题点系列10:机械能和内能 (6)

百年孤独 分享 2020-06-22 下载文档

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焦?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?t0?Q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?10千克8

【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

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.

3

Q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

80 中所受阻力多大?

60 100 (3)这段过程中轿车消耗汽油0.25kg,其发动机的效率多

7

40 120 大?(q汽油=4.6×10J/kg)(江苏省南通市2004年中考题)

km/h 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、 20 0 功率、热量、热值、效率等许多知识点.计算发动机的效率可


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