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(共53张PPT)
模块三 热学
第5讲 小粒子与大宇宙 内能与热机
模块三 热学
数据记录 课标要求
1
数据追踪 素材应用
3
数据剖析 重难突破
4
数据链接 真题试做
6
栏目导航
数据透视 实验剖析
5
数据聚焦 考点梳理
2
数据记录 课标要求
1
内容要求
1.知道常见的物质是由分子、原子构成的。
2.知道原子是由原子核和电子构成的,了解原子的核式结构模型。了解人类探索微观世界的大致历程,关注人类探索微观世界的新进展。
3.了解人类探索太阳系及宇宙的历程,知道人类对宇宙的探索将不断深入,关注人类探索宇宙的一些重大活动。
4.了解物质世界的大致尺度。
活动建议
5.知道自然界和生活中简单的热现象。了解分子热运动的主要特点,知道分子动理论的基本观点。
6.了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。
7.通过实验,了解比热容。能运用比热容说明简单的自然现象。
8.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
1.查阅资料,了解“天问一号”在探索火星方面的进展及我国航天事业对人类探索宇宙的贡献。
2.调查当地水资源的现状。
数据聚焦 考点梳理
2
走进微观
看不见的运动
内能
比热容
物质的组成
分子
原子
探索宇宙
分子动理论
扩散现象
定义
分类
四冲程汽油机工作原理
热机
影响因素
内能的改变
热量
定义
热机的效率
探索的历程
物质的空间尺度
燃料的热值
热机效率
水的比热容及应用
热量的计算
物理意义
定义
单位
性质
小粒子与大宇宙
内能与热机
1.物质的组成:通常,物质是由　　　或原子组成的。
2.分子
(1)定义:能保持物质的化学性质不变的最小微粒。
(2)构成:分子是由　　　　构成的,可分为单原子分子和多原子分子。
3.原子
道尔顿证明了原子的存在;汤姆孙发现了电子；卢瑟福提出原子核式结构模型。原子的中心为　　　　 (带正电),　　　　 (带负电)在不同轨道上绕着原子核高速旋转,就像地球绕着太阳运动一样。
分子
考点精讲
考点 1 走进微观
原子
原子核
核外电子
1.分子动理论：物质是由大量分子、原子组成的;分子在______________________;分子间存在相互作用的　　　　和　　　　。
2.扩散现象
(1)定义：不同物质在　　　　　时彼此进入对方的现象。
(2)扩散现象等大量实验事实表明:一切物质的分子都在_______________________,这种无规则运动叫做分子的热运动。
(3)影响因素:扩散现象跟温度有关,温度越高,扩散进行得越　　 。
永不停息地做无规则运动
考点 2 看不见的运动
引力
斥力
永不停息地做无规则运动
快
相互接触
1.探索的历程
(1)地心说:地球居于宇宙中心,太阳和其他行星绕地球转动。
(2)日心说:哥白尼提出了“日心说”,太阳居于宇宙中心,地球和其他行星绕太阳转动。
2.物质的空间尺度
(1)浩瀚星空:月球<地球<太阳<太阳系<银河系。
(2)微观世界:夸克<质子<　　　　<原子<分子。
考点 3 探索宇宙
原子核
1.定义：构成物体的所有分子的分子动能与分子势能的总和,叫做物体的内能。
2.影响因素：一切物体在任何情况下都有内能,同一物体,状态不变时,温度越高,其内能越大。在温度、状态相同的情况下,物体的质量越大,内能越 。
大
考点 4 内能
3.内能的改变
改变方式 热传递 做功
实质 内能的_____ 内能的
说明 物体间存在 ,高温物体放出热量,内能 ,低温物体吸收热量,内能______ 对物体做功,物体内能 ；物体对外做功,内能______
示例 煮饭、热水袋取暖 钻木取火、搓手取暖
联系 做功和热传递都可以改变物体的内能,且效果相同 4.热量：在热传递过程中,物体间传递内能的多少叫热量,用Q表示,单位是焦耳(J)。
转移
转化
温度差
减少
增加
增加
减少
1.物理意义：比热容是描述物质吸热本领强弱的物理量。
2.定义：一定质量的某种物质,在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比,叫做这种物质的比热容,用符号c表示。
3.单位：焦耳每千克摄氏度,符号是 。
4.性质：比热容是物质的一种特性,只与物质的种类和状态有关,与质量、体积、温度等无关。同一物质的状态不同,比热容一般 。
5.水的比热容及应用：水的比热容是 J/(kg·℃),其应用有汽车发动机用水作冷却剂、用水作暖气片、热水袋的传热介质、调节气候等。
6.热量的计算
吸热公式：Q吸= 。放热公式：Q放= 。
考点 5 比热容
J/(kg·℃)
不同
4.2×103
cm（t-t0）　
cm（t0-t）
1.定义：把燃料燃烧时释放的内能转化为 能的装置。
2.分类：蒸汽机、喷气发动机、汽轮机、内燃机(分为汽油机和柴油机两类)。
3.四冲程汽油机工作原理
考点 6 热机
冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
工作示意图
机械
冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
进气门开闭情况 打开 关闭 关闭 关闭
排气门开闭情况 关闭 关闭 关闭 打开
活塞运动方向 向下 向上 向下 向上
能的转化 无 _____能转化为____能 ____能转化为_____能 无
温度变化 无 温度升高 温度降低 温度降低
特征 一个工作循环汽油机对外做功 次,曲轴和飞轮转动 周 续表
机械
内
内
机械
1
2
考点 7 热机的效率
1.燃料的热值
(1)定义：燃料完全燃烧放出的热量Q与燃料质量m的比值,符号是q,单位是J/kg。
(2)利用热值计算热量：Q=mq(适用于固体、液体),Q=qV(适用于气体,q的单位是J/m3)。
(3)特点：热值是燃料的一种特性,它只与燃料的 有关,与燃料的质量、体积及燃料是否完全燃烧无关。
种类
2.热机效率
(1)定义： 热机运转中,热机用来做 的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比,叫做热机的效率,用η表示。
(2)公式:η= ×100%(η= × 100%;η= × 100%)。
(3)提高热机效率：让燃料尽可能充分燃烧；利用废气的能量；机件间保持良好的润滑,减小摩擦。
有用功
1.尘土飞扬,说明分子是运动的。 (　　)
2.1 L大豆与1 L水混合后总体积小于2 L,是由于分子间有间隙。 (　　)
3.物体温度升高,不一定是吸收了热量。 (　　)
4.热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体。 (　　)
5.海边昼夜温差比沙漠中小,是因为水的比热容比沙子的比热容大。
(　　)
6.燃料燃烧不完全时热值变小。 (　　)
7.质量相同的水和煤油放出相同热量后,水的温度高于煤油的温度。
(　　)
8.随着科技的发展,热机的效率可达到100%。 (　　)
×
√
易错速判
√
×
×
×
×
×
数据溯源 素材应用
3
命题点 1 分子热运动及其影响因素
命题点 2 分子间的作用力
命题点 3 改变物体内能的方式
命题点 4 比热容
命题点 1 分子热运动及其影响因素
1.(2022·辽宁)如图为某款儿童用的驱蚊手环,刚撕开包装袋会闻到驱蚊剂的味道,这是　　　　现象。温度越高气味越明显,是因为温度越高,分子无规则运动越　　　　。用力撕开包装袋,说明力可以改变物体的　　　　。
扩散
剧烈
形状
命题点 2 分子间的作用力
(2022·无锡)如图所示,“天宫课堂”上王亚平老师将两块透明板上的水球接触后粘在一起, 慢慢拉开板后形成一个长长的“液桥”,该现象主要说明了 (　　)
A.水分子间有空隙
B.水分子间存在吸引
C.水分子间存在排斥力
D.水分子处在永不停息的无规则运动中
B
命题点 3 改变物体内能的方式
3.(2021·百色)用酒精灯给试管内的水加热至一定程度,发现在试管口的木塞被冲出,如图所示。下列描述正确的是 (　　)
A.试管中的水是靠做功的方式增加内能的
B.水蒸气对木塞做功,把机械能转化为内能
C.水蒸气对木塞做功,与汽油机做功冲程的原理相同
D.水蒸气对木塞做功,水蒸气内能增加
C
(1)暖手袋里面装热水取暖,是利用了水 (选填“比热容”或“密度”)大的性质,这里是通过 (选填“做功”或“热传递”)方式改变了水的内能。
(2)这段时间水放出的热量为 。 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
命题点 4 比热容
4.(2022·衡阳)百善孝为先,孝敬长辈可以从生活中的小事做起。冬天来临,小周用自己的零花钱给奶奶购买了一个暖手袋。根据使用说明,他将质量为0.5 kg、温度为75 ℃的水装入暖手袋,使用一段时间后,水的温度降低到35 ℃。
比热容
热传递
8.4×104 J
数据剖析 重难突破
3
重难点 热量的计算
重难点 热量的计算
例　利用天然气烧水,把质量为30 kg的水,从20 ℃加热到100 ℃,需要燃烧0.42 m3的天然气,则烧水的效率是 %；在这个过程中能量的总量________(选填“变大”“变小”或“不变”)。[天然气的热值为3.2×107 J/m3,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
1
2
例
3
75
不变
方法指导
(1)在利用Q=cmΔt进行计算时,须明确“升高”“升高了”“降低”“降低了”对应的是物体温度的改变量;“升高到”“降低到”对应的是物体的末温。
(2)标准大气压下,水的沸点为100 ℃,此时水吸热后升高到的最终温度不会超过100 ℃。
(3)温度不同的两个物体相互接触后将会发生热传递现象。若不计热量的损失,则当两个物体达到热平衡状态时,最终温度相同,且高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,即Q放=Q吸。
1
2
例
3
对应练习
1.(2022·铜仁模拟)如图所示的是小李同学在一个标准大气压下探究某物质熔化时温度随时间变化的图象,第6 min时的内能________ (选填“大于”“等于”或“小于”)第8 min时的内能；该物质在CD段的比热容是AB段比热容的_____倍(被加热物质的质量和吸、放热功率不变)。
小于
2
1
2
例
3
2.(2022·黔东南州一模)2022年2月,欧盟正式将天然气和核能列为绿色能源。天然气有其他燃料所不具备的众多优点,如天然气与木柴、煤炭等传统燃料相比具有 更高的特点。如果瓶装天然气每瓶中装入0.05 m3天然气,每瓶天然气全部完全燃烧放出的热量有80%被水吸收,在标准大气压下可把 kg的水从20 ℃加热至沸腾。用天然气做饭时是通过 的方式改变了饭菜的内能,从而把饭菜做熟。[q天然气=4.2×107 J/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
热值
5
热传递
1
2
例
3
3.汽车给我们的生活提供了便利,某汽车以72 km/h的速度在平直公路上匀速行驶5分钟消耗了汽油0.4 L。求:
(1)0.4 L汽油完全燃烧,放出的热量为多少 (汽油热值为4.6×107 J/kg,密度约为0.7×103 kg/m3)
1
2
例
3
解:V=0.4 L=0.4 dm3=0.4×10-3 m3,由m=ρV=0.7×103kg/m3×0.4 ×10-3 m3 =0.28 kg,Q放=qm =4.6×107 J/kg×0.28kg= 1.288×107 J。
解:η= ×100%= ≈ 28%。
1
2
例
3
(2)汽车匀速行驶5分钟时,汽车受到的阻力为600 N,则牵引力所做的功为多少
解:F = f= 600 N,已知汽车的速度v =72 km/h=20 m/s,则牵引力做的功W =Fs =Fvt =600 N×20 m/s×5×60 s= 3.6×106 J。
(3)汽车发动机的效率约为多少
数据透视 实验剖析
5
实验 比较不同物质的吸热情况
实验 比较不同物质的吸热情况
实验器材及作用 相同规格的电加热器、烧杯、温度计各两个,天平、停表、水、食用油等
(1)被测物质的选取要求:选择质量 、初温相同的不同物质(水和食用油)
(2)选取相同电加热器:内部热源,加热稳定;保证加热相同时间内物质吸收的热量_______
装置安装及注意事项 (1)电加热器要放在烧杯底部，以使杯中水和食用油
___________
(2)温度计的玻璃泡高度适当,要全部浸入液体中,且
玻璃泡不能碰到容器底、容器壁和电加热器
(3)保证实验时热源______
相同
相同
受热均匀
稳定
实验梳
实验操作 (1)取两只相同的烧杯分别装入500 g水和500 g食用油,并用温度计分别测出它们的初温(它们的初温都与室温相同)
(2)控制变量法:
a.用相同规格的电加热器加热,并控制加热相同的　　　　,通过不同物质温度变化的快慢来判断物质的吸热能力(温度变化快的物质吸收热量的能力弱)
b.控制升高相同的　　　　,通过加热时间的长短来判断物质吸热能力的强弱(加热时间短的物质吸热能力弱)
续表
时间
温度
实验梳
实验操作 (3)为了使实验结论具有普遍性,可以选用不同的液体进行多次实验,以减小实验中偶然因素造成的误差
实验分析 根据实验数据比较物质的吸热能力：
a.给质量、初温相同的水和食用油加热,使它们吸收相同的热量(加热时间相同),食用油的温度升得比水高
b.使它们升高相同的温度,对水加热的时间更长一些,这表明水和食用油的吸热本领不同
续表
实验梳
续表
评估与改进
将两种物质同时用同一个热源加热,确保相同时间内吸收的热
量相同(如图所示)
实验结论 相同质量的同种物体,升高相同的温度,吸收的热量　　　　；相同质量的不同物质,升高相同的温度,吸收的热量　　　　。实验说明,不同种类的物质吸热的本领不同
不同
相同
(1)实验前,按 (选填“自上而下”或“自下而上”)的顺序组装器材。
(2)从实验效果考虑,该实验选择 (选填“烧杯”或“易拉罐”)作为盛放液体的容器较好,实验中使用玻璃棒的目的是 。
(3)实验中两种液体吸收热量的多少可通过 (选填“液体升高的温度”或“加热时间”)比较。
实验梳
针对训练
1.如图甲所示是“探究不同物质吸热升温的现象”实验装置,小华用两个相同的容器分别装入质量相等的A、B两种液体,用相同的装置加热。
自下而上
易拉罐
搅拌使液体受热均匀
加热时间
实验梳
(4)根据实验数据绘制的温度与时间的关系图象如图乙所示,分析图象可知,质量相等的A和B两种液体,在升高相同温度时　　　 吸收的热量较多；质量相等的A和B两种液体,在吸收相同热量时,________升温较高。
A
(5)冬天,小华想自制一个暖手袋,若只能从A或B中选一种液体装入暖手袋中作为供暖物质,则应选择　　　　液体。
B
A
(1)组装实验器材时各物品需要按照　　　　　(选填“由上至下”或“由下至上”)的顺序依次安装,并且需注意温度计的玻璃泡不能触碰到　　　　　　　　。
(2)点燃酒精灯后,小明发现其中一盏酒精灯火焰的高度太低,熄灭该酒精灯后,为了使两盏酒精灯的火焰高度相同,他应该　　　。
A.像酒精灯内添加酒精 B.将灯芯拔出一部分
实验梳
2.(2022·贵州云岩区模拟)小明为了比较“水和食用油的吸热能力”,选择了以下器材:温度计、酒精灯、烧杯、带铁圈的铁架台和石棉网各两套,初温相同的水和食用油。
请你回答下列问题:
由下至上
容器底或容器壁
B
(4)小丽在比较“水和食用油的吸热能力”时设计了如图丙所示的装置,她在两试管内分别加入等体积的水和食用油,并多次实验。请从实验装置或设计方案的角度对小丽的实验进行评估：_______________________________________________
_____________________________________________________。(写出一条即可)
实验梳
(3)调整好酒精灯,加热相同时间后，小明发现烧杯中水的温度比食用油的温度低，于是得到了“水比食用油的吸热能力强”的初步结论，他能作出这样判断的依据是________________________________________________
_____________________。
将水加热到和食用油相同的温度，水需要吸收更多热量
(或需要加热更长时间)
①水和食用油密度不同，体积相同的水和食用油质量
不等，未控制质量相同；②该装置更能使水和食用油受热均匀
（2018~2023）
数据链接 真题试做
6
命题点 1 原子的结构
命题点 2 分子热运动
命题点 3 温度、热量与内能
命题点 4 比热容的特点及应用
命题点 5 内燃机及能量转化
命题点 6 热量的相关计算
命题点 1 原子的结构(贵阳2考)
1.(2021·贵阳13题,2分)如图所示,原子的核式结构模型揭示了原子并不是微观世界中的最小粒子,它是由原子核和绕核运动的　　　组成的。
电子
1
2
2.(2018·贵阳22题,2分)如图所示是氦原子的核式结构模型,其核外有两个电子绕核旋转,请你在图中用“ ”表示质子,根据电子数在相应位置画出数量对应的质子。
1
2
＋
＋
-
-
3
4
命题点 2 分子热运动(遵义2022.26)
3.(2022·遵义26题,2分)“七一”建党节前夕,名城遵义老城区被各色鲜花装扮起来,人们闻到扑鼻而来的花香,这是 　　　现象。
扩散
4.(2018·三州联考11题,1分)如图所示,提起水平接触水面的玻璃板,需要的力大于玻璃板的重力,说明 。
分子之间存在引力
命题点 3 温度、热量与内能(毕节3考)
5.(2022·毕节10题,3分)2022年6月3日,是我国的传统节日——端午节。下列关于端午节煮粽子的说法中错误的是 (　　)
A.煮粽子的过程中,粽子的内能增大是通过热传递实现的
B.很远就能闻到煮熟的粽子香味是因为分子不停地做无规则运动
C.刚出锅的粽子,不能用手直接拿,是因为粽子含有的热量太多
D.用高压锅煮粽子,利用了液体的沸点随气压增大而升高的原理
C
5
6
7
8
6.(2022·黔东南州13题,2分)2022年2月27日11时许,伴随着一阵山呼海啸般的巨响,长征八号遥二运载火箭搭载着22颗卫星,在我国文昌航天发射场一飞冲天,创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录,由此开启了我国新的共享火箭“拼车”模式。火箭发动机做功把燃料燃烧的内能转化为　　　　能,若该燃料的热值为1.4×108 J/kg,则完全燃烧500 g该燃料放出的热量是　　　 J。
5
6
7
8
机械
7×107
7.(2021·黔西南州8题,2分)在如图所示的一个小实验中,在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,会看到棉花燃烧起来。这是因为活塞压缩气体做功,使空气的内能　　　,温度升高,达到硝化棉的燃点。
5
6
7
8
变大
8.(2019·毕节11题,3分)下列现象利用热传递使物体的内能减小的是 (　　)
A.来回弯折的铁丝温度会升高
B.冬季用热水袋取暖
C.冬天手接触冰块会觉得很冷
D.自行车轮胎放气时,气门嘴处温度会降低
C
5
6
7
8
命题点 4 比热容的特点及应用(贵阳2017.15)
9.核心素养·模型建构(2018·六盘水11题,2分)沿海地区昼夜之间的温差,与同纬度内陆地区昼夜之间的温差不同,如图列出的是2010年6月某日同纬度的沿海城市和内陆某城市的气温情况,请判断甲是　　 　(选填“沿海”或“内陆”)城市,你的依据是　　　　　　　　　　　。
9
10
11
沿海
沿海城市昼夜温差小
10.(2020·贵阳15题,4分)环境就是民生,贵阳市实施碧水保护工程,就是要保护好水资源。水对生态环境、气候有一定的调节作用,这是因为水具有较大的　　　　。请你对保护生态环境提一条有价值的建议:　　　　　　　　 。
11.(2021·黔西南州7题,2分)在烈日当空的海边玩耍，你会发现沙子烫脚，而海水却是凉凉的。这是因为　　　　的比热容较大，当沙子和水同时接受相同的阳光照射时，　　　　的温度升高得更快的缘故。
9
10
11
比热容
不乱丢废电池
水
沙子
命题点 5 内燃机及能量转化(贵阳3考, 遵义3考)
12.(2022·黔西南州7题,2分)火箭橇是在专用的轨道上,利用火箭发动机作动力,推动火箭滑车高速前进。火箭工作时,把内能转化为　　　能,它以液态氢为燃料,是因为液态氢的热值 　　　。
13.(2020·贵阳14题,2分)内燃机的问世极大地改善了人类交通的运输方式,但同时也带来了许多环境污染问题,如四冲程内燃机工作时就因________冲程排放的废弃对大气造成污染。
14.(2019·贵阳9题,4分)柴油机压缩冲程中,随着活塞的运动,汽缸内空气密度不断 (选填“增大”“减小”或“不变”),这时活塞的机械能转化为被压缩气体的 能,使其温度更高、压强更大。
机械
12
13
14
15
高
排气
增大
内
15.(2022·遵义36题,6分)阅读短文,回答文后问题。
LNG双燃料动力船“达飞雅克萨德号”是我国制造的全球最大的LNG(液化天然气)双燃料动力船。该船长400 m,宽61 m,高度相当于22层大楼高,标准排水量22万吨,甲板面积约为3.5个足球场大小。
所谓“双燃料动力”,即可以通过传统的燃油驱动,也可以通过携带的天然气驱动,液化天然气作为清洁能源有来源广、热值高、易储存、便运输等特点。与传统燃油船相比,LNG船可以减少20%碳、80%氮氧化合物和99%的硫排放,大大减少船航行时对环境的污染。
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15
LNG船的核心部位是殷瓦舱,该舱体积为18 600 m3,由厚度为0.7 mm的殷瓦钢焊接而成,是世界上制造难度最大的设备之一。若将该舱加满液化天然气,船可连续航行2万多海里,相当于绕地球赤道一圈。该船的批量生产,打破了日、韩两国对LNG船的技术垄断,反映出我国强大的工业制造能力。
(材料来源于网络)
12
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15
(1)液化天然气作为LNG船燃料的优点有 　　　　　　　(任填两项)。
(2)LNG船靠螺旋桨驱动航行时,海水对船的作用力　　　船对海水的作用力。
A.大于　　 B.等于　　 C.小于
(3)若每户家庭平均用电量为3100度,则将充满殷瓦舱的天然气完全燃烧所释放的热量相当于　　　　户家庭一年的用电量。(液化天然气的热值约为2.1×1010 J/m3)
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来源广、热值高
B
35 000
16.(2021·黔西南10题,3分)随着人们生活水平的提高,很多家庭都用上了燃气热水器,如图是家用燃气热水器工作原理示意图。当打开淋浴阀,有流速很大的水通过活塞右侧时,活塞由于右侧的压强 (选填
命题点 6 热量的相关计算(遵义2考)
“增大”或“减小”)而向右移动,拉动连杆向右使控制开关S闭合,同时接通电磁铁和电子点火器,电磁铁产生 使燃气电磁阀打开通入燃气,点火器同步点火,热水器开始工作。热水器把10 L、25℃的水加热到45℃,水吸收的热量是 J。
16
17
减小
磁性
8.4×105
17.(2021·毕节9题,3分)初夏的贵阳,天气凉爽,日平均气温在20 ℃左右,此温度 (选填“高于”或“低于”)人的正常体温。但在寒冷的冬天,人们常用搓摩双手的方法保暖,这是通过 改变物体的内能。如果将10kg 20℃的水加热到40 ℃,需吸收 J的热量。
16
17
低于
做功
8.4×105

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