搜索
热和能1温度温标1.温度定义：表示物体冷热程度的物理量2.单位：（1）国际单位制中采用热力学温度。即：用T表示，单位为K。（2）常用的单位是摄氏度℃。摄氏温标是一种确定的温度的标准。标准大气压下，冰水混合物的温度为0℃，把标准大气压下沸水的温度定为100℃。3.测量工具：温度计（常用液体温度计）液体温度计的原理：液体的热胀冷缩原理结构：一根内径均匀的密封细玻璃管，和一个盛有液体的玻璃泡（主要是水银、酒精和煤油。）量程：-20℃~100℃最小分度：1℃使用：①估计被测物体温度，选择合适量程和最小分度的温度计②测量时，温度计的玻璃泡要与被测物体充分接触③温度计的玻璃泡不能接触容器的侧壁与底部④待示数稳定有读数⑤读数时，温度计不能离开被测物体⑥眼睛的视线应与温度计内的液面相平⑦记录数值和单位温度计的工作液体不选用水。因为水的热胀冷缩有反常现象，在同样受热与遇冷时，水的温度变化小。第一支温度计是伽利略发明的气体温度计，根据气体的热胀冷缩原理制成。当温度升高，液面下降，与常用温度计相反。4.体温计结构：玻璃泡与细玻璃管的连接处有一段细弯管量程：35℃~42℃最小分度：0.1℃使用：读数时，温度计可以离开人体。但使用前必须用力甩几下。例1温度是表示物体冷热程度的物理量，它的常用单位是℃_，读作_摄氏度。例2常用温度计的刻度，是把1标准大气压下沸水的温度规定为100℃，把1标准大气压下冰水混合物的温度规定为0℃。例3图1所示温度计的示数为25℃。若用该温度计测量液体的温度，在读数时，温度计的玻璃泡_不能离开被测液体（选填“能”或“不能”）。最小刻度是_1℃。例4如图2所示是体温计，它的最小刻度为0.1℃，此时体温计的示数为36.6℃。图1图2图3例5下列估值中合理的是(A)A、正常人的体温是37℃。B、教室门框的宽度2米。C、普通成人体重120千克。D、人正常步行速度10米/秒。例6如图3所示是用温度计测量罗布泊沙漠中某一天的最高和最低气温，则这天的最低气温为_-15℃，当天的温度差为__55℃。【例7】一根刻度不准的温度计，在标准大气压下冰水混合物中显示出的温度是4℃，在标准大气压下沸水的温度是96℃。若把它插在温水中所显示的温度是20℃，那么温水的实际温度是（D）(A)16℃(B)24℃(C)0℃(D)17.4℃2分子热运动内能1．扩散现象宇宙由物质组成，物质都由分子组成。但由于分子的体积和质量都太小了，直径大约只有lO-lOm，因此即使物质都是由分子组成的，但我们无法用肉眼直接看见分子。分子间有空隙。分子都在不停地运动。由于分子无法直接观察，我们只能通过一些现象来感受分子的运动，如：气体的扩散：位于下方的棕红色的二氧化氮气体和上方的无色的空气互相融合；液体的扩散：硫酸铜溶液和水的分界面逐渐模糊直到互相融合；固体的扩散：老式中华铅笔和橡皮放在一起几周后互相粘在一起。不同的物态之间也能发生扩散，如：气体和液体间的扩散：我们能闻到香水的香味；液体和固体间的扩散：盐溶化在水里；固体和气体间的扩散：我们能闻到香皂的香味。以上现象都能说明分子是运动的，且分子做的运动都是无规则的。扩散一般来说，气体间的扩散最快，固体间的最慢。扩散现象：两种不同的物质自发的彼此进入对方的现象叫扩散现象。扩散现象说明组成物质的大量分子处于永不停息的无规则运动之中。扩散只发生在接触表面。扩散是人能够直接观察或感知到的宏观现象；分子的无规则运动是微观现象，人无法直接观察。因此不能说“观察到分子无规则运动”，或“分子的扩散现象”。2．分子热运动准备两只相同的烧杯，里面装有质量相同但温度不同的一杯冷水和一杯热水，分别将两滴红墨水从相同的高度同时小心的滴入水中，可以发现墨水扩散的速度不一样。装有热水的烧杯很快完全变成红色，而装有冷水的烧杯的这个过程却十分缓慢。通过上面的实验可以得出结论：温度越高扩散越快。扩散是由于分子运动产生的现象，扩散进行越快，说明分子的无规则运动越剧烈。正因为分子运动和温度密切相关，分子的无规则运动也叫分子热运动。3．分子作用力物体是由分子组成的，分子总无规则运动，为什么常见的物体都没有散成一堆分子？因为分子间存在着引力。将两个铅柱的底面削平，紧紧压在一起，两块铅就会结合起来，甚至下面吊一个重物都不能把它们拉开，实验表明：物体的分子之间存在引力。分子间存在引力，为什么物体没有在分子间引力的作用下缩成一团？因为分子间存在着斥力。铁棒很难被压缩，说明分子间存在着斥力。分子间同时存在引力和斥力，力的大小与距离有关。分子间距离很近，斥力作用较明显；距离较远，引力作用较明显；分子间距离很远，分子间作用力可以忽略。下面我们就以两个分子为例，分析其相互作用力。A、B两个分子的受力如图：分子力是分子间引力和斥力的合力。分子间引力和斥力的大小都取决于分子间的距离r，当分子间距离刚好为某一特定值时，引力和斥力大小相同，分子间作用力的大小为0，这个距离为r0。因此有：当r=r0时，引力和斥力相等时，分子力表现为零。当r＞r0时，引力大于斥力时，分子力表现为引力。当r＜r0时，引力小于斥力时，分子力表现为斥力。（将分子想象为两个小球，中间连有一根弹簧，那么分子力就类似于弹簧的弹力）说明：分子间的引力和斥力的作用范围是很小的，只有分子彼此靠得很近时才能产生，分子间的距离太大时，分子间的作用力就十分微弱甚至没有。4．内能学习了机械能的知识后，我们知道，只要一个物体有速度，就有动能；一个物体受到地球的引力，且和地球表面有一定的距离，就有重力势能；一个物体如果偏离了平衡位置，就会受到引力或斥力，就有弹性势能。总结：如果一个物体有速度，受到力的作用，且和施力物体间有一定得距离，就可能有机械能。类比：分子在做永不停息的无规则运动，因此分子肯定在运动，分子也具有动能。分子之间有一定的距离，且分子间同时存在引力和斥力，分子间有空隙，因此分子间存在分子势能。由于分子很小但数量巨大，且运动是无规则的，讨论一个或几个分子的能量没有意义。物理中把物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和称为物体的内能。单位：焦耳(J)。5．影响内能大小的因素物体温度越高，分子的热运动越剧烈，分子运动的平均速度越大，因此分子动能也越大。可以认为在其他条件一定时（质量、体积……）内能的大小和温度有关，温度越高内能越大。物体的质量越大，内部分子的数量也越大，因此在其他条件一定时，内能也和物体的质量有关，质量越大内能越大。物体内部的分子势能和分子间的作用力及分子之间的平均距离有关，分子间距离的变化表现在宏观因素上即物体的体积。可以认为物体的体积也和内能有关。总结：物体的内能与物体的质量、温度和体积有关。对同一个物体来说，温度越高，内能越大。要改变一个物体的内能，即改变它的温度。6．内能和机械能的区别⑴．由于物体内部的无规则运动不会停止，因此物体的内能不可能为0；而机械能可能为0；（如一个静止在水平地面的足球，机械能为0但内能不为0）⑵．机械能是宏观的能量，和物体整体的运动速度与是否受力有关；内能是物体内部分子的能量，是微观的能量，和物体的整体无关；⑶．机械能和内能是不同形式的能，它们之间可以互相转化。7．改变内能的方法⑴．热传递：内能从高温物体内部或一个物体的高温部分转移到低温物体内部或一个物体的低温部分的过程。在此过程中高温物体内能减小，温度降低；低温物体内能增大，温度升高。实质上，热传递是内能在不同的物质内部转移的过程。热量：热传递中，转移的内能称为热量。即“热量”是一个过程量，只能说“吸收”或“释放”了热量，不能说物体含有热量。单位：焦耳。⑵．做功：机械能和内能互相转化的过程。外界对物体做功，物体的内能增大，例如：摩擦生热。实质上，这是机械能转化为内能的过程。物体对外界做功，物体的内能减小。例如通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”。这些白雾是瓶内水蒸气遇冷液化形成的小水滴。说明在瓶塞跳起时，瓶内气体对塞子做功，内能减小，温度降低，使瓶内水蒸气遇冷液化成小水滴。热传递和做功改变内能是等效的。3比热容热机能量的转化和守恒一、比热容1、对于同一物质，升高相同的温度，质量大的吸收的热量多；质量相同时，升高的温度越大，吸收的热量越多。（例如：烧开一壶水比烧开半壶水用的时间长，一壶水吸收的热量多；而加热同一杯水时，达到的温度越高，加热的时间越长，吸收的热量越多。）探究：比较不同物质的吸热能力。提出问题：不同物质的吸热能力是否相同呢？猜想：不同物质的吸热能力可能不同。实验器材：两支试管，两个相同的烧杯、两只相同的温度计、铁架台（1个）、水和煤油。设计和进行试验：（1）、将相同的试管分别盛有相同质量的水和煤油，烧杯中装入热水并置于铁架台上加热，（2）、将相同的试管放入水中进行水浴加热，温度计（液泡）完全浸入试管中的液体，（3）、并每隔30s或一分钟记录一下两只温度计的示数和所经历的时间，记7-8组数据录组数据，（4）、分析比较数据并得出结论。实验结论：不同的物质（水和煤油）在质量相等、温度升高的度数相同时，吸收的热量是不同的；吸收的热量相同时，温度升高的度数是不同的.（煤油升高的温度大于水升高的温度）说明：在实验中要注意控制变量，那么我们如何控制质量相同呢？如何控制温差相同呢？油和水的质量可用天平称量,实验时记录水与煤油加热的时间用以等效记录试管吸收热量，为了表示不同物质的吸（放）热本领的不同，物理学中引入比热容这个物理量。2、定义：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。符号：c定义式：tmQc或0ttmQc其中：c--物质的比热容Q--吸收或出的热量单位：Jm--物质的质量单位：kgΔt--升高或降低的温度单位：℃根据定义式我们可以得出，比热容的单位为：J/(kg·℃)3、单位：J/(kg·℃)，读做“焦每千克摄氏度”4、比热容是物质本身的一种特性每种物质的比热容由物质本身决定，它不随物质质量的改变而改变，不随物质吸放热的多少而改变，也不随物质温度的变化而变化。但当物质的状态发生变化时，其比热容会发生变化。例如：水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，而冰的比热容是2.1×103J/(kg·℃)。在实际生活中，由于水的比热容大，质量相同的水与其它物质相比，升高的温度相同时，其吸收的热量大，所以我们常用水作为传递热的介质。例如：家用暖气使用的是水来作为传递热的介质，汽车里的冷却水等；当吸收的热量相同时，水的温度变化小，所以沿海地区昼夜温差小，而沙漠地区昼夜的温差大。热量的计算由tmQc可得tcmQ由此我们可以通过这个表达式来计算物质在热传递过程中吸收（或放出）热量的多少。注意：t是物质在初态和末态的温度差，是“升高了”或“降低了”的温度值，而不是“升高到”或“降低到”的温度值。用t--物质的末温，0t--物质的初温，则t可以表示为：0ttt。如果物质吸热，则可表示为：0ttcmQ吸如果物质放热，则可表示为：ttcmQ0放热平衡关系式两个温度不同的物体放在一起时，高温物体将放出热量，温度降低；低温物体将吸收热量，温度升高。若放出的热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，达到热平衡。则：放吸QQ例：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．9:2B．2:9C．1:2D．2:1答案：A二、热机（一）、热机热机是把内能转化为机械能的机器。例如：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等都是热机。（二）、内燃机内燃机是生活中最常见的热机。最常见的内燃机是四冲程的汽油机（以汽油为燃料）和柴油机（以柴油为燃料）。1、四冲程：汽油机在工作的时候，活塞在汽缸内往复运动，活塞从气缸的一端运动到汽缸的另一端，叫做一个“冲程”。A、吸气冲程：当活塞下行时，汽缸内气体的体积增大，压强变小，大气压将油气混合物压进气缸；B、压缩冲程：活塞对油气混合物进行压缩做功，气体内能增加，机械能转化为燃气的内能；C、做功冲程：燃料燃烧，燃料的化学能转化为燃气的内能，产生高温高