火炉吃西瓜”的奇特现象.而沿海地区是

“气候宜人,四季如春”,这表明水对气温有显著影响,是因为( ).

A.水的透明度高,容易吸收太阳能

B.水的比热容比沙石的比热容大

C.水在蒸发时有致冷作用

D.水的对流性能好

解析:沙漠地区缺水且多沙石,沙石的比热容较小,夜间沙石散热较多,温度降低较快,

因而早晨气温较低;午间在阳光的照射下,沙石吸热后温度升高较快使得气温迅速升高,于是出现昼夜气温差别较大的现象.而沿海地区水多,水的比热容较大,海洋与沙漠地区在同样散热的情况下,海洋的温度降低不多,夜间气温不太低,白天气温也不会升得过快,所以,沿海地区昼夜温差不大.选项B正确.

【例55】冬天,室内取暖的暖气,很多都采用让流动的热水慢慢地流过散热器,其原因是

( )

A.水比较便宜 B.水的密度小 C.水的比热大 D.水的沸点高

解析:因为水的比热较大,在降低相同的温度条件下,可以释放更多的热量.答案选C

【例56】给一定质量的水加热,其温度与时间的关系如图中a

图线所示。若其他条件不变,仅将水的质量增加,则温度与

时间的关系图线正确的是 ( )

A.a B.b C.c D.d

解析:本题可以用取相同的横坐标,比较纵坐标的方法求解.

解:根据Q吸?cm(t?t0)可知,比热容相同的物质,质

量大的吸收的热量多.假设水的质量 前后都从起始温度升高到t,即升高相同的温度,,

ta?tb?tc?td.a、b、c、d四条曲线在温度t,时,对应的加热时间ta、tb、tc、td有:水

的质量增加了,则吸收的热量要多些,也就是加热时间要长些,因此只有c、d才有可能,又因为水的沸点没有改变,故d不合题意,正确的曲线应是c.

【例57】甲、乙两物体的比热容之比为2∶3,吸收热量之比为3∶1,它们升高的温度相同,

则甲、乙两物体的质量之比为( )

A.9∶2 B.2∶9 C.1∶2 D.2∶1

解析:使用公式Q?cm?t的变形公式m?Q进行计算. c?t

m甲Q甲c乙?t乙3319Q??????? 解:由Q?cm?t得m?,所以m乙Q乙c甲?t甲1212c?t

答案选A

【例58】某中学锅炉房每天要将3t水从20℃加热到100℃。问:

(1)这些水要吸收热量为多少?

(2)“西气东输”实现后,可用天然气作为燃料来烧水,设天然气完全燃烧释放热量的

375%被水吸收,学校每天因烧水要消耗天然气的体积是多少m?(天然气的热值

q=8.4×107J/m3。气体完全燃烧放出热量的公式是Q=qV,式中V表示气体燃烧的体积) 解析:该题的两问基本上泾渭分明,分别求取就行了,但它们之间是有一定联系的。(1)热

量计算时,根据公式Q=cm△t可得,需要知道比热c、质量m和温度变化量△t,除水的比热c是个隐含条件外,其余均在题中已知,水的比热是需要记住的物理量,其大

3小为4.2×10J/(kg·℃),所以代入即可计算;(2)由于水吸收的热量是由天然气燃烧

热出的热量来提供的,虽然其中存在一个百分比,但我们还是能够计算出来的,由公式Q=qV,即可求出天然气的体积。

解:(1)由公式Q=cm△t可得,

339水吸收的热量为Q吸=4.2×10J/(kg·℃)×3×10kg×(100℃-20℃)=1.008×10J。

1.008×109J9(2)天然气应该释放的热量Q放==1.344×10J =75%75%Q吸

由公式Q=qV可得,消耗天然气的体积为V=Q放

q=1.344×109J

8.4×107J/m3=160m。

93该问也可以例一个小方程来计算,因Q放×75%=Q吸,故qV×75%=1.008×10J,

3代入解之得V=160m。

由此可以看出,解这样的计算题,一要明确各量的含义,一般由所求量根据相应公式能找出题中对应的已知量来,对于隐含的量要求能够记住它的大小,题中热值的含义

3与平时有变化,这是完全燃烧1m天然气所释放出的热量,应该有这种迁移能力,这是

一个基本的要求;二是要注意单位的统一,题中给出的物理量,可能不是国际单位制中的单位,或者不是我们需要的单位,这时应该及时对单位进行换算,或者代入时直接换算过来即可,如质量的单位不是kg,而是t等;三要做好等量间的转化,因为水吸收的热量由燃烧天然气来提供,但并不是天然气放出的热量完全转化为水吸收的热量,其中的等量关系应该是Q放×75%=Q吸,不能颠倒;四是要利用科学记数法,题中数值都较大,用科学记数法可以大大简化解题过程,提高计算速度,减少出错率。

【例59】把质量是100克的铁块放在火炉里相当长的时间后,取出来立即投入到盛有200

克水的杯子里,水的温度由15℃升高到59℃,不计杯子吸热和散失到空气中的热量,求炉火的温度.

解析:当不计热损失时,高温铁块放出的热量等于水吸收的热量,即Q放=Q吸.

3解:查表得:水的比热容c1=4.2×10J/(kg·℃)

3铁的比热容c2=0.46×10J/(kg·℃)

水温度升高吸收的热量:Q1?c1m1(t?t01)

=4.2×10J/(kg·℃)×0.2kg×(59℃-15℃)

4=3.696×10J

由Q放=Q吸可得,铁块放出的热量: 3

Q2=Q1=3.696×104J=c2m2(t02?t)

所以:

t02?Q2

?tc2m23.696?104J??59?C0.46?103J/(kg??C)?01kg?862?C

答:炉火的温度是862℃.

【例60】如图甲是用水来冷却

热牛奶的示意图。图乙是记

录牛奶、水的温度随时间变

化的图像,图中表示热奶温

度随时间变化的曲线应

是 ;,(填写I或Ⅱ)

甲 乙

图中A点的物理意义是 。若水的质量为1.5kg,在这个过程中水吸收的热量是 .

解析:将热牛奶放入冷水中,牛奶放热,温度降低,所以热牛奶温度随时间变化的曲线应

是Ⅰ.热牛奶在冷水中,牛奶温度降低,水的温度升高.当它们温度相同时,温度不再发生变化,此时对应的温度就是牛奶和水的混合温度.

曲线Ⅰ;牛奶和水混合温度,混合温度是18℃;水吸收的热量

34

Q吸?cm(t?t0)=4.2×10J/(kg·℃)×1.5kg×(18℃-10℃)=5.04×10J

【例61】小明在烈日当空的海边玩耍,发现沙子烫脚,而海水却很凉。同样的太阳光照射,为什么会出现不同的结果呢?小明想:是不是沙子和海水吸热升温快慢不同呢?于是他从海边取了一些沙子和海水带回家进行探究。

小明在两个相同玻璃杯中分别装上相同质量的海水和沙子,用一个100W的白炽灯同时

(1)小明探究的物理问题是什么?

(2)小明根据收集到的数据在方格纸上已经画出了海水的温度随时间变化的图像,如

下图所示。请你在同一方格纸上画出沙子的温度随时间变化的图像。

(3)分析小明探究中收集到的数据或根据数据画出的两个图像,你能得出什么探究结

论?

(4)小明发现“夏天海边的沙子烫脚而海水却很凉”。请你用简略的语言从日常生活或

自然中举一个类似的现象。

解析:初中物理课程标准,把科学探究列为学生的学习目标.本题体现了这一目标.对生

活中遇到的问题进行科学探究,首先要提出问题.提出问题要注意语言的科学性、规范性.如“质量相等的海水和沙子吸收相同的热量谁温度升高快?”注意了用控制变量的方法来进行科学探究.本题(2)、(3)是考查同学们用图像处理物理问题的能力,由于图线是平滑曲线,而且开始一段较陡,后面渐趋平缓,所以只回答“相同质量的水和沙子,吸收相同的热量,沙子升温快”是不全面的.第(4)问,是开放性问题,答案不是惟一的. 解:(1)质量相等的海水和沙子吸收相同的热量谁温度升高的快谁吸热本领强。(海水和沙子吸热升温快慢相同吗?) (2)图像(略)

(3) ①吸收相同的热量,沙子温度变化的快。

②水和沙子吸热温度变化随着时间延长而减小(或沙子和水温度越高时升温越缓

慢)

(4)温差变化大。早稻育秧,晚间往秧田灌水,白天将水放出;夏天的柏油马路比水泥人行道热得多。

【例62】水的比热容比较大,人们往往利用它的这一特征为生产、生活服务.在下列事例

中与水的这一特征无关的是 ( )

A.让热水流过散热器来取暖

B.在大的河流上建水电站,用水发电

C.晚上向秧田里灌水

D.汽车发动机用水循环冷却

解析:水冷系统、水热系统和冬秧灌水都是“水的比热容比较大”的典型应用,而水力发

电并没有应用这一点,它主要利用了能量转化.水由于被举高产生巨大的势能,进而被转化为电能.答案选B

学会从生活中归纳物理知识,更重要的是从物理顺利的走向社会,造福社会.

【例63】柴油机是工农业生产中常用的热机,已知某型号柴油机的效率是30%,在柴油机

内完全燃烧2kg柴油能放热 J,这些热通过该柴油机的转化能对外做

7有用功 J.(柴油的热值为3.3×10J/kg)

77解析:计算燃料完全燃烧放出热量,应选择公式Q放=mq=2kg×3.3×10J/kg=6.6×10J;

热机效率是指热机对外输出的有用功占燃料完全燃烧所放热量的比值,

7所以W有=Q放×30%=2.2×10J.

77答案:6.6×10J;2.2×10J

学会抓住题目中的关键字词,选择正确的计算公式;学会迁移的方法,将热机的效率与机械效率相联系,将能的概念与功的概念相联系.

【例64】比热容是物质的一种特性.用同种物质制成两个质量不等的物体,其比热容

(填“相同”或“不同”).质量均为1kg的铜块和铅块,如吸收了相等的热量,则铜

块与铅块升高的温度之比为 ︰ ;若铜块温度升高了100℃,则它吸收了

22J的热.(c铜=3.9×10 J/(kg·℃),c铅=1.3×10J/(kg·℃ ))

解析:比热容是物质的特性,因此只要物质的状态不变,质量和体积等因素的改变是不会

影响物质的比热容的,抓住“同种物质”可以得出“相同”的答案.后两问因为是热传递现象,所以用公式Q=cmΔt进行解题:

Q1

Δt铜c铜m铜21 ==?Δt铅3

c铅m铅1.3?102?1

Q吸=c铜m铜Δt=3.9×102 J/(kg·℃)×1kg×100℃=3.9×104J

答案:相同;1:3 ;3.9×10J

学会抓住题目中的关键字词,把握知识脉络.学会根据应用范围选择正确的公式进行计算.

【例65】铝壶中装有3kg的水,放在煤气灶上加热,将水从20℃加热至沸腾(在1标准大

气压下),煤气灶共燃烧了48g煤气,在此过程中

3(1)铝壶中的水吸收了多少热量?(水的比热c = 4.2×10J/(kg·℃) )

7(2)完全燃烧48g煤气可以放出多少热量?(煤气的热值q = 4.2×10J/kg)

(3)如果认为铝壶中的水吸收了煤气灶放出的全部热量,则该煤气灶的效率是多少?

(4)实际加热过程中,铝壶也会吸热并向外界散热,那么该煤气灶的实际效率比你在(3)4

中求到的效率是高还是低?为什么?

解析:(1)(2)可以根据现象选择公式.

(1)是热传递,运用公式Q=cmΔt,

其中Δt=100℃-20℃=80℃.

Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×3kg×80℃=1.008×106J;

76(2)是燃料燃烧放热,运用公式Q=mq=0.048kg×4.2×10J/kg=2.016×10J;

(3)(4)根据效率问题的实质——有用的能量占总能量的比值,可以得出答案.

66答案:(1)1.008×10J (2)2.016×10J (3)100% (4)低;因为存在热损失,最终水所

得到的有用的能量减少了,所以效率降低.

学会有关能量转化中效率的计算,从与生活现象有关的计算中把握效率问题的实质,并学会分析实际问题.

【例66】小明家住市中心,奶奶嫌城市夏

天太热而不住他家,这激发了他探究

城乡温差的原因.某星期天,他请全

班同学分别到选定的地点,于中午同

一时刻测出各测试点的气温,以此绘

制出如图12-2所示的“区域——温郊区 城镇居民区 商业区 市中心 居民区 公园 城乡居民区 农田 度”坐标图.

(1)图中气温最低的区域是: ;简析该区域气温低的主要原因: .

(2)请提出一种降低市中心环境气温的办法: . 解析:结合数学中的坐标知识,从图像中找出温度最低的区域是农田,主要原因在于农田

区域的水域面积较其他区域多,而水的比热容较大,在加热条件相同时,温度变化较小.改善市中心环境气温的方法很多,可以:改用比热容大的建材,多植树,改善市区水域结构,鼓励使用环保型汽车等.

答案:农田;农田区域的水域面积较其他区域多,而水的比热容较大,在加热条件相同时,温度变化较小;改用比热容大的建材,多植树,改善市区水域结构,鼓励使用环保型汽车等

环境问题时当今社会的热点问题,而“热岛效应”是制约城市发展,影响市民生活的重要环境问题之一.本题的可贵之处在于对生活、对社会的关注,让学生运用物理知识解决实际问题,学做社会的主人.

【例67】当物体温度发生变化时,下列物理量会发生变化的是( )

A. 质量 B. 物重 C. 密度 D. 内能

解析:一个物体的温度变化时,会直接引起哪些变化,利用所学知识不难得出是体积和分

子运动速度。然后根据质量是不随温度变化而变化的,再利用有关的密度及内能知识就可解得。正确选项为C、D。

解答有关热学问题时,必须仔细审题,抓住各物理量间内在的因果关系,联系与题目中所出现的物理相关知识,逐步进行分析。

【例68】分别指出下列两句话中“热”的含义:

A. 今天的天气真热

B. 物体吸热,温度升高

解析:今天天气真热的“热”,是表示物体的冷热程度的,说明气温高,指温度。物体吸热,

温度升高,表示低温物体吸收热量,温度升高,这个“热”指的是热量。

答案:A. 中的“热”指温度B. 中的“热”指热量

日常生活中说的“热”

,含义是非常广泛的。单从热学角度来理解,有的“热”表示物

体的温度高低;有的“热”表示物体的内能;有的“热”又是表示在热传递过程中吸收或放出热的多少,即热量的。因此,要注意区分。

【例69】关于热量、内能、温度的关系中正确的是( )

A. 物体吸收了热量,它的温度一定升高,内能一定增加

B. 物体的温度升高,它的内能一定增加,一定是吸收了热量

C. 物体的内能增加了,它的温度一定升高,一定是吸收了热量

D. 以上说法都不对

解析:物体吸收了热量,它的内能一定增加,但温度可能升高,也可能不变(如晶体在熔

化过程中,吸收了热量但温度不变)。物体的温度升高了,它的分子运动加剧,内能增加,但不一定是吸收了热量,有可能是外界对物体做了功。因为改变物体内能有两种方法,即做功和热传递。物体内能增加了,可能是分子动能增加了,也可能是分子动能没有增加而分子势能增加了。由此可看出前三个选项A、B、C都是错误的。正确选项为D。

解决这类问题的关键是搞清温度、内能和热量三者的区别和联系:(1)区别:温度表示物体的冷热程度。从分子动理论的观点来看,温度是分子热运动激烈程度的标志,对同一物体而言,温度只能说“是多少”或“到达多少”,不能说“有”、“没有”或“含有”等。热量是在热传递过程中,物体吸收或放出热的多少,其实质是内能的变化量。热量跟热传递紧密相连,离开了热传递就无热量而言。对热量只能说“吸收多少”或“放出多少”,不能在热量名词前加“有”或“没有”、“含有”。内能是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。内能只能说“有”,不能说“无”。只有当物体的内能改变,并与做功或热传递相联系时,才有数量上的意义。

(2)联系:在不发生物态变化时,物体吸收了热量,内能增加,温度升高;物体放出了热量,它的内能减少,温度降低。在发生物态变化时,物体吸收了热量,内能增加,温度可能不变;物体放出了热量,内能减少,温度可能不变。

【例70】甲、乙两个冰块的质量相同,温度均为0℃。甲冰块位于地面静止,乙冰块静止

在10米高处。这两个冰块( )

A. 机械能一样大 B. 乙的机械能大

C. 内能一样大 D. 乙的内能大

解析:机械能包括动能、势能,两个冰块的质量相同,可以通过它们的速度大小,位置高

低,判断它们的动能和势能的大小。判断物体内能大小的依据是温度和状态。根据题意,两个冰块均处于静止状态,它们的动能都是零。两冰块质量相同,乙冰块比甲冰块的位置高,乙冰块的重力势能大。结论是乙冰块的机械能大,选项B正确、A错误。两个冰块均为0℃,质量相同、物态相同、温度相同、它们的内能也相同。选项C正确、D错误。正确选项为B、C。

内能与机械能是两种形式的能。两者都与运动有关,都描述物体的运动状态。内能由物体内分子无规则运动和相互作用的分子间相对位置决定,它与物体的机械运动情况无关。机械能是由物体的整体运动状态和物体间相对位置决定的能,它与物体内分子的运动情况无关。可以说,内能和机械能从不同的角度、不同的侧面描述了物体的运动状态。这两种能是相互独立的。同一个物体可以既有机械能又有内能;可以使机械能变化,同时保持内能不变;可以使内能变化,而保持机械能不变;当然也可以让两种能各自变化。

【例71】在0°C的房间内,放在地面上的铅球: ( )

A.具有动能 B.没有机械能 C.具有内能 D.没有内能 解析:机械能和内能是两种不同形式的能。机械能与物体的机械运动的情况有关。物体由

于机械运动,被举高或发生弹性形变,它就具有机械能,如果物体没有运动,物体就没有动能,如果物体在地面上,又没有发生弹性形变,物体就没有势能,没有动能和势能的物体,没有机械能。

由于一切物体不论它的温度高低如何,都具有内能,本题答案是C。

【例72】下列事例中,把机械能转化成物体内能的是 ( )

A.用酒精灯加热烧杯里的水 B.用电饭锅做饭

C.点燃的爆竹升到空中 D.用打气筒打气,筒壁会发热

解析:把机械能转化成内能,是通过做功的方式改变物体的内能的。选项A是用热传递的

方法改变物体内能,应排除;又选项B是电能转化成物体内能,不符合题意,也要排除在外。对物体做功,物体的内能增加;物体对外做功,它的内能减少。选项C是高温高压的燃气对爆竹做功,燃气的内能减少,爆竹的机械能增加,是内能转化成机械能的事例,只有选项D中,打气筒打气时,压缩气体做功和克服摩擦做功,把机械能转化成内能的。应选择答案D。

【例73】下列过程中,属于内能转化为机械能的是( )

A.寒冷天气快速搓手,手会感到暖和

B.水轮机带动发电机发电

C.烧红的铁块放入水中,冷水变热

D.壶中的水沸腾时,壶盖不断地在跳动

解析:寒冷天气快速搓手,手感到暖和是摩擦生热现象,机械能转化为内能.水轮机带动

发电机发电,是机械能转移的过程.烧红的铁块放入水中,使冷水变热,是内能转移的过程,铁放热,内能减小,水吸热,内能增加.壶中的水沸腾时,壶盖不断地在跳动,是水蒸气膨胀对外做功,顶起壶盖后,它自身的内能要减小,从而获得机械能. 答案选D

【例74】在某密闭隔热的房间内有一电冰箱,现接通电源使电冰箱开始工作,并打开电冰

箱的门,则过段时间后室内的温度将( )

A.降低 B.不变 C.升高 D.无法判断

解析:电冰箱制冷过程中,使冰箱内的温度降低的同时,又使其外部温度升高(将冰箱内部的内能转移到外部),此过程不可能自发发生,必需消耗电能,此部分电能最终也转变为内能,因此从总能量的角度看,室内的内能将增加,室内温度上升.答案选C

【例75】小华在做如图所示的滚摆实验中,发现滚摆每次上升的高度

逐渐减小,小华想:“这是否说明在动能、势能的相互转化的过程

中,整个装置的能量不守恒?这不是与能量守恒定律相矛盾吗?”

请你帮小华解决他的困惑.

解析:在能量的转化过程中,某种能量可以增加或减小(即可以不守

恒),但总的能量一定是守恒的.

答:在滚摆运动的过程中,由于摩擦不可避免,总有一部分机械

能转化为内能,故整个装置的机械能不守恒,但总的能量(即机械能和内能的总和)保持不变.

【例76】2001年3月20日,俄罗斯“和平号”空间站终于走完了它回归地球的全部旅程,

坠入太平洋。这个凝聚着人类智慧结晶的庞然大物在高速坠落的过程中分解成许多碎片,这些碎片在天空中燃烧发光,形成一道道明亮的弧线,请回答:①“和平号”空间站进人大气层后向地球坠落的原因是什么?,②“和平号”空间站在下落过程中分解成许多碎片,这些碎片在空气中燃烧发光的原因是什么?这里有什么形式的能量转化? 解析:解答此类题目,必须理解改变物体内能的方法可能是热传递,还可能是做功。

“和平号”空间站进入大气层后,由于受到地球的引力,所以会向地球坠落.空间站

在进入大气层后,具有很大的动能和势能.在坠落的过程中要克服与空气摩擦做功,将机械能转化为内能,空间站的温度过高就会燃烧发光.

答:①受地球的引力;②与空气摩擦生热,机械能转化为内能和光能.

【例77】下列说法中正确的是 ( )

A.一杯煤油用去一半,它的比热减为原来的二分之一

B.吸收热量多的物体比热一定大

C.高温物体放出的热量一定多

D.质量相同的水和煤油吸收了相同的热量,煤油升高的温度大于水升长高的温度 解析:根据比热是物质的一种特性,选项A是错误的,从比热的定义可知,比较两个物质

的比热大小,应当是在质量,升高的温度相同的条件下,比较它们吸热的多少,选项B缺少条件。因此无法判定两种物质的比热大小,物体放热多少是跟它的比热、质量和降低温度的多少三个因素有关。举例来说,一桶质量是100克的水,温度从90°C降低到80°C,放出4200焦的热量,若它从80°C降低到60°C,放出8400焦的热量,可见高温物体放出的热量不一定多。 从热量计算公式得到△t?Q吸

cm,可以看到吸热和质量分别相同时,物体升高温度的多

少,跟它的比热成反比,因为c煤油?c水,所以△t煤油>△t水,即煤油的升温大于水的升温。本题选D。

【例78】把质量为500克,温度为40°C的铝块加热到100°C,铝块吸收了多少热量?如

果这些热量用来给水加热,能使多少20°C的水升高到40°C?

解析:铝的比热为0.88?103焦千克??C?

铝块从40°C升到100°C吸收的热量为:

Q吸?c铝m铝?t?t0?

=0.88?103?千克??C??0.5千克??100?C?40?C?

=2.64×10焦

水的比热为c水?4.2?103焦千克??C?

Q吸=c水m水(t-t0)

由此求出水的质量

m水?c水t?t0Q吸?2.64?104焦4.2?10焦34千克??C???40?C?20?C?

=0.31千克

4答:铝块吸收了2.64×10焦热量,能使0.31千克的水从20°C升高到40°C。

【例79】利用太阳能将2000千克的水从15°C加热到50°C,吸收的热量是多少?相当于

7完全燃烧多少千克的烟煤?(烟煤的燃烧值为2.9×10焦/千克)

解析:水从15°C升高到50°C吸收的热量

Q吸=c水m水(t-t0)

=4.2?103焦千克??C??2000千克??50?C?15?C?

=2.94×10焦

2.94?108焦?10千克 完全燃烧的煤的质量为 m?7焦2.9?108

【例80】质量不同,初温相等的大、小两个铁块,吸收了相等热量后将它们接触,则大、

小铁块之间有没有热传递,为什么?

解析:物体之间有没有热传递,要看它们之间有没有温度差,设大小铁块的质量为m1、m2

吸热后的温度分别为t1、t2,初温为t0,因为Q1=Q2,得到

c铁m1?t1?t0??c铁m2?t2?t0?

∵ m1>m2 ∴(t1-t0)<(t2-t0)

又因为t0相同,∴t1<t2,这就是说小铁块比大铁块的末温高,因此会热传递,内能将从温度高的小铁块传向温度低的大铁块。

【例81】用同一热源加热比热容为C1和C2,质量相等的两物体,

得其关系如下图所示,则比热容大小( )

A. C1>C2 B. C1<C2 C. C1=C2 D. C1≤C2

解析:同一热源加热同样质量的物体,它们在相等的时间内所吸

收的热量相等。根据公式Q吸=Cm△t可知,在相同时间内温

度升高较多的物体比热容一定较小。由图象可以看出,在相同时间内,比热容为C1的物体温度升高小于比热容为C2的物体,所以C1>C2。正确选项为A。

用同一热源加热同样质量的物体,在相等时间内物体吸收热量相等,这是解答本题的一个重要条件;然后,结合图象找出物体在相同时间内的温度变化的大小关系,这也是解答本题的又一重要条件;再根据公式Q =Cm△t,得出两物体的比热容大小。因此,分析题意,挖掘题中隐含着的重要条件,是解答此类热学题的关键。

【例82】有关四冲程内燃机的叙述中,不正确的是( )

A.工作中只有做功冲程把内能转化为机械能

B.工作中压缩冲程是把内能转化为机械能

C.工作开始时要靠外力启动

D.每一个工作循环,燃气只做功一次

解析:吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成了内燃机的一个工作循环.

在内燃机的四个冲程中,只有在做功冲程中,燃气才对外做功,内能转化为机械能.压缩冲程中机械能转化为内能.内燃机开始工作时需要外力启动,所以,A、C、D所说的都是对的.答案选B

7【例83】干木材的热值是1.2×10J/kg,它的物理意义是________ ____________.要放

7出3.6×10J的热量,需要完全燃烧__________kg的干木材.

解析:燃料的热值是燃料的一种特性,其物理意义由定义可知,要求燃料燃烧放出的热量

情况,可利用Q放=qm来计算.

7解:其物理意义是:1kg干木柴完全燃烧放出1.2×10的热量.由Q放=qm得:

3.6?107Jm???3kg. q1.2?107J/kg

【例84】小明学习了热学的有关知识后,知道水的比热是4.2×10J/(kg·℃),他想估

算一下自己家每天烧水、做饭需要的热量,于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间,并把它折算成烧水时间,相当于每天将30kg20℃的水烧开.

3Q放

(1)小明家每天烧水做饭需要多少热量?

7 (2)如果普通煤的燃烧值为3×10J/kg,从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少千

克煤?

(3)小明家实际平均每天需要烧4块蜂窝煤,按每块蜂窝煤含煤0.5kg算,他家每天

实际用煤2kg,由此小明计算出他家煤炉的效率只有16.5%,你认为小明家煤炉效率低的原因是什么?

(4)从大的方面讲,家用煤炉除热效率低浪费能源的缺点外,另一个主要缺点是什么? 解析:用公式Q放=qm和Q吸?cm(t?t0)来计算.

解:(1)Q=cm(t2-t1)

7 将数据代入①得Q=1.0×10J

1.0?107

(2)M=kg=0.33kg 73?10

(3)煤不能完全燃烧;热量散失严重.

(4)产生废渣、废气,造成环境污染.

【例85】甲、乙两汽车,甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高,这表明( )

A.甲做功比乙多 B.甲做功比乙快

C.甲消耗的汽油比乙少 D.以相同的牵引力行驶相同的路程,甲耗油比乙少 解析:热机的效率与功率、做功的多少没有必然联系.

汽油机做功的多少由牵引力的大小和汽车前进的距离的大小有关,与汽油机的效率无关,所以A不正确;汽油机做功的快慢是由汽油机的功率决定的,与汽油机的效率无关,故B不正确;汽油机做功的多少没有确定,其耗油量也不能确定,故C也是错误的.在D选项中,由W=Fs可知,两汽油机做的功相等,由于甲的效率高,故甲耗油少. 答案选D

【例86】汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成,其中在做功冲程中燃气对活塞做功,

实现了___________能向___________能的转化.图中表示的是汽油机的________冲程(填冲程的名称).

解析:由汽油机汽缸示意图辨别冲程名称时,要根据两气门的关闭活

塞的上下运动情况来确定,要判断是否是做功冲程可观察火花塞

是否点火.

在做功冲程中,将内能转化为机械能;从图中可以看出:进气门

打开、排气门关闭,活塞由上往下运动,汽油和空气的混合物将

进入汽缸,这是吸气冲程.

答案:内能 机械能 吸气

【例87】一辆轿车在平直的高速公路上匀速行驶1.8km,轿车上的速度表如图所示,在此

过程中(1)轿车速度为多少km/h?合多少m/s?

(2)若轿车行驶过程中发动机的功率为40kW,则该车行驶

中所受阻力多大? (3)这段过程中轿车消耗汽油0.25kg,其发动机的效率多

7大?(q汽油=4.6×10J/kg)(江苏省南通市2004年中考题) 解析:这是一道力学与热学的综合试题,涉及了速度、平衡力、功、

功率、热量、热值、效率等许多知识点.计算发动机的效率可

根据热机的效率公式??W有

W总?100%,W有即为发动机牵引力对汽车所做的功,W总等

于汽油完全燃烧放出的热量.

解: ⑴轿车的速度为90km/h

90?1000m?25m/s 3600s

P4000W⑵由P?Fv 得:F???1600N v25m/s90km/h?

因轿车匀速运动,受力平衡

所以阻力f=F=1600N

⑶汽油燃烧释放的热量为:

Q?mq?0.25kg?4.6?107J/kg?1.15?107J

牵引力做功为:W?Fs?1600N?1800m?2.88?10J

∴发动机效率为: 6

2.88?106J???100%??100%?25% W总1.15?107J

【例88】为什么汽车发动机需要用水循环冷却?

解析:这个问题主要涉及两个方面:一是汽车发动机为什么要冷却;二是为什么要用水冷

却。汽车发动机多为汽油机(有的汽车用柴油机),靠汽油(或柴油)在气缸内燃烧,推动活塞做功,将化学能转变为机械能。在此过程中化学能的一部分转变为内能,使气缸变热,如果发动机的气缸过热,就会影响到发动机的正常工作,为了使汽车发动机能在适当的温度下正常工作,常在气缸外边加一个“水套”,让温度较低的水在“水套”中流动,从较热的气缸吸热使它冷却。

用循环水冷却气缸的原因很多。从热学的角度讲,是水的比热容较大。相同质量的水与其他物质相比,升高同样的温度可以吸收较多的热量,更容易使气缸冷却。

利用不同物质比热容大小不同,可以分析很多生活中的现象,例如:水的比热容比砂石大,所以在阳光的照射下,吸收相同的热量时,湖水的温度比湖边砂石的温度低;到了晚上,湖水和砂石放出相同的热量后,砂石较为迅速的降温,湖水的温度比砂石的温度高。

有的大型发电机利用氢气进行冷却,其效果比用水冷却的效果还好。这是因为氢气的

3比热容为14.7×10J/(KgoC),大约是水的比热的3倍。

【例89】为了测出火炉的温度,可以取一金属块,把它放在沸水中加热到100oC,然后放

到30oC的一杯水中,测得混合后的水温是32oC,然后把金属块放在火炉中加热足够长的时间,取出后立即放入和第一次质量相同的另一杯水中,测得混合后水温由30oC升到50oC。试由此算出火炉的温度是多少?

解析:题目中已知金属块初温t1=100oC,水的初温t0=30oC,第一次热平衡的终温为t=32oC,

第二次热平衡的终温为t?=50oC。第一次热平衡的过程有100oC金属块防热降温,30oC水吸热升温。第二次热平衡的过程中与火炉同温t火的金属块,放热降温,30oC水吸热升温。

解:Q吸=Q放 W有

Cm(t1-t)=C水m水(t-t0)——(1)

Cm(t火-t?)= C水m水(t?-t0)——(2)

(1)/(2)再代入数据得:t火=730oC

即:火炉的温度是730oC。

解决热量计算题时,应注意按以下几个步骤进行:(1)根据题意确定吸热物体和放热物体:(2)了解清楚哪些是已知量,哪些是未知量,哪些是所求量。用清晰的角标表示各物理量;(3)在分析已知条件时,要将单位统一;(4)根据物理过程,依照条件选择所用公式;(5)代入数据计算。

【例90】一质量为0.5Kg的铝壶中盛满20oC的水,在1标准大气压下,要把这壶水烧开,

6至少需吸收1.05×10J的热量,假定水的体积及壶的容积均不发生变化,求铝壶的容

3积是多大?(铝的比热为0.88×10J/(KgoC))

解析:在烧水的过程中,铝壶和水都吸热,题目当中已知了它们的吸收热量之和,又已知

了它们的初温、末温以及铝壶的质量,由热量公式可算出水的质量,从而得出水的体积,也就是铝壶的容积。

答案:Q壶=C铝m壶(t-t0)

Q水=C水m水(t-t0)

Q吸= Q壶+ Q水= C铝m壶(t-t0)+ C水m水(t-t0)

代入题目中的已知条件得:m水≈3.02(Kg)

3 铝壶的容积为:V壶=V水=m水/ρ水=3.02/1.0×10

-33=3.02×10(m)

解一般计算题,就是根据已知条件求某些未知量的过程,这就要通过分析物理过程,运用所学物理知识建立未知量(待求的未知量)与已知条件的关系。有些情况下待求量与已知条件存在着直接关系,有些情况下待求量与已知条件之间没有直接的关系,这时必须通过某些既与已知条件有关系又与待求量有关系的物理量,间接地建立起待求量与已知条件的关系。本题中所要求的铝壶的容积与题目中所给出的量之间并没有直接的关系,但是在密度公式中,体积与质量有关,在热量公式中,热量也与质量有关,只要考虑到铝壶装满水时,容积与水的体积相等,求铝壶的容积就可以转化成水的体积,这样通过水的质量作为中间量,运用热量公式和密度公式就把问题解决了。

【例91】根据经验,自制家用太阳能热水器的效率在夏天可达50%。从太阳能手册中查到,

32在地球表面,晴天时垂直于阳光的表面接受到的热辐射的能量约为1.26*10J/mS。如

果自制太阳能热水器的晒水箱内的水有40Kg,晒水箱接受阳光垂直照射的面积始终按

21.5m计算。请计算,需多长时间晒水箱内的水温能升高30oC。

解析:先计算晒水箱每秒时间接受到的太阳热量,在计算n秒钟时间内能使40kg水升温

30oC。

答案:

3223(1.26×10J/(mS))×1.5m=1.89×10J/S

3n×1.89×10×50%=C水m水t升

33n=(4.2×10×40×30)/(1.89×10×50%)=5333(S)

本题的计算纯粹是一种估算。因为阳光照射的角度是变化的,晒水箱无论怎样摆放,也不能保证任何时候垂直照射的面积保持不变;而且水箱里的水温越高,向空间放热越快,效率也不可能总保持一个确定的数值。估算所得的数值不可能很准确,但可以给人一个“数量级”的概念,即可以知道所需时间的大概值。

【例92】一水滴从30m高空落下,若重力做功使机械能的50%转化成内能被水吸收,问水

滴落下后温度升高了多少?

解析:此题显然是力学与热学的结合题目,要求重力做功,需知水滴重力,要求水滴升高

的温度需知水滴的质量,因此虚设出质量然后再利用做功和热量的计算公式进行求解。 解:设水滴质量为m。

因为 W=mgh=294m

所以 Q吸=50%W=147m

又因为 Q吸=Cm△t

所以△t= Q吸/Cm

代入数值得:△t=0.035oC

即:水滴落下后温度升高了0.035oC。

当接到一个明显缺少条件的题目时,要想法设出缺少的关键物理量,已帮助解题,并且可以预见,设出的这些量最终是会消掉的。

7【例93】木炭的热值是3.4×10J/Kg,它表示的物理意义是什么?4Kg木炭完全燃烧放出

多少热量?

解析:由热值的定义“1Kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫做这种燃料的热值。”我们很

容易看出它所表示的物理意义。要求燃料燃烧放出的热量,只要用燃料的热值乘以质量就可以了。

77解:木炭的热值是3.4×10J/Kg,它表示1Kg木炭完全燃烧放出的热量是3.4×10J。

4Kg木炭完全燃烧放出的热量是:

78Q=q×m=3.4×10×4=1.36×10(J)

8 即:4Kg木炭完全燃烧放出1.36×10J热量。

热值是反映燃料性能的一个重要标志,不同燃料的热值一般不同,燃料的热值的大小只与燃料的种类有关,与燃料的质量、燃烧的剧烈程度、是否完全燃烧等因素无关。

【例94】煤的热值大于木柴的热值,这是指:( )

A. 烧煤比烧木材产生的热量多

B. 煤比干木材含有的热量多

C. 烧煤比烧干木材产生的温度高

D. 要使它们放出相同的热量,完全燃烧煤比干木柴的质量少

解析:燃料燃烧放出的热量与燃料的质量、燃料的热值、燃料是否完全燃烧有关。题中的A、

C选项中没有说明煤和干木柴的质量,所以是错误的。而热量是过程量,物体是不含有热量的,所以B选项是错误的。

解:正确选项为D。

某种燃料的热值大表示:完全燃烧相同质量的不同燃料时,热值大的燃料放出的热量多;要通过燃烧燃料得到相同多的热量,完全燃烧热值越大的燃料所用质量越少。

8【例95】完全燃烧5千克某种液体燃料,放出1.5×10J的热量,则此燃料的热值是______。

33现有甲、乙两个容器,分别装有0.3米和0.6米这种液体燃料,甲、乙容器内液体

燃料的燃烧值之比是______;完全燃烧0.4千克这种燃料,放出的热量为______。 解析:燃烧值由燃料种类决定,与燃料的体积、质量无关。燃烧放出的热量等于燃料燃烧

值和燃烧质量的乘积。

8解:由燃烧值定义可知:q=Q/m,将已知量Q=1.5×10J, m=5Kg代入,

87得:q=1.5×10J/5Kg=3×10J/Kg

甲、乙容器内装的是同一种燃料,燃烧值相同。燃烧值之比是1:1。

甲、燃烧0.4千克燃料,放出的热量为:

Q=m·q=0.4Kg×3×10J/Kg=1.2×10J

由于实际燃烧时,燃料往往不能完全燃烧,所以实际燃烧时获得的热量小于理论计算值。

【例96】在一个标准大气压下,用酒精灯给质量为2Kg、温度为20oC的水加热,完全燃烧

25g酒精,最多可以使水的温度升高多少摄氏度?

7(设热损失不计,酒精的热值是3.0×10J/Kg)

解析:因为不计热损失,酒精完全燃烧放出的热量:Q放=qm2 ,

等于2Kg的水温度升高△t oC吸收的热量:Q吸=Cm1(t-t0)。

答案:设水的质量为m1Kg,酒精的质量为m2Kg。

因为不计热损失:Q吸=Q放

Cm1(t-t0)=q m2

代入数据得:△t≈89.3(oC)

因为在一个标准大气压下水的沸点是100oC,水的初温是20oC,所以在一个标准大气压下20oC的水的温度最多升高80oC。

计算在一个标准大气压下水的温度升高多少摄氏度的题目时,要注意的是在一个标准大气压下水的沸点是100oC ;因此,计算出结果后要进行分析,看看水的温度升高后是否超过了100oC,然后得出正确的结果。

【例97】锅炉房每天供应5t开水,若水的初温为20oC,锅炉的效率为60%,则每天需烧煤

7多少千克?(q=3.5×10J/Kg)

解析:首先要计算出5t水从20oC升高到100oC吸收多少热量;还要计算出完全燃烧mKg

煤放出的热量。锅炉的效率为60 % ,说明烧煤放出热量中的60 %被水吸收。 答案:Q吸=ηQ放

Cm水(t-t 0)=ηqm煤

代入数值得:m煤 =80(Kg)

即:每天烧煤80Kg 。

本题是一道和实际生活和生产相联系的题目,这是我们当前比较流行的一种命题形式。这一类题目通常并不难做,同学们在解决这类问题时只需要把实际的情境和我们所学习过的物理规律联系起来就可以了。

【例98】一个单缸四冲程汽油机,汽缸直径20cm,活塞冲程长30cm,做功冲程燃气的平均

5 压强是5×10Pa,飞轮的转速是360r/min ,如果该汽油机每分钟消耗汽油70g,求:

7汽油机的热机效率?(汽油的热值为4.6×10J/Kg)

解析:根据热机效率的定义,在汽油机的工作过程中,燃气推动活塞做的功为有用功,燃

料完全燃烧释放出的能量做的功是有用功。我们只需要分别进行求解就可得出结果了。 解:1min内70g汽油完全燃烧放出的热量为:

76Q = qm = 4.6×10×0.07 = 3.22×10(J)

每个做功冲程燃气的压力为:

2 32 3F = pS= pлr= 5×10×3.14×(0.1)= 15.7×10(N)

每个做功冲程燃气所做的功为:

33W有1 = F×L = 15.7×10×0.3 = 4.71×10(J)

因为汽油机的一个工作循环活塞往复运动两次,曲轴转两周,所以飞轮每转2次活塞做一次功。已知飞轮的转速为360r/min ,所以1min内汽油机做功180次,则1min内汽油机做的有用功的能量为:

35Q有 = W有 = 180×W有1 = 180×4.71×10 = 8.478×10(J)

汽油机的热机效率为: 77

η= Q有/Q = 8.478×10/3.22×10 ≈26.3%

即:汽油机的热机效率约为26.3% 。

对于汽油机和柴油机,同学们除了要熟练的掌握它们的构造和工作原理外,还要清楚它们的每个工作循环,活塞都要往复运动两次,曲轴转动两周,对外做功一次,发生两次能量转化。

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