-内能和热量-比热容

【同步教育信息】

一. 本周教案内容：

第一章分子动理论与内能

2. 内能和热量（2）

3. 比热容

二. 重点、难点：

1. 知道改变物体内能的方法

2. 知道燃料热值及相关计算

3. 理解比热容概念、物理意义及有关的因素

4. 能用比热容来解释生活中的一些现象，进行热量的计算

三. 具体内容：

（一）物体内能的改变

1. 两个温度不同的物体互相接触，低温物体温度升高，高温物体温度降低。这个过程，叫做热传递。

在热传递过程中，低温物体温度升高，内能增加；高温物体温度降低，内能减少。

在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量。单位是焦耳，符号J。

物体吸热，内能增加；物体放热，内能减少。

物体吸收或放出的热量越多，它的内能改变越大。

特别说明：热量是过程量，只能说“吸收”或“放出”，不能说“具有”、“含有”或“××的”。就是说热量的大小与物体内能的多少，物体温度的高低没有关系。

2. 除了热传递外，做功也可以改变物体内能。

冬天搓手可使双手变得暖和，是因为做功，使手的内能增加，温度升高。

对物体做功，使物体内能增加。

物体对外做功，本身的内能会减少。

例如：暖瓶塞被顶起后，瓶口出现白雾是因为：水蒸气顶起瓶塞做功，内能减少，发生液化现象，形成白雾。

总结一下：

（二）燃烧的热值

1. 燃料燃烧时能的转化

燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能，也就是常说的释放能量。

2. 定义

1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。

热值是为了表示相同质量的不同燃料在燃烧时放出热量不同而引入的物理量。它反映了燃料通过燃烧放出热量本领大小不同的燃烧特性。燃料的热值是燃料本身的一种燃烧特性，不同燃料的热值一般是不同的，同种燃料的热值是一定的，它与燃料的质量、体积、放出热量多少无关。

3. 在学习热值的概念时，应注意以下几点：

（1）“完全燃烧”是指燃料全部燃烧变成另一种物质。

（2）强调所取燃料的质量为“1kg”，要比较不同燃料燃烧本领的不同，就必须在燃烧质量和燃烧程度完全相同的条件下进行比较。

（3）“某种燃料”强调了热值是针对燃料的特性与燃料的种类有关。

热值的单位J/kg，读作焦每千克。还要注意，气体燃料有时使用J/m3

4. 热值的物理意义

表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出热量的多少。同种燃料热值相同，不同燃料的热值不同。

5. 放出热量的计算

如果用m表示完全燃烧燃料的质量，用q表示该种燃料的热值，用Q放表示燃料完全燃烧时所放出的热量，则Q放＝m·q。

第三节比热容

（一）物质的吸热能力

不同物质在质量相等、温度变化也相同时，吸收的热量不同。

（二）比热容

要知道质量相等的不同物质升高相同的温度，吸收的热量不相等，为了比较各种物质这种性质上的不同，而引入了比热的概念。1 kg的某种物质，温度升高1℃吸收的热量，叫做这种物质的比热容。设质量为m的物质温度升高t－t0时，所需吸收的热量为Q，则这种物质的比热c可用下式来量度：

c

Q m t =

?

1kg的某种物质，温度降低1℃所放出的热量和它温度升高1℃吸收的热量相等，因此，用比热容同样可以描述物质的放热能力。

比热是物质的一种特性，每种物质都有自己的比热。上面的公式，只是比热c的量度式，实质上它与物体的质量、吸热多少和温度的升高是无关的。

比热容的单位是焦耳/（千克·摄氏度），符号J/（kg·℃）。

例如：煤油的比热容是2.1×103J/（kg·℃），它表示的物理意义是：质量是1 kg的煤油，温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是2.1×103 J。

（三）热量的计算

吸热公式：Q吸＝cm（t－t0）

放热公式：Q放＝cm（t0－t）

热量计算的一般公式：Q＝cmΔt

运用吸热放热公式进行计算时要注意公式中的单位：

Q吸、Q放--------------------------------- J

C----------------------------- J/（kg·℃）

t、t0-----------------------------------℃

m--------------------------------------- kg

【典型例题】

例1. 以下所述现象中属于通过热传递改变了物体内能的是（）

A. 将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热

B. 放在空气中的一杯热水会冷却

C. 在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热

分析：不论物体是发热或是冷却，物体的温度都发生了变化，都是内能的改变，弯折铁丝是用力对物体做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，所以都是通过做功改变物体热能，热水放在空气中，通过热辐射以及对流等方式向外传递了热能，而使自身的热能减少，温度下降，它是通过热传递方式改变内能的，所以应选B。

正确答案：B

例2. 做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，下列选项中属于热传递改变物体内能的是（）

A. 两手摩擦能发热

B. 烧火水变热

C. 锯木材锯子发热

D. 钻木取火

分析：本题主要考查改变物体内能的方式，A、C、D分别是克服摩擦力对手、锯、木材做了功，使机械能转化为内能，物体内能增加，温度升高。B中，燃料燃烧放出的热被水吸收，水内能增加、温度升高。

正确答案：B

考点分析：本题主要考查改变物体内能的方式，此类问题要先判断物体内能是增加还是减少，并分析改变的原因，从而确定能量的转化或转移。

例3.下列关于热运动、温度、热量和内能的相互关系的说法正确的是（）

A. 物体的温度升高，一定是吸收了热量

B. 物体的内能增加，其温度一定升高

C. 物体的温度升高，分子热运动加快，内能一定增加

D. 物体的内能增加，一定是吸收了热量

分析：物体的温度升高了，说明分子热运动加快，内能一定增加，其原因可能是吸收了热量，也可能是另外的物体对它做了功，故A、D是错误的，C是正确的。当物体发生物态变化时，如冰吸热融化是内能增多而温度不改变，故B是错误的。

正确答案：C

例4.“物体温度高时的热量多于温度低时的热量”，这一说法是否正确，为什么？

解答：这一说法不对。因为“热量”是伴随着物体温度变化的，只能说物体吸收或放出热量的多少。题中说“物体温度高时的热量多于温度低时的热量”，言下之意是物体含有热量，所以这种说法是错误的。

考点分析：此题区别温度、热量、内能三者的关系。“温度”是状态量，“热量”是过程量，不能说物体含有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。

例5.做功和热传递是改变物体内能的方法，那么，对一个物体做功，这个物体的内能一定增加吗？

分析：让一个铁块从外界吸热，即从外界得到内能，会测出铁块的温度变化了。所以一个物体的温度变化了，说明它的内能变化了。

让一块0℃的冰从外界吸热，即从外界得到内能，会看到冰熔化成0℃的水，虽然温度没有变化，但这些0℃的水比原来0℃的冰内能要大。所以一个物体的物态变化了，说明它的内能变化了。

所以由内能的定义知：内能是指物体内部所有分子做无规则运动的分子动能和分子势能的总和。如果一个物体的质量减少了，它内部分子的数目也减少了，那么它内部分子动能和势能的总和，即内能也随着减少了。所以一个物体的质量变化了，说明它的内能也变化了。

综上所述，可以通过一个物体的温度、状态、质量来确定它的内能是否改变。

对题中的问题来说：拿一段铁丝来回弯几下，用手摸弯折处，感觉温度比原来高了，说明弯折处的内能增加了。如果要是把这一段铁丝从某一处慢慢提到一定高度，虽然外界对铁丝做了功，但铁丝的温度、状态、质量都没有发生变化，说明它的内能也没有变化。

正确答案：不一定。

例6.一块铁，温度由10℃升到25℃时吸的热量为Q1；温度由75℃下降到60℃时放出的热量为Q2，则（）

A. Q1＜Q2

B. Q1＞Q2

C. Q1＝Q2

D. 不能确定

分析：由题意可知

Q1＝cm(25－10)＝15cm

Q2＝cm(75－60)＝15cm

∴Q1＝Q2

正确答案：此题应选C。

例7. 质量和初温都相同的铜球、铁球和铅球浸没在同一杯热水里，达到热平衡后这三个球中吸收的热量最多的是（）（c铁＞c铜＞c铅）

A. 铁球吸热最多

B. 铅球吸热最多

C. 铜球吸热最多

D. 三个球吸热一样多

分析：题中有个隐含条件，依题意可知铜、铁、铝3个球浸在同一杯热水里，它们的末温与热水温度相同，就是达到热平衡后三个球的末温相同，质量和初温又都相同，三个比热关系为c铁＞c铜＞c铅，将以上条件代入公式Q吸＝Cm（t－t0）则可求出答案。

正确答案：A

例8. 水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），质量为10kg 的水温度升高30℃，吸收的热量为 J，若这些热量被质量为10 kg 的砂子吸收，则砂子升高温度数30℃（填“大于”“等于”或“小于”）。

分析：水吸收的热量为

Q吸＝Cm（t－t0）＝4.2×103J/（kg·℃）×10kg×30℃＝1.26×106J。

判断砂子的温度升高度数与在相同条件下水温升高度数之间的关系，根据变化式

（t－t0）＝Q吸/Cm进行比较分析，Δt水＝ Q吸/C水m水，Δt砂＝ Q吸/C砂m砂

因为水和砂子吸收的热量及质量相等，砂子的比热容小于水的比热容，

所以Δt砂＞Δt水,即砂子升高的温度大于30℃。

正确答案：1.26×106J；大于

【模拟试卷】（答题时间：40分钟）

一、选择题

1. 冬天骑自行车，手摸到金属车把和塑料把套时，觉得金属车把冷，这是因为（）

A. 金属车把温度比塑料把套低

B. 金属是热的良导体，而塑料并不是热的良导体

C. 手的错觉，是心理作用

D. 金属降温比塑料快

2. 关于热传递的下列说法中，正确的是（）

A. 热传递是高温物体的温度传给低温物体

B. 并不接触的物体之间不会发生热传递

C. 比热相同的物体之间不会发生热传递

D. 温度相同的物体之间不会发生热传递

3. 下列说法正确的是（）

A. 温度高的物体含有的热量比温度低的物体多

B. 温度高的物体一定比温度低的物体放出的热量多

C. 比热越大的物体所含的热量也越多

D. 热量是热传递过程中物体放出或吸收的热的多少

4. 为保证秧苗夜间不致受冻，傍晚时向秧苗田里多灌一些水，这是因为（）

A. 外界气温变化时由于水的比热大，温度不会有很大的变化

B. 水是热的不良导体

C. 夜间冷是由于风大，将苗浸入水中使风吹不着苗

D. 水很冷，防冻不应当灌水

5. 两块冰相互摩擦，一定会使它们（）

A. 温度升高

B. 温度降低

C. 熔化

D. 温度升高或熔化

6. 在下列过程中，通过热传递增加物体内能的是（）

A. 火车经过铁轨后铁轨的温度升高

B. 压缩筒内乙醚使其燃烧

C. 铁棒被太阳晒热

D. 夏天室内洒水降温

7. 一个物体温度升高，则（）

A. 它含有的热量增加

B. 它一定吸收了热量

C. 一定对物体做了功

D. 它的内能增加

8. 关于热量，下列说法正确的是（）

A. 热水比冷水含的热量多

B. 一大桶水比一小桶水含有的热量多

C. 一个物体内能越多，它具有的热量越多

D. 热量是在热传递过程中内能的改变量

二、填空题

1. 铜的比热容是0.39×103焦/千克·℃，它的物理意义是。

2. 将40克某种金属加热5分钟，测得它的比热是0.46×103焦/千克·℃，若将该金属增加为120克，加热时间延长为10分钟，这样测得该金属的比热应当是_________。酒精的比热是2.4×103焦/千克·℃，如果倒去一半，剩下的酒精的比热是_________。

3. 同种物质组成的甲、乙两个物体，其质量m甲∶m乙＝4∶1，升高的温度t甲∶t乙＝2∶3，那么它们吸收的热量Q甲∶Q乙＝_________。

4. 质量相同的水和某金属，升高相同温度需要的热量比为8∶1，那么水与金属的比热的比是_________。

5. 把一个薄壁金属管固定在桌上，里面放一些乙醚，用塞子塞紧。拿一根绳子在管外绕几圈并迅速来回拉绳子。则：绳子来回拉动时，克服与筒壁摩擦_________，使金属筒

_________增加，温度升高，筒内乙醚的_________也随之升高。当达到乙醚的沸点时，乙醚沸腾，产生气体。气体膨胀对塞子做功，这时就会看到塞子被弹出，此时_________能转化为_________能。

6. 甲、乙两金属块质量之比为3：2，比热之比为1：3，当放出相同的热量后，甲、乙两金属块降低的温度之比为_________。

7. 火药的燃气将弹丸从枪膛发出去，是将能转化成能。

8. 指出下列现象中改变物体内能的方法：

（1）雪在阳光下融化：；

（2）弯折铁丝，铁丝生热：；

（3）一杯水慢慢变凉：。

9. 日常生活中谈到的“热”，具有不同的含义，它可以表示物理学中的温度、热量、内能这三个物理量。物体吸热升温，这里的“热”是指：，夏天天气很热，这里的“热”是指，摩擦生“热”，这里的“热”是指：。

三、判断题

1. 玻璃杯越薄，倒入开水时越容易破裂。（）

2. 无论外界温度如何，冰水混合物的温度一定是0°C。（）

3. 热传递是高温物体把温度传递给低温物体，直到它们温度相同为止。（）

4. 质量小温度低的物体所含热量比质量大温度高的物体少。（）

5. 质量相等的水和煤油，在吸收相等的热量时，水的温度变化大。（）

四、问答题

1. 为什么沿海（湖）地区昼夜气温变化没有内陆地区那么显著？

五、计算题

（水的比热取c＝4.2×103焦/千克·℃）

1. 把质量为2千克的金属块在沸水中煮一段时间后取出并迅速投入1.4千克、20℃的水中，最后混合温度为30℃，求这种金属的比热。

2. 如图所示简易太阳能热水器受光面积1.2M2，内装80千克水，太阳每分钟辐射到1M2面积上的热量是7.56×104焦，如果60%的热量被水吸收，问：

（1）太阳能热水器内壁为什么涂成黑色？

（2）20℃的水晒3小时后水温达多少度？

（3）煤气的燃烧值是4.2×107焦/千克，若煤气灶的效率为40%，烧热这些水需燃烧多少煤气？

【试卷答案】

一、选择题

1. B

2. D

3. D

4. A

5. C

6. C

7. D

8. D

二、填空题

1. 1 kg的铜，温度升高1℃吸收的热量是0.39×103焦

2. 0.46×103焦/千克·℃；2.4×103焦/千克·℃

3. 8：3

4. 8：1

5. 做功内能温度内机械

6. 2：1

7. 内机械

8. 热传递做功热传递

9. 热量温度内能

三、判断题

1. ×

2. √

3. ×

4. ×

5. ×

四、问答题

1. 含水量多，水的比热大，在条件相同的情况下比其它物质温度变化慢。

五、计算题

1. 0.42×103焦/千克·℃

2. （1）黑色表面对太阳辐射的吸收本领强

（2）49℃

（3）0.58千克

【励志故事】

可敬的第四名

这是一次残酷的长跑角逐。参赛的有几十个人，他们都是从各路高手中选拔出来的。

然而最后得奖的名额只有三个人，所以竞争格外激烈。

一个选手以一步之差落在了后面，成为第四名。

他受到的责难远比那些成绩更差的选手多。

“真是功亏一篑，跑成这个样子，跟倒数第一有什么区别？”

这就是众人的看法。

这个选手若无其事地说：“虽然没有得奖，但是在所有没得到名次的选手中，我名列第一！”

对于人们不负责任的嘲笑，我不想理论，因为势利者的偏见根本不值一驳。但是对这个谈笑自若的选手，我却充满了由衷的敬意，他这种幽默达观的心态，远比名次和奖品更为珍贵。

赛场之内，他不是等闲之辈；赛场之外，他更具竞争力——赢得起，也输得起。