本專題以基本概念辨析、應(yīng)用和熱量的計(jì)算為主要考試內(nèi)容,試題形式有填空、選擇、探究及計(jì)算等,用控制變量法探究物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)和保溫性能是常出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)探究題,運(yùn)用熱量公式進(jìn)行熱量的計(jì)算是必考的計(jì)算題,特別要重視運(yùn)用焦耳定律進(jìn)行電熱計(jì)算的綜合題。
1考試分析
本專題的考點(diǎn)主要為:動能和勢能的轉(zhuǎn)化,機(jī)械能和內(nèi)能的區(qū)別,熱量、溫度、內(nèi)能之間的關(guān)系,熱機(jī),熱傳遞的理解,熱量的計(jì)算,改變內(nèi)能的方式,利用比熱容解釋自然現(xiàn)象。這一專題的知識相對來說比較基礎(chǔ),而應(yīng)用比較廣泛,中考題型主要集中在選擇、填空、探究、熱量的計(jì)算中。
2考點(diǎn)清單
(1)定義:一個物體能夠?qū)α硪粋€物體 ,就表明這個物體具有能量;
(2)單位:焦耳,符號:J;
能,反映物體做功本領(lǐng)的大小,一個物體的能越大,它能夠?qū)ν庾龅墓υ?nbsp; .
(1)定義:物體由于 而具有的能量.
(2)探究動能大小的影響因素:
①研究對象: ;
②探究動能與速度的關(guān)系時,控制 相同,讓 不同;
③探究動能與質(zhì)量的關(guān)系時,控制 相同,讓 不同;
④判斷動能大小的方法:被撞木塊運(yùn)動的距離越長,小車具有的動能越 ,這里涉及到物理方法中的轉(zhuǎn)換法;
(3)動能大小的決定因素:物體動能的大小與物體的 和有 關(guān), 越大, 越大,物體所具有的動能就越大.
(1)彈性勢能
①定義:物體由于發(fā)生 所具有的能量;
②大小決定因素:同一物體彈性勢能的大小與該物體發(fā)生的 的大小有關(guān).
(2)重力勢能
①定義:被 的物體所具有的能量.
②探究重力勢能大小的影響因素
a.探究重力勢能與高度的關(guān)系時,應(yīng)控制 相同,讓 不同;
b.探究重力勢能與質(zhì)量的關(guān)系時,應(yīng)控制 相同,讓 不同;
c.判斷重力勢能大小的方法:通過“木樁”下陷的深度來反映.(轉(zhuǎn)換法)
(3)大小決定因素:物體的重力勢能與物體的 和 有關(guān), 越大, 越高,它具有的重力勢能就越大.
(1)機(jī)械能
①定義:物體的 和 的統(tǒng)稱;
②大小:物體機(jī)械能的大小等于物體的 能與 能之和.
(2)動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化
①發(fā)生在同一物體之間,除重力外,不受其他力的作用,則動能與勢能相互轉(zhuǎn)化時,機(jī)械能總量 ;
②當(dāng)有阻力作用時,動能與勢能在轉(zhuǎn)化的過程中,機(jī)械能總量會 .
(1)定義:物體內(nèi)所有分子 和 分子的總和
(2)存在: 物體都具有內(nèi)能;
(3)大小影響因素:物體內(nèi)能的大小與 、 、 等因素有關(guān);
(4)理解:同一物體溫度升高,內(nèi)能 (選填“一定”或“不一定”)增大,同一物體內(nèi)能增大,溫度 (選填“一定”或“不一定”)升高.
(1)熱傳遞
①條件:只要物體之間或同一物體的不同部分之間存在 ,就會發(fā)生熱傳遞;
②方向:由 物體(部分)向 物體(部分)傳遞;
③結(jié)果:各物體(或同一物體的各部分)間的 相同;
④實(shí)質(zhì): 發(fā)生轉(zhuǎn)移.
(2)熱量
①定義:物體在熱傳遞過程中轉(zhuǎn)移的 ,用符號 表示.熱量的單位與能量的單位相同,都是 ;
②溫度、內(nèi)能、熱量三者的關(guān)系:同一物體,吸收熱量,內(nèi)能 ,溫度 ,放出熱量,內(nèi)能 ,溫度 .
(3)物體內(nèi)能改變的方式
①熱傳遞:熱傳遞改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能的 ;
②做功:做功改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是將其他形式的能(如機(jī)械能) 為內(nèi)能.
(1)定義:物體溫度升高時吸收的 與它的 和升高溫度的 之比;
(2)符號: ,單位: .
(3)意義:水的比熱容是4.2×103 ,它表示 .
(4)性質(zhì):比熱容是 的一種屬性,與 、 、 等因素?zé)o關(guān),只與 和 有關(guān);
(5)應(yīng)用:冬天,人們常用熱水袋取暖;汽車發(fā)動機(jī)用水做冷卻劑都是因?yàn)樗谋葻崛?nbsp; (選填“大”或“小”).
(1)公式
物體溫度升高時吸收熱量的計(jì)算公式為 ;
物體溫度降低時放出熱量的計(jì)算公式為 ;
(2)理解
①公式適用于不發(fā)生物態(tài)變化時物體升溫吸熱或降溫放熱的計(jì)算;
②對于變形公式c=Q/mΔt (選填“能”或“不能”)得出物質(zhì)的比熱容與吸收或放出的熱.成正比,與物體的質(zhì)量成反比,與溫度的變化量成反比.
(1)定義:將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)獾?nbsp; 能轉(zhuǎn)化為 能的機(jī)器.
(2)汽油機(jī)的工作循環(huán)
①組成:一個工作循環(huán)由 沖程、 沖程、 沖程、 沖程四個沖程組成;
②能量轉(zhuǎn)化:將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是 沖程,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是 沖程;
③規(guī)律:一個工作循環(huán),活塞往復(fù) 次,曲軸和飛輪轉(zhuǎn)動 周,對外做功 次,經(jīng)歷 個沖程.
(1)定義:燃料 燃燒放出的熱量與燃料的 之比;
(2)公式: ;
(3)單位: ,符號 ;氣體燃料通常以J/m3作為熱值的單位;
(4)意義:木炭的熱值是3.4×107 ,它表示 ;
(5)能最轉(zhuǎn)化:燃料燃燒時,將 能轉(zhuǎn)化為 能.
3重點(diǎn)難點(diǎn)
(1)首先根據(jù)決定動能和勢能大小的因素分析各因素是否改變或怎樣改變,從而判斷動能和勢能如何變化;
(2)然后再根據(jù)“機(jī)械能=動能+勢能”的關(guān)系再判斷機(jī)械能的變化.
典型例題:(2019·常州)北京世園會上,車身離地30cm高的電動無人掃地車在平直路面上勻速前進(jìn)并將地面上的落葉吸入車內(nèi),此過程中,掃地車整體的( ?。?/p>
A.動能不變,重力勢能不變
B.動能不變,重力勢能變大
C.動能變大,重力勢能不變
D.動能變大,重力勢能變大
【分析】影響動能的影響因素是物體的質(zhì)量和運(yùn)動的速度,影響重力勢能的因素是物體的質(zhì)量和高度,據(jù)此分析即可解答。
【解答】解:電動無人掃地車在平直路面上勻速前進(jìn)并將地面上的落葉吸入車內(nèi),此過程中,掃地車的總質(zhì)量變大,速度和高度不變,則動能和重力勢能均變大。故ABC錯誤,D正確。故選:D。
【點(diǎn)評】本題考查了影響動能和勢能的大小變化,分析好掃地車工作時速度、質(zhì)量和高度的變化是關(guān)鍵。
(1)首先分析決定動能大小的因素和決定重力勢能(或彈性勢能)大小的因素——看動能和重力勢能(或彈性勢能)如何變化;
(2)在動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中,如果沒有機(jī)械能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化,即沒有空氣阻力和摩擦等原因造成的機(jī)械能損失,機(jī)械能的總且量保持不變,即機(jī)械能守恒.如果存在空氣阻力和摩擦等,機(jī)械能的總量減小.
注意:題目中如果有“在光滑斜面上滑動”,則表示沒有能量損失——機(jī)械能守恒;如果有“在斜面上勻速下滑”,則表示有能量損失——機(jī)械能不守恒.
典型例題:(2019·深圳)如圖,弧形軌道ab段光滑,bc段粗糙,小球從a點(diǎn)經(jīng)最低點(diǎn)b運(yùn)動至c點(diǎn)。下列分析正確的是( ?。?/p>
A.從a到b的過程中,小球動能轉(zhuǎn)化為重力勢能
B.經(jīng)過b點(diǎn)時,小球動能最大
C.從b到c的過程中,小球動能增大
D.從a到c的過程中,小球機(jī)械能守恒
【分析】(1)重力勢能的大小和物體的質(zhì)量以及所處位置的高度有關(guān),判斷重力勢能是否改變,看它的質(zhì)量和高度是否變化就可以了;動能的大小和物體的質(zhì)量以及運(yùn)動的速度快慢有關(guān),判斷動能的大小看它的質(zhì)量和運(yùn)動快慢是否變化就可以了。(2)判斷是哪種能量轉(zhuǎn)化成了另一種能量的標(biāo)準(zhǔn)是:減小的轉(zhuǎn)化為增多的。
【解答】解:A、從a到b的過程中,小球質(zhì)量不變,高度降低,速度變大,故重力勢能減少,動能增大,屬于重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,故A錯誤;B、小球從a運(yùn)動到b動能增大;從b運(yùn)動到c動能減小,則在b點(diǎn)處小球動能最大,故B正確;C、小球從b到c的過程中,高度增加,同時克服摩擦力做功,速度減小,則小球的動能減小,故C錯誤;D、bc段弧形軌道粗糙,因此小球在bc段運(yùn)動時會克服摩擦力做功,會有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,則機(jī)械能會減小,故D錯誤;故選:B。
【點(diǎn)評】掌握動能、重力勢能的影響因素,理解重力勢能和動能的轉(zhuǎn)化可從高度和速度來理解,可以幫助我們更好的理解能量的轉(zhuǎn)化。
從內(nèi)能改變的實(shí)質(zhì)的角度去辨識:分析實(shí)例中內(nèi)能的變化是“轉(zhuǎn)化”還是“轉(zhuǎn)移”,若是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移則為熱傳遞;若是內(nèi)能的轉(zhuǎn)化則為做功.
典型例題:(2019·哈爾濱)下圖事例中,利用熱傳遞改變物體內(nèi)能的是( ?。?/p>
A.晃動試管,沙子溫度升高
B.燒水使水變熱
C.汽油機(jī)汽缸內(nèi)混合物被壓縮,溫度升高
D.摩擦使筆桿變熱
【分析】解決此類問題要知道改變物體內(nèi)能的方式有兩種:做功和熱傳遞,熱傳遞過程是能量的轉(zhuǎn)移過程,而做功過程是能量的轉(zhuǎn)化過程。
【解答】解:A、晃動試管,沙子與試管之間發(fā)生摩擦,克服摩擦做功,沙子的內(nèi)能變大,故A錯誤;B、燒水使水變熱是通過熱傳遞改變了物體的內(nèi)能,故B正確;C、氣缸內(nèi)氣體被壓縮,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能,故C錯誤。D、摩擦筆桿,克服摩擦做功,筆桿變熱,是通過做功改變了物體的內(nèi)能,故D錯誤。故選:B。
【點(diǎn)評】此題是考查對做功和熱傳遞改變物體內(nèi)能的辨別,是中考熱點(diǎn),屬于易錯題目。
(1)正確理解溫度、內(nèi)能、熱量的含義:溫度和內(nèi)能是狀態(tài)量,而熱量是過程量.熱量伴隨著熱傳遞的產(chǎn)生而出現(xiàn)、終止后消失;物體本身并沒有熱量,不能說某個物體“具有”或“含有”熱量,更不能說“比較”兩物體熱魚的多少,只能說物體“吸收”或“放出”了熱魚.
(2)明確內(nèi)能與溫度的關(guān)系:對同一物體而言,溫度升高,內(nèi)能增加.另外,內(nèi)能大小還與分子個數(shù)和分子間作用力有關(guān).
(3)準(zhǔn)確把握三者的聯(lián)系:物體吸收(放出)熱量,內(nèi)能增加(減小),但溫度不一定升高(降低).如晶體熔化與液體沸騰時,雖吸熱但溫度不變;反之,物體溫度升高(降低),內(nèi)能增加(減小),但不一定吸(放)熱,因?yàn)榭赡芡ㄟ^做功改變內(nèi)能.
典型例題:(2019·煙臺)關(guān)于溫度熱量和內(nèi)能,下列說法正確的是( ?。?/p>
A.物體的內(nèi)能增加,溫度一定升高
B.物體溫度升高,一定吸收了熱量
C.物體溫度降低,內(nèi)能一定減少
D.物體吸收了熱量,溫度一定升高
【分析】解答本題需掌握:(1)物體的內(nèi)能大小與溫度有關(guān),溫度越高內(nèi)能越大,分子的熱運(yùn)動越劇烈;(2)晶體熔化、凝固以及液體沸騰過程溫度不變的特點(diǎn);(3)改變物體內(nèi)能的兩種方法:做功和熱傳遞。
【解答】解:A、在晶體熔化或液體沸騰的過程中,雖然吸收熱量,但溫度不變,故A錯誤;B、做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能,若物體的溫度升高,可能是吸收了熱量,即發(fā)生熱傳遞,也可能是由于其它物體對它做功造成的,故B錯誤;C、對于同一物體來說,其溫度降低,內(nèi)能一定減少,故C正確;D、物體吸收了熱量,物體內(nèi)能增加,其也可能表現(xiàn)在體積的變化上,即不一定溫度升高,故D錯誤。故選:C。
【點(diǎn)評】本題主要是考查學(xué)生對內(nèi)能、溫度與熱量三者之間的聯(lián)系和區(qū)別的掌握情況,同時也對改變物體內(nèi)能的兩種方法也進(jìn)行了檢測。
(1)比熱容的理解:比熱容反映了不同物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)的強(qiáng)弱,比熱容大的物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)強(qiáng),比熱容小的物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)弱;
(2)由于水的比熱容大體現(xiàn)兩個優(yōu)勢:在質(zhì)量和吸收(或放出)熱量相同的情況下,水比其他物質(zhì)溫度變化慢而小;在質(zhì)量和變化的溫度相同時,水比其他物質(zhì)吸(或放)熱多.據(jù)此解答.
注意:同種狀態(tài)下,比熱容只取決于物質(zhì)的種類,同一物質(zhì)的比熱容隨狀態(tài)的改變而改變.如,水的比熱容是4.2×107J/(kg·℃),變?yōu)楣虘B(tài)的冰后的比熱容是2.1× 103J/ ( kg·℃).
典型例題:(2019·上海)兩個質(zhì)量相同的不同物質(zhì),吸收相同的熱量,下列說法中正確的是( ?。?/p>
A.比熱容大的物質(zhì)升高溫度較小
B.比熱容小的物質(zhì)升高溫度較小
C.比熱容大的物質(zhì)升高溫度較大
D.升高溫度相同,與比熱容大小無關(guān)
【分析】比較物質(zhì)吸熱能力的2種方法:①使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)升高相同的溫度,比較吸收的熱量(即比較加熱時間),吸收熱量多的吸熱能力強(qiáng);②使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量(即加熱相同的時間),比較溫度的變化,溫度變化小的吸熱能力強(qiáng)。
【解答】解:根據(jù)Q=cm△t知,相同質(zhì)量的不同物質(zhì),吸收相同的熱量,比熱容大的溫度升高小,故A正確。故選:A。
【點(diǎn)評】本題比較不同物質(zhì)的吸熱能力,考查控制變量法、轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用和比較吸熱能力的方法,為熱學(xué)中的重要實(shí)驗(yàn)。
辨別汽油機(jī)或柴油機(jī)四個沖程的關(guān)鍵是要抓住四個沖程中的工作特點(diǎn):進(jìn)氣門、排氣門的開、閉情況以及活塞上、下運(yùn)行情況.
另外還要把握住吸氣沖程、做功沖程和排氣沖程的顯著特點(diǎn):做功沖程中的顯著特點(diǎn)是火花塞產(chǎn)生電火花;吸氣沖程和排氣沖程有吸入物質(zhì)和排出廢氣的箭頭標(biāo)識.
典型例題:(2019·武漢)如圖所示是四沖程汽油機(jī)的剖面圖,關(guān)于其四個沖程的描述正確的是( )
A.吸氣沖程中,汽油和空氣的混合物進(jìn)入汽缸
B.壓縮沖程中,通過做功的方式使汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小
C.做功沖程中,燃料釋放的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
D.排氣沖程中,廢氣帶走了燃料釋放的能量的極少部分
【分析】四沖程汽油機(jī)一個工作循環(huán)有四個沖程,分別是吸氣、壓縮、做功和排氣,其中只有做功沖程對外做功,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;另外還有壓縮沖程有能量轉(zhuǎn)化,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;根據(jù)氣門的狀態(tài)、活塞運(yùn)動的方向確定沖程的種類。
【解答】解:A、汽油機(jī)在吸氣沖程中,進(jìn)氣門打開、排氣門關(guān)閉,活塞向下運(yùn)動,汽油和空氣的混合物進(jìn)入汽缸,故A正確;B、在壓縮沖程中,進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉,活塞向上運(yùn)動,燃料混合物被壓縮,氣體的內(nèi)能變大,此過程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程,故B錯誤;C、在做功沖程中,燃料燃燒釋放的內(nèi)能大部分需要克服摩擦、發(fā)生熱傳遞而散失,只有一少部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,故C錯誤;D、在排氣沖程中,廢氣帶走了燃料釋放的能量的大部分,故D錯誤。故選:A。
【點(diǎn)評】本題考查了汽油機(jī)的四個沖程,要求學(xué)生對每個沖程的特點(diǎn)、能量轉(zhuǎn)化等情況十分熟悉才能順利解答。
(1)利用熱量公式進(jìn)行計(jì)算要注意以下幾點(diǎn):
①公式中各物理量單位要統(tǒng)一;
②公式只適用于物質(zhì)的狀態(tài)無變化時升溫(或降溫)過程中吸收(或放出)的熱量;
③明確“升高了”與“升高到”或“降低了”與“降低到”的含義.升高了(或降低了)多少攝氏度是指溫度的變化值,用?t表示;而升高到(或降低到)是指末溫;
④用公式求液體溫度時,一定要注意一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的液體的沸點(diǎn).若求出水的溫度為105℃,但最終結(jié)果應(yīng)該是100℃;
⑤發(fā)生熱傳遞的兩個物體,若沒有熱損失,則列熱平衡方程Q放=Q吸求解.
(2)首先明確熱效率的幾種類型:對于公式η=Q有/Q總×100%,其中Q有為有效利用的熱量,Q總指總能量,如果是用爐子給物體加熱,則Q總為燃料完全燃燒放出的熱t(yī)(Q總=mq),Q有為被加熱物質(zhì)吸收的熱量;如果是太陽能熱水器,則Q總為攝入的太陽能總能,Q有為水吸收的熱量;如果是用電熱器燒水,則Q總為電流做功放出的熱里(Q總=UIt),Q有為水吸收的熱量;然后分別列出吸熱、放熱和熱效率的公式或變形展開式進(jìn)行聯(lián)立求解.
典型例題:(2019·濰坊)一定氣壓下,某種晶體熔化成同溫度液體時所吸收的熱量與其質(zhì)量之比叫該晶體的熔化熱,用字母λ表示。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,用一個熱效率為40%的酒精爐為熱源,將50g初溫為0℃的冰全部熔化為0℃的水,共燃燒了14g酒精,酒精的熱值為3×107J/kg。求:
(1)冰熔化過程中吸收的熱量;
(2)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔化熱λ冰。
【分析】(1)利用Q放=qm求酒精完全燃燒放出的熱量,再利用η=Q吸/Q放可求冰熔化成水共吸收熱量;(2)冰熔化成水共吸收熱量與冰的質(zhì)量之比等于冰的熔化熱。
【解答】解:(1)14g酒精完全燃燒放出的熱量:
Q放=qm′=3×107J/kg×0.014kg=4.2×l05J,
由η=Q吸/Q放可得,冰熔化成水共吸收熱量:
Q吸=Q放×η=4.2×l05J×40%=1.68×l05J;
(2)則冰的熔化熱:
λ冰=Q吸/m冰=1.68×105J/0.05kg=3.36×106J/kg。
答:(1)冰熔化過程中吸收的熱量為4.2×l05J;(2)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔化熱λ冰為3.36×106J/kg。
【點(diǎn)評】本題考查了吸熱公式、燃料完全燃燒放熱公式、效率公式的應(yīng)用,冰升溫、冰熔化過程吸熱的計(jì)算方法不同,注意區(qū)分。
4高頻實(shí)驗(yàn)
(1)轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用;
(2)控制變漁法的應(yīng)用:
a.研究動能的大小與速度的關(guān)系時,控制小球的質(zhì)質(zhì)量相同,改變小球的速度大小;
b.研究動能的大小與質(zhì)量的關(guān)系時,控制小球的速度相同,改變小球的質(zhì)量;
(3)讓不同小球從斜面同一高度釋放的目的;
(4)選擇同一個小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的;
(5)實(shí)驗(yàn)中,假設(shè)平面無阻力會出現(xiàn)的情況;
(6)機(jī)械能轉(zhuǎn)化.
典型例題:(2019·長沙)如圖,小海在研究“物體的動能與哪些因素有關(guān)”時,將質(zhì)量為m的小鋼球從斜槽的某高度h處由靜止釋放,鋼球運(yùn)動到水平面時,將水平面上靜止的木塊撞出一段距離s。小海的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄如下:
(1)上述3次實(shí)驗(yàn)中,第 次實(shí)驗(yàn)鋼球滑到斜槽底端時動能最大;
(2)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:當(dāng)速度一定時,鋼球的質(zhì)量越大,動能越 ,這個結(jié)論可用于解釋汽車 ?。ㄟx填“超速”或“超載”)帶來的危害。
【分析】(1)不同質(zhì)量的物體從相同高度自由下滑到達(dá)斜面底端的速度是相同的。(2)從動能大小的影響因素判斷。動能大小跟質(zhì)量、速度有關(guān)。質(zhì)量一定時,速度越大,動能越大;速度一定時,質(zhì)量越大,動能越大。
【解答】解:(1)因?yàn)椴煌|(zhì)量的物體從相同高度自由下滑到達(dá)斜面底端的速度是相同的。三個小球從斜槽的某高度h處由靜止釋放,鋼球運(yùn)動到水平面時速度相同,三個小球的質(zhì)量越大,推動木塊運(yùn)動越遠(yuǎn),對木塊做功越大,說明小球的動能越大,所以第三次實(shí)驗(yàn)中小球動能最大。(2)上面數(shù)據(jù)得出:當(dāng)速度一定時,鋼球的質(zhì)量越大,動能越大。汽車超速是因?yàn)樗俣却笤斐蓜幽艽螅嚦d是因?yàn)橘|(zhì)量大造成的動能大。故答案為:(1)3;(2)大;超載。
【點(diǎn)評】不同質(zhì)量的物體從相同高度自由下滑到達(dá)斜面底端的速度是相同的,這個結(jié)論是根據(jù)小球的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能,到達(dá)底端的速度跟質(zhì)量無關(guān)(mgh=mv2/2)。
(1)轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用;
(2)控制變量法的應(yīng)用:
a.探究重力勢能的大小與質(zhì)量的關(guān)系,讓不同質(zhì)量的木塊從同一高度由靜止落下;
b.探究重力勢能的大小與高度的關(guān)系,讓同一個木塊從不同高度由靜止落下;
(3)若實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的措施;
(4)實(shí)驗(yàn)過程中木塊從高空落下的機(jī)械能轉(zhuǎn)化情況;
(5)完善實(shí)驗(yàn)步驟.
典型例題:(2019·天津)小明同學(xué)在探究重力勢能的大小與什么因素有關(guān)時,提出了如下猜想:
猜想一:物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān)
猜想二:物體的重力勢能與物體所在高度有關(guān)
為了驗(yàn)證上述猜想,他計(jì)劃利用小桌、沙子、質(zhì)量不同的鐵塊和刻度尺進(jìn)行實(shí)驗(yàn):如圖所示,將小桌桌腿朝下放在平整的沙面上,把鐵塊從距桌面某一高度由靜止釋放,撞擊在桌面的中心部位,記錄桌腿進(jìn)入沙子的深度。
按上述方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。
(1)實(shí)驗(yàn)中通過比較 來判斷物體重力勢能的大??;
(2)為了驗(yàn)證猜想一,需選擇表中 ?。ㄌ顚?shí)驗(yàn)序號)三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析;
(3)分析表中①②③的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可得出的結(jié)論是: 。
【分析】(1)桌腿進(jìn)入沙堆的深淺,體現(xiàn)了物體對其做功的多少。桌腿進(jìn)入沙堆越深反映了小球具有的重力勢能越大。這用到了轉(zhuǎn)換法。(2)利用控制變量法,要驗(yàn)證重力勢能的大小與質(zhì)量有關(guān),需控制質(zhì)量其他的因素相同,只有質(zhì)量不同,從圖中找出符合條件的實(shí)驗(yàn)即可。(3)利用控制變量法,比較圖中相同因素和不同因素,總結(jié)出研究的對象。
【解答】解:(1)通過小明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可以知道,他是通過比較桌腿進(jìn)入沙子的深淺來比較重力勢能的大小的。桌腿進(jìn)入沙堆越深說明物體做的功越多,它原來具有的重力勢能越大;(2)根據(jù)控制變量法,要驗(yàn)證物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān),應(yīng)控制物體的高度相同,改變物體質(zhì)量的大小,故小明要完成探究,需要找數(shù)個質(zhì)量不同的物體進(jìn)行實(shí)驗(yàn);故①④⑤三組數(shù)據(jù)符合,所以應(yīng)利用①④⑤三組數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。(3)比較表中①②③的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn),高度相同,③中桌腿進(jìn)入沙子的深度更深,所以,③中的物體具有重力勢能大,即可以得出的初步結(jié)論是:質(zhì)量相同的物體,高度越大,重力勢能越大。故答案為:(1)桌腿進(jìn)入沙子的深度;(2)①④⑤;(3)質(zhì)量相同的物體,高度越大,重力勢能越大。
【點(diǎn)評】在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和寫結(jié)論時常用控制變量法來分析。在研究物理量的變化時常用轉(zhuǎn)換法來分析。
(1)實(shí)驗(yàn)選用的工具:天平、溫度計(jì)、秒表;
(2)安裝順序:自下而上;
(3)玻璃棒或攪拌器的作用:使物質(zhì)受熱均勻;
(4)熱源的選擇:相同的熱源確保兩種物質(zhì)在單位時間內(nèi)吸收的熱量相同,酒精燈與電熱器相比,選擇電熱器更好,因?yàn)殡姛崞魇莾?nèi)部加熱,相對穩(wěn)定;
(5)轉(zhuǎn)換法與控制變量法的運(yùn)用;
(6)誤差分析:測量值與真實(shí)值存在差異是因?yàn)榇嬖跓崃繐p失;
(7)溫度–時間圖像的繪制與分析;
(8)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得結(jié)論.
典型例題:(2019·無錫)在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的現(xiàn)象”時,用同一套器材分別加熱質(zhì)量相等的水和煤油,每隔一定的時間記錄水和煤油升高的溫度。
(1)調(diào)節(jié)好天平后,將薄壁鋁桶放在天平左盤中,在右盤中加入砝碼并移動游碼,天平再次平衡時,所加砝碼和游碼的位置如圖甲所示,則鋁桶的質(zhì)量為 g。
(2)砝碼盒里剩有100g、50g、20g、10g、5g砝碼各一個,為了稱量90g的水,接下來的操作是: ,向鋁桶中加水,直至天平再次平衡。
(3)在組裝成如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置時,為保證用酒精燈外焰加熱,應(yīng)先調(diào)節(jié)好 的高度,注意調(diào)節(jié)溫度計(jì)的高度,使溫度計(jì)的玻璃泡與液體 。
(4)正確組裝好器材后,給水加熱,當(dāng)水溫達(dá)到35℃時開始計(jì)時,每隔0.5min記錄一次溫度計(jì)的示數(shù),并將數(shù)據(jù)記入下表。將鋁桶中的水換成等質(zhì)量的煤油,重復(fù)以上操作。
①圖丙是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的水的溫度隨加熱時間的變化圖象,請?jiān)趫D丙中補(bǔ)畫出煤油的溫度隨加熱時間變化的圖象。
②由圖象可知,質(zhì)量相等的水和煤油升高相同的溫度, 吸收的熱量多。
③進(jìn)一步分析圖象發(fā)現(xiàn):質(zhì)量一定的水吸收的熱量與升高溫度的比值是相等的;質(zhì)量相等的水和煤油,上述比值大小 (選填“相等”或“不相等”)。
【解答】解:(1)天平再次平衡時,所加砝碼和游碼的位置如圖甲所示,標(biāo)尺的分度值為0.2g,則鋁桶的質(zhì)量為:20g+3g+0.6g=23.6g。(2)根據(jù)砝碼盒里剩有的砝碼結(jié)合標(biāo)尺的最刻度,為了稱量90g的水,從右盤中取下20g的砝碼,再將100g和10g的砝碼放入砝碼盤中,游碼位置不動,直至天平再次平衡;(3)為保證用酒精燈外焰加熱,應(yīng)先調(diào)節(jié)好石棉網(wǎng)的高度,注意調(diào)節(jié)溫度計(jì)的高度,使溫度計(jì)的玻璃泡與液體充分接觸;(4)①根據(jù)表中數(shù)據(jù),畫出煤油的溫度隨加熱時間變化的圖象,如下所示:
②由圖象可知,質(zhì)量相等的水和煤油升高相同的溫度,水加熱時間長,故水吸收的熱量多。③使用相同的酒精燈通過加熱時間的長短來比較吸熱多少;水和煤油的溫度隨時間的變化圖象為過原點(diǎn)的直線,即質(zhì)量一定的水(煤油)吸收的熱量與升高溫度的比值是定值,因質(zhì)量相等的水和煤油升高相同的溫度,水吸收的熱量多,即質(zhì)量相等的水和煤油,上述比值大小不相等。
【答案】(1)23.6g;(2)從右盤中取下20g的砝碼,再將100g和10g的砝碼放入砝碼盤中,游碼位置不動;(3)石棉網(wǎng);充分接觸;(4)①如上所示;②水;③不相等。
5考題再現(xiàn)
習(xí)題1:(2019·南通)下列實(shí)例中,屬于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是( ?。?/p>
A.彎折鐵絲發(fā)燙
B.臀部摩擦發(fā)熱
C.蒸汽頂起壺蓋
D.壓縮點(diǎn)燃棉花
習(xí)題2:(2019·連云港)關(guān)于溫度、內(nèi)能和熱量,下列說法正確的是( ?。?/p>
A.0℃的冰塊內(nèi)能為零
B.溫度高的物體含有的熱量多
C.汽油機(jī)壓縮沖程中,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
D.反復(fù)彎折鐵絲,鐵絲溫度升高,這是通過熱傳遞的方式增加了鐵絲的內(nèi)能
習(xí)題3:(2019·蘇州)將皮球從離地某一高度O點(diǎn)處水平拋出,球落地后又彈起。它的部分運(yùn)動軌跡如圖所示。下列說法正確的是( )
A.皮球經(jīng)過同一高度的A、B兩點(diǎn)時動能相等
B.皮球第一次反彈后到達(dá)最高點(diǎn)P點(diǎn)時速度為零
C.皮球在D點(diǎn)時的機(jī)械能小于在C點(diǎn)時的機(jī)械能
D.若將皮球表面涂黑,則會在地面M、N兩點(diǎn)留下兩個大小相等的黑色圓斑
習(xí)題4:(2019·鎮(zhèn)江)圖中單缸四沖程汽油機(jī)正處在 沖程,若該汽油機(jī)轉(zhuǎn)速為1800r/min,則它每秒鐘完成 個沖程。用水循環(huán)帶走汽油機(jī)產(chǎn)生的熱量,這是利用了水的 較大的特性。
習(xí)題5:(2019·徐州)在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中,量取沙子和水時,要保證它們的質(zhì)量 ;用酒精燈分別加熱沙子和水,沙子和水的溫度升高, 能增加;如果采用升高相同溫度,比較加熱時間的方式,得到的圖象應(yīng)是甲、乙兩種圖象中的 。
習(xí)題6:(2019·淮安)如圖是“探究物體動能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)示意圖(A為小球,B為木塊)。在探究小球動能大小與速度的關(guān)系時,應(yīng)保持小球的 不變。本實(shí)驗(yàn)是通過木塊B 來反映小球動能的大小。
習(xí)題7:(2019·泰州)如圖甲所示是“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)裝置,小華用兩個相同的容器(圖中用虛線框表示)分別裝入質(zhì)量相等的A、B兩種液體,用相同的裝置加熱:
(1)以從實(shí)驗(yàn)效果考慮,本實(shí)驗(yàn)選擇 (燒杯/易拉罐)作為盛放液體的容器較好,實(shí)驗(yàn)中使用玻璃棒的目的是 。
(2)兩種液體吸收熱量的多少可通過 ?。ㄒ后w升高的溫度/加熱時間)比較。
(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的溫度與時間的關(guān)系圖象如圖乙所示,分析圖象可知:質(zhì)量相等的A和B兩種液體,在升高相同溫度時, ?。ˋ/B)吸收的熱量較多;質(zhì)量相等的A和B兩種液體,在吸收相同熱量時, ?。ˋ/B)升溫較高。
(4)冬天,小華想自制一個暖手袋,若只能從A或B中選一種液體裝入暖手袋中作為供熱物質(zhì),則應(yīng)選擇 (A/B)
考點(diǎn)一:1.(1)做功,(2)焦耳,J;2.多;3.(1)運(yùn)動,(2)①小車,②質(zhì)量,速度,③速度,質(zhì)量,④大,(3)質(zhì)量、速度、質(zhì)量、速度;4.(1)①彈性形變,②彈性形變,(2)①舉高,②a.質(zhì)量、高度,b.高度、質(zhì)量,(3)質(zhì)量、高度、質(zhì)量、高度;5.(1)①動能、勢能,②動、勢;(2)①不變,②減小;
考點(diǎn)二:1.(1)動能、勢能,(2)任何,(3)質(zhì)量、溫度、狀態(tài),(4)一定,不一定;2.(1)①溫度差,②高溫、低溫,③溫度,④能量,(2)①能量,Q,焦耳,②增大,不一定升高,減小,不一定降低,(3)轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化;
考點(diǎn)三:1.(1)熱量、質(zhì)量、乘積,(2)c、J/(kg?℃),(3)J/(kg?℃),1kg水溫度升高(降低)1℃,吸收(放出)的熱量是4.2×103J;(4)物質(zhì)、質(zhì)量、熱量、溫度、種類、狀態(tài);(5)大;2.(1)Q=cm(t0-t),Q=cm(t-t0);(2)②不能;
考點(diǎn)四:1.(1)內(nèi)、機(jī)械;(2)①吸氣、壓縮、做功、排氣,②壓縮、做功,③2、2、1、4;2.(1)完全、質(zhì)量;(2) q= Q/m;(3)焦耳每千克,J/kg;(4)J/kg,1kg的木炭完全燃燒所釋放出的熱量是3.4×107J;(5)化學(xué)、內(nèi)。
完
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