1、第十二章 内能与热机第一节 温度和内能【学习目标】1知道物体的冷热程度用温度表示；知道常用的温度单位是“摄氏度” 。2知道常用温度计的原理，会正确使用温度计测量温度。3理解内能的概念，知道内能与物体温度的关系；知道改变物体内能的两个途径。4初步认识热量及其单位。【重难点点拨】1温度的单位摄氏度与以往所学的单位不同，摄氏度并不是国际单位制中的温度单位，而是温度的常用单位。国际单位制中温度的单位是“开尔文” ，简称“开” ，符号是“K”。它们的换算关系是：T=273+t其中，T 代表的是热力学温标，即国际单位制中温度，t 代表的是摄氏温标，即摄氏温度。在摄氏温标中，以一标准气压下，纯净的冰水混合物
2、的温度作为“0”度，记作“0 ” ；以一标准气压下，纯水沸腾时的温度作为“100”度，记作“100” ，将 0100之间等分成 100 个等分，每一等分即代表“1” 。2常用温度计的使用常用温度计是根据液体热胀冷缩的原理制成的，其中的液体一般为汞、酒精和煤油，实际制作时，往往把酒精和煤油根据需要染色。常用温度计使用时，要注意以下几个方面：（1 ）不能使用温度计测量超过其刻度的温度。即某温度计能够测量的温度范围在温度计上所标最小刻度和最大刻度之间，这一范围即为温度计的量程。为避免被测温度超过温度计的刻度【典型范例】例 1 为什么通常情况下，纯净的冰水混合物的温度总保持 0？解析：通常情况下，纯冰
3、的熔点是 0，纯水的凝固点也是 0。冰水混合物中既有冰又有水，如果其吸热，则说明熔化过程还没有结束，所以温度总等于冰的熔点，如果其放热，则说明凝固过程还没有结束，所以温度总等于水的凝固点。例 2 用同一支温度计测量 0的水和冰水混合物温度时，下列说法中正确的是（ ）A水的温度较高 B两者的温度相同C冰水混合物的温度较高D无法比较解析：温度是表示物体冷热程度的物理量。通常情况下，冰水混合物的温度和 0的水的温度相同。选择 B。例 3 一支温度计的因使用时间过长，刻度已经模糊不清。请你设计一个实验方案为其重新划分刻度。解析：要为常用温度计划分刻度，必须先要了解温度计的刻度原理。常用温度计一般采用的
4、是摄氏温标，即“以一标准气压下，纯净的冰水混合物的温度作为 0 度，记作 0；以一标准气压下，纯水沸腾时的温度作为 100 度，记作 100。 ”本题中，可以认为气压为标准大气压，所以，做法是：将温度计分别浸在冰水混合物中和沸水中，标出对应的液面位置，既分别为 0和 100，将 0和 100之间在温度计上用刻度尺等分成 100 等分，每一等分就代表了 1。例 4 关于物体的内能，下列说法中正确的是（ ）A50 的水的内能比 30的水的内能多B2kg 的水的内能比 1kg 的水的内能多C水结冰后，内能消失了D水结冰后，照样有内能解析：物体的内能既和温度有关，也和质量有关，因为质量大，做无规则运动
5、的分子数多。所以，A、 B 不正确。现代物理学认为，只有温度降低到绝对零度，即-273.15时，分子的运动才可能停止，这范围，测量前一般需要先估计被测物体温度，选择合适量程的温度计。（2 ）温度计不应紧贴杯壁，也不应接触底部。（3 ）读数时，视线应与温度计内液面相平，且应该放在被测物体中进行读数。（4 ）温度计不能用力甩动（体温表可以甩动） ，也不能当作搅拌器使用。（5 ）测量温度时，温度计要和被测物体充分接触。所谓“充分接触” ，通常指温度计下的液泡必须被物体完全紧密包裹。3物体的内能（1 ）怎样理解内能物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和，称为内能，其单位和能量的单位一样，是“焦
6、耳” 。需要注意的是，分子动能和分子势能是微观粒子所具有的能量，而八年级所学的动能和势能是指宏观物体具有的机械能，两者是不一样的。根据分子动理论，组成物质的分子总是在不停地做无规则的运动，因此，分子动能总是存在的，而物体的动能是不一定存在的。物体可以没有机械能，但物体一定有内能。由于分子的运动比通常物体的运动快得多，所以，物体的运动不会影响分子动能的大小，当然也不能用物体的机械能来衡量物体内能的大小。某物体的内能和物体的温度和质量有关。（2 ）改变内能的途径做功和热传递是改变物体内能的两种途径。如果不给你看到改变物体内能的过程，你就无法确定到底是用做功的方法还是热传递的方法改变的内能，即做功和
7、热传递都可以改变物体的内能，所以，我们说做功和热传递对改变内能是等效的。4热量物体通过热传递方式所改变的内能称为热量。热量的单位也是“焦耳” 。时可以认为物体不存在内能。水结冰时，分子仍在运动，仍然具有内能，所以 C 不正确。故本题正确选项为 D。例 5 “热”字在物理学中有三种不同的含义，下面四句话中， “热”字表示“热量”的一句话是（ ）A热传递 B冰吸热而熔化C摩擦生热 D今天天气很热解析：热字在物理学里的三种含义是：温度、热量和内能。热传递过程是内能的传递，所以 A 中热的含义是内能；摩擦生热，是用做功的方法改变了内能，此处的含义也是指内能；今天天气很热，热的含义是指温度高。所以，本题
8、的正确选项是 B。【能力训练】1人体正常体温大约是_ ；太阳表面的温度大约是_。2 35读作_；-30读作_。3两个相同的杯子里分别装有同样多的热水和冷水，则热水的内能_冷水的内能（选填“大于” 、 “小于”或“等于” ） 。4物体间发生热传递时，内能总是从_物体向_ 物体传递。5用同样的设备给同样的水壶内的水加热，如果水的初温相同，将半壶水烧开所需时间_将一壶水烧开的时间（选填“大于” 、 “小于”或“等于”） ，这一现象说明，物体温度升高时所需吸收的热量的多少与_ 有关。6在我国黑龙江省漠河地区，冬季测量室外气温时，应选用（ ）A汞温度计 B酒精温度计C彩色温度计 D以上都适合7测定沸水的
9、温度时，应选用的温度计是（ ）A汞温度计 B酒精温度计C彩色温度计 D以上都适合8使用常用温度计测量液体温度时，正确的做法是（ ）A温度计的玻璃泡要部分浸入液体中B温度计的玻璃泡置于液面之上C把温度计从液体中取出来读数D温度计的玻璃泡全部浸没在液体中，但不能碰到容器底部或容器壁物体增加了 1J 的内能，我们就说物体吸收了 1J 的热量，物体减少了 1J 的内能，我们就说物体放出了 1J 的热量。5热传递物体间发生热传递的条件是：物体间存在温度差；同一物体的不同部分间也可以发生热传递，其发生条件是：物体的不同部分之间存在温度差。热传递有热传导、热对流和热辐射三种形式。（1 ）热传导：热沿着物体传
10、递。所以热传导必须借助于介质，且传导路径与物体的形状有关。（2 ）热对流：热通过液体或气体的流动传递。所以，热对流必须借助于液体和气体这两种介质。我们说“风助火势，火助风威” ，这就跟热对流有关。流动的空气风，可以给物体燃烧带来氧气，而物体燃烧时，由于空气膨胀上升，促使附近的空气流动过来补充，使火场附近形成快速循环流动的空气，所以，大火往往伴随着大风。9关于物体的内能，下列说法中不正确的是（ ）A炽热的铁水有内能B扔在空中的篮球有内能C物体的温度升高时，内能会增大D水结成冰后，内能不变10下列说法中正确的是（ ）A物体的运动速度越大，分子动能的总和就越大B物体的运动速度越大，物体的动能就越大，
11、分子的内能也越大C静止的物体没有动能，也没有内能D静止的物体没有动能，但有内能11指出下列改变物体内能的途径：（1 ）将一根铁丝反复弯折，铁丝被弯折处会发热；（2 ）铁锅放在火上烧，锅会热得烫手；（3 ）饮料放进冰箱后温度会降低；（4 ）衣被放在阳光下曝晒，衣被温度升高；（5 ）用嘴对着手呵气，手感到暖和；（6 ）用嘴对着手吹气，手会感到凉；（7 ）用锯锯木头，锯条会发热；（8 ）用放大镜取火。12 2kg 的水温度升高 1要吸收的热量是（ ）A2.110 3J B4.210 3J C 8.4103J D无法确定13用打气筒给车胎打气，打气筒的筒壁会发热。请实际做一做，并观察，筒壁发热时，是靠
12、近气筒底部温度较高，还是靠上部温度较高，并从物理学的角度予以解释。【思路提示参考解答】1 37；6000 235 摄氏度；零下 30 摄氏度 3大于 4温度高；温度低5小于；质量 6B 7A 8D 9D 10D11 （ 1）做功；（2）热传递；（3）热传递；（4）热传递；（5）热传递；（6）热传递；（7 ）做功；（8 ）热传递 12C13气筒下部温度较高。打气时，压缩气体对气体做功，使气体内能增加，温度升高，温度高的气体再把热传递给筒壁。由于气体被压缩到气筒下部是压缩程度较大，做功较多，气体内能增加较多，从而温度升高得较高。第二节 科学探究：物质的比热容【学习目标】1经历探究过程，理解比热容的
13、概念；知道比热容的单位及含义。2能用比热容知识解释生产、生活中与比热容有关的简单的现象。3理解热量的计算公式；能用热量公式进行简单的热量计算。4学会查阅比热容表。【重难点点拨】1探究实验的设计思路根据生活经验，容易猜想：物体温度升高时需要吸收的热量与质量、升高的温度有关，还可能与组成物质有关。由于假设的元素是多元的，在设计探究计划时就要控制变量。对于同类物质，从生活经验总结出必然的猜想是：升高相同温度时，质量大的吸热多。在实验设计的时候，考虑到本实验需要的时间相对比较长，所以采取了组与组之间合作探究的形式。使用液体作为实验物质，一是能确保温度计完全浸没在液体中；二是受热可以比较均匀。使用电热器
14、加热，巧妙地应用了电加热器在相同时间对外供热相等的特点。2怎样理解比热容单位质量的某种物质温度升高 1所吸收的热量，称为这种物质的比热容。在物理学中，凡是采用这中方式命名的物理量，都是物质的特性。比如以前学习过的密度，其准确的定义是：某种物质单位体积的质量，叫做这种物质的密度。不仅是命名方式类似，其公式的表达方式也是类似的。比热容的公式是： ）（ 吸 12tmQc根据公式，可以得出比热容的单位。【典型范例】例 1 夏日傍晚，人们在池塘边感到比在马路上凉爽，可是到半夜时，走在池塘边又觉得比在马路上闷热，这是为什么？解析：白天，在阳光照射下，物体吸热升温，池塘附近湿度较大，由于水的比热容较大，吸热
15、后相对于周围的道路升温较少，所以傍晚时池塘边温度比周围温度低；半夜时，由于没有阳光照射，表现为放热，由于水的比热容较大，放热后降温少，所以半夜池塘边温度比周围温度高。需要说明的是，池塘周围夜里空气湿度较大，阻碍了汗液蒸发，也是导致感觉闷热的重要原因之一。所以，一个现象的形成，原因往往是多方面的。例 2 由比热容的定义，得出 ，下列对这tmQc个公式的四种认识正确的是（ ）A物体吸热越多，比热容越大B物体质量越大，温度改变越多，比热容越小C比热容的大小与物体吸热多少、质量大小、温度变化量三者同时有关D比热容由物质的性质决定，对一定状态的同一物质， 是一个定值tmQc解析：比热容是物质的特性之一，
16、与质量、热量、温度的变化量等都无关，所以，此题的正确选项为D。但是，如果对物理与数学的关系把握不准，片面按照数学公式理解比热容概念的同学，也有可能错选A 和 B 选项，而 C 选项则更具有迷惑性，对概念理解不透的同学错选 C 的会更多了。例 3 质量和初温都相同的水和铁，分别吸收了相同的热量后，将铁块放入水中，则下列判断中正确的是（ ）A温度由铁块向水传递B温度由水向铁块传递C热量由铁块向水传递D条件不足，无法确定是否发生热传递解析：温度是指物体的冷热程度，是不能进行传递的，所以，A 、B 选项错误。物体间发生热传递，热量总是从高温物体向低温物体传递，而不是从内能多的物体向内能少的物体传如果温
17、度采用的是摄氏温标，其单位是：J/（k g ） ，读作：焦每千克摄氏度；如果温度采用的是热力学温标，其单位是：J/（kgK） ，读作：焦每千克开尔文。1J/（kg）=1J/（kgK）单位中的括号必不可少，否则意义就不一样了。需要注意的是，和密度一样，此处我们不能按照数学的理解，认为某种物质的比热容和吸收的热量成正比，和质量、温度变化量成反比，同种物质的比热容一般来讲是固定的，和温度、质量、体积、热量等无关，但和存在状态有关。比如，水和冰的比热容不同，但 20的水和 60的水的比热容是相同的。3热量的计算把比热容的计算公式进行数学变形，不难得到，物体吸热时，热量的计算公式是： )12tcmQ（吸
18、类似地，如果计算高温物体向低温物体传递的热量，其放出的热量的计算公式是： )21tc（放其中，t 1 表示初温度，t 2 表示末温度。也可以将两式统一表达成： tcmQ其中， 是温度的变化量，必须是正值。物体吸热时，末温度 t2 高于初温度 t1，物体放热时，末温度 t2 低于初温度 t1。利用热量公式进行计算，要注意单位的统一，其中温度根据比热容单位的情况，可以用摄氏温标，也可以用热力学温标。4怎样根据比热容解释简单的物体温度变化和吸放热问题这是个比较复杂的问题，因为物体吸热（或放热）导致物体温度升高（或降低）的值的大小绝对不是某一个单纯递。所以，此题关键是要确定铁块和水吸热后的末温度。由于
19、铁块和水的初温相同，所以，此题又可以简化为比较升高的温度t。由热量计算公式可得： cmQ吸由上述公式容易得出，t 与比热容成反比。铁的比热容比水的小，所以铁吸热后能升高较多的温度，铁块的末温度较高，即铁块将一部分热量传递给水。正确的选项是 C。例 4 质量是 0.5kg、温度为 20的水，吸收了4.2103J 的热量后，温度可升高到多少摄氏度？解析：此题求的是物体吸热后的末温度 t2，对刚开始使用热量公式进行计算的同学而言，一步到位可能会有困难，所以，建议刚开始练习使用热量公式的同学此题可以分两步进行。现示范如下：解：由吸热公式 得到：)12tcmQ（吸 kgkJct 25.0)/(10.4.
20、312 吸 t22利用热量公式进行计算，首先要明确研究对象是吸热还是放热，然后才能选择合适的公式或变形公式进行计算。【能力训练】1水的比热容是_，其物理意义是_。一杯水倒掉一半后，剩余一半水的比热容是_ J/（k g） 。2水的比热容比砂石的比热容_ （选填“大”或“小” ） 。质量相等的水和砂石，吸收了相等的热量后，水升高的温度_（选填“大于” 、 “小于”或“等于” ）砂石升高的温度。3 质量为 2kg 的水在太阳的照射下，温度升高5 ，水吸收的热量为_J 。这是通过_的方法改变了物体的内能。4铜的比热容是铅的 3 倍，铜块温度升高 8所吸收的热量可以使同质量的铅温度升高_。5甲、乙两物体
21、质量之比为 1：2，当它们降低相同的温度时，放出的热量之比为 2：1 ，则组成甲、乙两物体的材料的比热容之比为_。6若甲物质的比热容比乙物质的比热容大，下的原因可以完全解释的。在初中物理中，我们根据比热容解释简单的物体温度变化和吸放热问题，仍然采取的的是重本舍末、简化模型的方法，即突出比热容对温度变化的影响，而忽略其他因素的影响。比如，解释“为什么内陆地区比沿海地区昼夜温差更大？”时，我们其实是忽略了质量、热传递方式等因素，把这些因素看成是等同的，而突出了比热容的影响，从而可以这样解释：由于砂石、泥土的比热容比水的小，白天在阳光照射下，质量相同的砂石、泥土与水吸收相同的热量时，砂石、泥土升温较
22、大，而在夜间无光照，放出同样的热量，砂石、泥土温度降低得较多，所以，内陆地区比沿海地区昼夜温差大。面说法中正确的是（ ）A甲比乙含的热量多B如果甲、乙的质量相等，放出的热量也相同，则甲降低的温度比乙少C如果甲、乙的质量相等，降低的温度也相同，则甲比乙放出的热量少D甲、乙两物质组成的物体接触时，必定会发生热传递7质量相等，初温相同的铜块、铁块、铝块（已知 c 铜 c 铁 c 铝 ） ，放出相等的热量后，终温的高低是（ ）A铜最低 B铁最低C铝最低 D都相同8 小明阅读了下表后，得出了一些结论，其中错误的是（ ）几种物质的比热容单位：J/（kg）水 4.2103汞 0.14103铅 0.13103
23、冰 2.1103干泥土 0.84103砂石 0.92103煤油 2.1103铜 0.39103A沿海地区昼夜温差比内陆地区小B同种物质在不同状态下，其比热容不同C 质量相等的铜块和铅块，升高相同的温度，铜块吸热多D液体的比热容都比固体大9质量和初温都相同的铜块和铁块，已知铜的比热容小于铁的比热容，将它们投入沸水中足够长的时间后，取出并让它们相互接触，则下列说法中正确的是（ ）A在沸水中，铜块升高的温度大于铁块升高的温度B在沸水中，铜块吸收的热量等于铁块吸收的热量C接触后，铜块的内能减少，铁块的内能增加D接触后，二者不发生热传递10 质量为 500g 的金属块，温度从 100降低到 20共放出了 3.52104J 的热量，求金属块的比热容。11质量为 0.5kg 的铝壶中装有 20的水 3kg，在 1atm 下，要把壶中的水烧开，需要吸收多少热量？c 铝 =8.8102J/（kg）【思路提示参考解答】1 4.2103J /（kg） ；1kg 的水温度升高 1所需吸收的热量是 4.2103J ；4.210 3 2大；小于 34 .2104J ；热传递 424 54 ：1 6B 7A 8D 9D 10 0.88103J/（kg） 111.0410 6J
