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内能的利用

发布时间:2013-10-12 12:31:59  

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内能的利用

一.城市热岛效应是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。

1、城市热岛效应产生的原因:

(1)气车等交通工具排放出大量的二氧化碳,是形成温岛效应的主要原因;

(2)城市建筑密集,空气难形成对流,城市中的热量难散发;

(3)城市绿化面积小,植物光合作用消耗二氧化碳少;

(4)城市里比较少水;

(5)城市建筑材料像沙石、混凝土等的比热容小。

2、解决城市热岛效应的方法:

(1)大力发展城市绿化(2)建造人工湖(3)城市楼房建筑建设成为便于空气流通的模式,同时,最好将一些单位的高院墙拆掉,建成栅栏式,增加空气流通

二、1、比热容:⑴ 定义:单位质量的某种物质温度升高(降低)1℃时吸收(放出)的热量。 ⑵ 物理意义:的物理量。

⑶比热容是物质的一种状等无关。

3 ⑷水的比热容为4.2×103J/(kg·℃) 表示:1kg的水温度升高(降低)1℃吸收(放出)的热量为4.2×10J

⑸水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热,是因为水的比热容大

2、计算公式:Q吸=Cm(t2-t1),Q放=Cm(t1-t2) 3、热平衡方程:不计热损失 Q吸=Q放

三、内能的利用、热机

(一)、内能的获得——燃料的燃烧

燃料燃烧:化学能转化为内能。

(二)、热值

1、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。 2、单位:J/kg

3、关于热值的理解:

① 对于热值的概念,要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言,如果燃料的质量不是1kg,那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料:说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧:表明要完全烧尽,否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

② 热值反映的是某种物质的一种燃烧特性,同时反映出不同燃料燃烧过程中,化学能转变成内能的本领大小,也就是说,它是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积等均无关。

3、公式:Q燃放=mq(q为热值,固体燃料燃烧放热计算)。 Q燃放=Vq(气体燃料燃烧放热计算)

774、酒精的热值是3.0×10J/kg,它表示:1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×10J。

7337煤气的热值是3.9×10J/m,它表示:1m煤气完全燃烧放出的热量是3.9×10J。

5、火箭常用液态氢做燃料,是因为:液态氢的热值大,体积小便于储存和运输

6、炉子的效率:

① 定义:炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

② 公式:η炉=Q有效/ Q总= cm(t-t0)/ qm′

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(三)、内能的利用

1、内能的利用方式:

⑴ 利用内能来加热;从能的角度看,这是内能的转移过程。

⑵ 利用内能来做功;从能的角度看,这是内能转化为机械能。

2、热机:定义:利用燃料的燃烧来做功的装置。

能的转化:内能转化为机械能

蒸气机——内燃机——喷气式发动机

3、内燃机:燃料在气缸内燃烧且利用内能来做功的机器叫内燃机。

它主要有汽油机和柴油机。

4、内燃机大概的工作过程:内燃机的每一个工作循环分为四个阶段:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段,吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的,而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程,是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

5.四冲程内燃机在一个工作循环中:四个冲程、活塞往复2次、飞轮(曲轴)转动2周、对外做功1次。

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6、汽油机和柴油机的比较:

7、 热机的效率:热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

公式:η=W有用/ Q总= W有用/qm

提高热机效率的途径:使燃料充分燃烧 尽量减小各种热量损失 机件间保持良好的润滑、减小摩擦。

六、能量守恒定律

能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。

能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。 为什么柴油机比汽油机效率大? 辨析:汽油机燃烧室热效率转化较低,且燃料消耗率大。 柴油机燃烧室热效率转化高,燃料消耗率小,但结构复杂。 柴油发动机的燃烧过程一般分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和后燃期四个阶段。

着火延迟期是指从燃料开始喷射到着火,其间经过喷散、加热蒸发、扩散、混合和初期氧化等一系列物理的和化学的准备过程。它是燃烧过程的一个重要参数,对燃烧放热过程的特性有直接影响。在着火延迟期内喷入燃烧室的燃料,在速燃期内几乎是同时燃烧的,所以放热速度很高,压力升高也特别快,压缩也特别强烈,"压缩比"比汽油机大得多,就使得柴油机效率很高。

常见热学计算题大盘点

根据内能的变化和能量守恒定律,热学计算题可总结为以下七种类型:

(一)热传递时内能的变化

??Q吸?cm(t?t0)???Q放?cm(t0?t)?类型一直接计算Q、c、m或?t?

?类型二计算比值类

??类型三判断热传递方向

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(二)能量守恒定律

???Q吸?Q放???不计热损失类型四???Q吸?cm(t?t0)?????Q放?cm(t0?t)?????Q有??内能的转移????100%?炉Q??总??????计热损失类型五?Q有?cm(t?t0)

????Q总?qm????????

???W?Q吸???不计能量损失类型六??Q吸?cm(t?t0)?????W?Fs????Q有???内能的转化???100%???Q总??????计能量损失类型七?Q有?cm(t?t0)????? ?Q总?qm????????

图像与热学计算题

用热量公式Q =cm△t 分析某些问题时,涉及温度的状态量和变化量较多,此时,若将抽象的逻辑推演用直观的图线表示,将物理量间的代数关系转化为几何关系,便可化繁为简。温度随时间的变化,可反映在坐标图像上,图像在热学中应用很广泛。认识图像、绘制图像、分析图像是很有必要的。

一、 认识图像,看懂温度随时间变化的规律

例1 将装有热奶的奶瓶放入室温的水中没,温度

随时间变化的图像如图1,问热奶和水的初温

各是多少?它们的温度后来发生了怎样的变化?

【分析 】因为热奶的温度高于水的温度,所以上、下方曲线分别是热奶和水的温度随时间变化曲线。热奶的初温是90℃,水的初温是20℃。在最初10min,热奶放热,温度下降,水吸热,温度升高。10min后,二者温度相同,达到平衡状态,保持40℃不变。

二、 绘制图像,使物理过程清晰

例2 向100g、50℃的水中投入50g、0℃的冰,最终得到7

℃的水。请作出整个过程温度随时间变化的大致

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图像,并求出冰全部溶化成0℃的水时吸收的热量。

分析 温度随时间变化的图像大致如图2,包含两种物质(水和冰)的三种物理过程。

DB段是水的降温过程,放出的热量

QDB =c水m水(50℃ - 70℃)=18060J

OA段是冰的溶化过程,吸收的热量为 QOA;

AB段是冰全部溶化成水后的升温过程,吸收的热量

QAB =c冰m 冰(50℃ - 70℃) = 1470J,

由 Q吸 =Q放,得QOA + QAB =QDB,

所以,冰全部溶化成0℃的水时吸收的热量

QOA = QDB – QAB = 16590J

三、 绘制图示,巧解热学题

例3 质量和初温都相等的铜块和铅块,将它们分别加热,吸收相等的热量后,使它们互相接触,则 ( )

A.

B.

C.

D.

图4

分析 铜块和铅块的质量和吸收的热量相同,由C 铜 > C 铅 ,根据 Q = cm△t

可知△t 铅 > △t 铜,如图4,用一条横线表示某一温度,温度高的在上方,温度低的在下方;用向上的箭头表示温度升高,用向下的箭头表示温度降低, 由图4可知,吸收相等的热量后, t 铅末 > t 铜末 ,选 ( A ) 热量由铅向铜传递 热量由铜向铅传递 不发生热传递 无法确定

例4 两个温度和质量都相同的金属球

甲和乙,先把甲球放入盛有热水的

杯中,热平衡后水温降低了△t,把

甲球取出,再将乙球放入杯中,

热平衡后水温又降低了△t,则两球

比热的大小关系是 ( )

图5

A. C 甲 > C 乙 B. C 甲 < C 乙 C. C 甲 = C 乙 D.无法确定

【分析 】前后两过程水温都降低了△t,说明两过程中水放出了相同的热量,而乙球是在甲球从水中取出后再放入杯中的,所以甲球放入杯中达到热平衡后水温为(t 水初 -△t ),乙球放入杯中达到热平衡后水温为(t 水初 -2△t )。根据题意和分析作出图5,由图5可以看出,△t 甲 > △t 乙,根据

Q 吸 = Q 放 及 Q =Cm△t 得,C 甲 < C 乙 , 故选 (B)

例5 甲、乙两杯中分别盛有 60℃ 和 20℃的质量相同的水,现将一温度为20℃的铁球放入甲杯中足够长时间,取出后再放入乙杯,停留足够长时间,如果不计热量损失,比较甲、乙两杯水的温度变化,则( )

A. △t 甲 > △t 乙 B. △t 甲 < △t 乙 C. △t 甲 = △t 乙 D.无法确定

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图6 图7

【分析 】把20℃的球放入60℃的甲杯水中,达到热平衡后,水温下降△t 甲 ,球的温度升高到(60℃ - △t 甲),即球的温度升高了(40℃-△t 甲)作出图6;然后把温度为(60℃ -△t 甲)的球放入20℃的乙杯水中,达到热平衡后,水温升高△t 乙 ,球的温度降低到(20℃ + △t 乙),即球的温度下降了(40℃ - △t 甲 -△t 乙),作出图7。

对前一过程,根据Q球吸 = Q 水放 ,得

C球m球(40℃- △t 甲) =C水m水△t 甲 ⑴

对后一过程,Q水吸 =Q 球放 ,即

C水m水△t 乙= C球m球(40℃ - △t 甲 -△t 乙) ⑵

由⑴、⑵,得

即 △t 甲 > △t 乙 ,应选(A).

达标检测练习

1.(2011江苏南京,第10题)小明根据所学的物理知识并结合下列表格中的数据,得出以下四个结论,其中正确的是

A.寒冬季节盛有水的水缸放在室外不可能破裂

B.标准大气压下,铝在660℃时一定处于固液共存状态

C.体积相等的铁球和铝球,如果它们的质量相等,铁球可能是实心的

D.质量相等的实心铁块和实心铝块,升高相同的温度,铝块吸收的热量较多

【答案】D

2.(2011甘肃兰州,第10题)用两个相同的电热器给质量相同的物质甲和水加热,它们的温度随加热时间的变化关系如图所示,据此判断物质甲的比热容为

A.2.1×10J/(kg·℃)

B.4.2×10J/(kg·℃

)

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C.1.2×10J/(kg·℃)

D.条件不足,不能确定

【答案】A

3.(2011湖南株洲,第13题)株洲沿江风光带有一段人造沙滩,在炙热的夏天赤脚踩在沙滩上感觉烫脚,而站在湘江边得浅水滩处却感觉到凉爽。形成这种现象的原因,下面解释正确的是

A.沙子的密度小,水的密度大 B.沙子的密度大,水的密度小

C.沙子的比热容大,水的比热容小 D.沙子的比热容小,水的比热容大

【答案】D

4.(2011江苏宿迁,第12题)在科学探究中,常把直接测量有困难的量转换成便于测量的量来研究.这种方法称之为转换法.例如在探究物质吸热升温的属性时,沙子和水吸收热量的多少不便直接测量,可以通过测量加热时间的长短来比较吸热的多少.下述实验中采用了转换法的是

A.在探究影响动能大小的因素时,动能大小的比较方法

B.在探究阻力对物体运动的影响时,推理出物体不受阻力时的运动状态

C.在探究串联电路电流特点时,换用不同灯泡及改变电源电压,多次实验

D.在探究压力对滑动摩擦力的影响时,保持接触面粗糙程度不变,改变压力

【答案】A

5.(2011年山东省潍坊市 第13题)下列说法,正确的是( )

A.橡皮筋被拉长后,分子之间只有引力

B.建筑工地上,汽车驶过时尘土飞扬,这是一种扩散现象

C.用锯锯木头,锯条发热,这是通过做功改变物体的内能

D.四冲程汽油机的做功冲程使汽车获得动力

【答案】CD

6.(2011年福建省福州 第1题)今年的“5.18”海交会两岸交流更加广泛,来自台湾阿里山的桧木聚宝盆散发出的芬芳奇香,吸引人们在十几米外就能闻香而去,这是因为桧木芳香的分子( )

A.相互之间存在引力

B.相互之间存在斥力

C.相互之间存在间隙

D.在不停地做无规则运动

【答案】D

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7.(2011年广东省广州市 第7题)把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面,记下测力计的读数。如图2让玻璃板的下表面接触水面,然后稍稍用力向上拉,发现弹簧测力计读数变大,其原因是玻璃板与水的接触面之间存在( )

A.摩擦力

B.分子引力

C.分子斥力

D.大气压力

【答案】B

8.(2011四川内江,第Ⅰ卷8题)关于热现象,以下说法中正确的是

A.物体的机械能和物体的内能是同种形式的能,都与物体的机械运动和分子热运动以及分子间的相互作用情况有关

B.铁丝很难被拉断,说明分子之间只存在引力

C.分子间存在相互作用的引力和斥力

D.扩散现象只能说明分子是运动的,不能说明分子之间有空隙

【答案】C

9.(2011广东湛江,第8题)关于温度、热量、内能,以下说法正确的是

A.0℃的冰没有内能 B.水沸腾时继续吸热,温度保持不变

C.物体的温度越低,所含的热量越多

D.物体的内能与温度有关,只要温度不变,物体的内能就一定不变

【答案】B

10.(2011湖北黄石,第26题)下列现象中,能表明分子在不停地做无规则运动的是

A.蒙蒙细雨从空中下落 B.擦黑板时,粉笔灰在空中飞舞

C.水与酒精混合后体积变小 D炒菜时,满屋飘香

【答案】D

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图2

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11.(2011山东威海,第3题)下列关于温度、热量和内能的说法中正确的是:

A、物体温度升高,一定吸收了热量 B、物体放出热量时,温度一定降低

C、物体温度升高,内容一定增加 D、物体内能增加时,温度一定升高

【答案】C

12.(2011江苏连云港,第6题)下列现象能说明分子间存在吸引力的是( )

A.固体和液体很难被压缩

B.红墨水滴入水中很快散开

C.酒精和水混合后总体积变小

D.两个表面光滑的铅块紧压后会“粘”在一起

【答案】D

13.(2011湖南株洲,第3题)如图1所示,将两个铅柱的底面削平、削干净、然后紧紧地压在一起,两铅块就会结合起来,甚至下面吊一个钩码都不能把它们拉开i。这个实验说明了

A.一切物质的分子都在不停地做无规则运动 B分子之间存在吸引力

C.分子之间存在斥力 D分子之间存在间隙

【答案】B

14.(2011年山西省第12题)“不能与烟共舞,吸烟有害健康”,图1是禁止吸烟的标志。在空气不流通的房间里,只要有一个人吸烟,整个房间都会充满烟味,这是因为 ( )

A.物质是由分子组成 B.分子在不停地做无规则的运动

C.分子间有斥力 D.分子间有引力

【答案】B

15.(2011年山西省第15题)用酒精灯给试管加热,如图3所示,试管口软木塞冲出的过程中,下列说法正确的是 ( )

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A.水蒸气对软木塞做功,水蒸气内能增大

B.水蒸气的内能转化为软木塞的机械能

C.能量的转化与热机压缩冲程能量转化相同

D.试管口的"白气"是水蒸气汽化形成的 【答案】B

16: 怎样从内燃机工作过程示意图中辨别汽油机和柴油机?怎样辨别冲程?

解析:可从进气阀、排气阀的开、闭合活塞的运动方向结合起来来确认所处的工作状态。

解答:学习过程中,我们要掌握汽油机和柴油机结构上的主要区别或特征,如图 1 所示,气缸顶部画火花塞的(甲)图是汽油机,(乙)图画喷油嘴的是柴油机。

辨别冲程时,要抓住四个冲程中进气门、排气门的开闭情况以及活塞上、下运动情况。图(A)中活塞向下 运动,一侧气门关闭,另一侧气门打开,说明是吸气冲程,且左侧关闭的是排气阀,右侧打开的是进气阀。图(B)中两阀均关闭,由于活塞向下运动,是燃气膨胀对活塞做功所致,故为做功冲程,图(C)中两阀均关闭,活塞向上运动,气缸内气体被压缩,属压缩冲程,图(D)中活塞向上运动,左侧气门(排气阀)打开,废气排出,为排气冲程。

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17.(2011浙江杭州,第5题)人类的祖先钻木取火,为人类文明揭开了新的一页。钻木取火的一种方法如图所示,将削尖的木棒伸到木板的洞里,用力压住木棒来回拉动钻弓。木棒在木板的洞里转动时,板与棒互相摩擦,机械能转化为内能,而热集中在洞内,不易散发,提高了木棒尖端的温度,当达到约260℃时木棒便开始燃烧。因木头是热的不良导体,故受热厚度很薄,木棒受热部分的质量只有0.25克。已知:来回拉一次钻弓需1.0秒,弓长为s=0.25米,人拉弓的力为16牛顿,木头比热c=2×10 焦/(千克·℃),室温为20℃,问:

3

(1)人来回拉一次钻弓克服摩擦力所做的功为多少? ..

(2)人克服摩擦力做功使机械能转化为内能,若其中有25%被木棒尖端吸收,则1秒内可使木棒尖端温度提高多少℃?

(3)请你估算用多长时间才能使木棒燃烧起来?

【答案】(1)W=2Fs=2×16N×0.25m=8J

(2)∵Q=cm△t,即25%W= cm△t ∴?t?25%W0.25?8J??4℃ cm2?103J/(kg?℃)?0.25?10?3kg

(3)t?

(260℃?20℃)?60s4℃/s

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