第十三章内能与热机
第一节物体的内能
内能知识点
1.分子动能和分子势能
(1)分子动能:分子在不停地做无规则的运动,同一切运动的物体一样,运动的分子也具有动能。物体的温度越高,分子运动得越快,它们的动能越大。
(2)分子势能:由于分子之间具有一定的距离,也具有一定的作用力,因而分子具有势能,称为分子势能。
2.内能
(1)定义:构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和,叫物体的内能。
(2)单位:焦耳(J),各种形式能量的单位都是焦耳。
(3)对物体内能的理解
①内能是指物体的内能,不是分子的内能,更不能说是个别分子或少数分子所具有的能量,而是物体内部所有分子共同具有的动能和势能的总和。因此,单纯考虑一个分子的动能和势能是没有现实意义的。
②一切物体在任何情况下都具有内能。根据分子动理论可知,一切物体中的分子都在永不停息地做无规则运动,分子间都有分子力的作用,无论物体处于何种状态、是何形状、温度是高是低都是如此。因此,一切物体在任何情况下都具有内能。也就是说,内能是一切物体在任何情况下都具有的一种能量。
③内能具有不可测量性,即不能准确知道一个物体的内能的具体数值。
④物体的内能可以发生改变,当物体的内能发生变化时,物体的表现方式有温度改变和状态改变两种。
(4)物体内能与温度的关系
①一个物体在状态不变时,温度越高,它的内能越大;温度越低,内能越小。物体温度降低时,内能会减小;温度升高时,内能会增大。
②当物体的状态改变时,尽管温度不变,物体的内能也会改变。如晶体在熔化时,分子动能不变,但物体由固态变为液态时分子间距离变大,分子势能变大,物体内能增大;晶体在凝固时,分子动能不变,分子势能变小,物体内能减小。
(5)影响内能的因素
①温度是影响物体内能最主要的因素,同一个物体,温度越高,它具有的内能就越大。
②物体的内能跟质量有关。在温度一定时,物体的质量越大,也就是分子的数量越多,物体的内能就越大。
③物体的内能还和物体的体积有关。在质量一定时,物体的体积越大,分子间的势能越大,物体的内能就越大。
④同一物质,状态不同时所具有的内能也不同。
⑤物体的内能还与物质的种类有关。
热量知识点
1.定义
在热传递过程中,传递能量的多少叫热量。热量用符号Q表示。在热传递过程中,高温物体放出热量,内能减少,温度降低;低温物体吸收热量,内能增加,温度升高。
2.单位
在国际单位制中,热量的单位是焦耳(J)。
3.对热量的理解
(1)物体本身没有热量。不能说某个物体含有多少热量,更不能比较两个物体热量的多少,只有发生了热传递过程,有了能量(内能)的转移,才能讨论热量问题。
(2)热量是在热传递过程中,能量(内能)转移的数量。热量是一个过程量,它存在于热传递的过程中,离开热传递谈热量是没有意义的,所以我们不能说“某物体含有或具有多少热量”,只能说“吸收了多少热量或放出了多少热量”。
(3)热量的多少与物体能量(内能)的多少、物体温度的高低没有关系。
4.温度、热量、内能的区别
改变物体内能的方式知识点
1.热传递改变物体的内能
(1)热传递:温度不同的物体互相接触,低温物体温度升高,高温物体温度降低的过程叫热传递。
(2)热传递的条件:物体之间存在着温度差。
(3)热传递的方向:能量从高温物体传递到低温物体。
(4)热传递的结果:高温物体的温度降低、内能减少,低温物体的温度升高、内能增加,持续到两物体的温度相同为止。
2.做功改变物体的内能
(1)外界对物体做功,物体的内能会增加。如摩擦生热、压缩气体等。
(2)物体对外界做功,物体的内能会减少。如充气后的气球爆炸等。
3.热传递和做功的区别
4.做功和热传递在改变物体内能上是等效的。
第二节科学探究：物质的比热容
比热容知识点
1.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,叫这种物质的比热容。用符号c表示。
2.单位
焦每千克摄氏度,符号是J/(kg•°C),它表示的物理意义是:单位质量的某种物质温度升高(或降低)l°C时,吸收(或放出)的热量是多少焦。
3.比热容是物质的一种属性
(1)比热容反映了质量相等的不同物质,在升高(或降低)相同的温度时,吸收(或放出)的热量不同。
(2)每种物质都有自己的比热容,不同的物质,比热容一般不同。
4.比热容也是物质的一种特性
(1)比热容不随物体质量的改变而改变。
(2)比热容与温度及温度交化无关。
(3)比热容与物体吸热或放热的多少无关。
5.比热容与物质的状态有关
物质的状态改变,比热容改变。例如,水和冰的比热容不同。
6.比热容是反映物质吸热或放热能力大小的物理量
在同样受热或冷却的情况下,比热容大的物质温度变化小,比热容小的物质温度变化大。
7.水的比热容
水的比热容为4.2×103J/(kg•°C),表示的物理意义:1kg水温度升高(或降低)1°C所吸收(或放出)的热量是4.2×103J。
热量的计算知识点讲义
1.热量计算公式(在没有发生状态变化的情况下)
(1)当物体的温度升高时,吸收的热量是:Q吸=cm(t-t0)。
(2)当物体的温度降低时,放出的热量是:Q放=cm(t0-t)。
公式中c表示物质的比热容,m表示物体的质量,t0表示物体的初温,t表示物体的末温,(t-t0)表示物体吸热时升高的温度,(t0-t)表示物体放热时降低的温度。
(3)若温度的变化量用△t表示,那么吸、放热公式可统一表示为Q=cm△t。
2.热量公式的变形式
利用热量的计算公式,不仅可以计算物体吸收(或放出)热量的多少,还可以计算物质的比热容、质量、温度变化等。计算式为:
3.热平衡方程
两个温度不同的物体在一起时,高温物体放出热量,温度降低;低温物体吸收热量,温度升高,最后两物体温度相同。如果没有热量损失,则Q吸=Q放这就是热平衡方程,利用这个关系和热量的计算公式也可以求出物质的比热容、物体的质量或温度。
第三节内燃机
热机知识点
1.内能的利用
(1)利用内能加热物体。
(2)利用内能做功。
2.热机的定义
将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的机器统称为热机。
3.热机的原理
4.热机的种类
热机是把内能转化为机械能的机器。热机的种类很多。例如:蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等。
内燃机知识点
1.内燃机
(1)内燃机:燃料在汽缸内燃烧的热机叫内燃机。
(2)分类:内燃机分为汽油机和柴油机。
(3)冲程:活塞在汽缸内往复运动时,从汽缸的一端运动到另一端的过程,叫一个冲程。
(4)工作原理:四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。四个冲程为一个工作循环,在一个工作循环中,活塞往复两次,曲轴转动两周,四个冲程中,只有做功冲程燃气对外做功,其他三个冲程靠飞轮的惯性完成。
第四节热机效率和环境保护
燃料的热值知识点讲义
1.定义
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫这种燃料的热值。
2.单位:焦每千克,符号:J/kg。
3.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。如木炭的热值为3.4×l07J/kg,它表示1kg的木炭完全燃烧时所放出的热量是3.4×l07J。
4.热值是燃料本身的一种特性,热值的大小是由燃料本身来决定的。每种燃料都具有一定的热值,不同燃料的热值一般不同,同种燃料的热值不随它是否燃烧完全而改变,也不随燃料质量的大小而改变。
5.公式:q=Q/m,q表示燃料的热值,Q表示燃料完全燃烧放出的热量,m表示燃料的质量。
求燃料放热公式:Q=mq。
6.燃料的有效利用
(1)影响燃料有效利用的因素:一是燃料不可能完全燃烧;二是燃料燃烧放出的热量散失很多,只是一小部分被有效利用。
(2)炉子的效率
炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫炉子的效率。
现代化大型锅炉的效率可达90%以上,一般小型锅炉的效率不足60%。
(3)提高燃料利用率的方法:提高燃料的利用率是节约能源的重要措施。把固体燃料磨成粉末吹进炉膛内进行燃烧,加大送风量,可使燃料燃烧得更充分;加大受热面积,可减小烟气带走的热量。这些都是提高炉子的效率和燃料利用率的具体措施。
热机的效率知识点讲义
1.定义:用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧所释放的能量之比。
2.公式:
3.热机效率总小于1的原因
由于热机在工作过程中,总有能量损失,所以热机的效率总小于1。
4.提高热机效率的主要途径
(1)使燃料充分燃烧;
(2)尽量减少各种热量损失;
(3)在热机的设计和制造上,采用先进的技术;
(4)使用时,注意保养,保证良好的润滑,合理调整各零件之间的间隙,减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功。
第十四章了解电路
第一节电是什么
摩擦起电知识点
1.带电
一些摩擦后的物体具有吸引轻小物体的性质,就称该物体带了电。
2.摩擦起电
用摩擦的方法使物体带电,叫摩擦起电。
3.摩擦起电的条件
一是相互摩擦的物体是不同种物质构成;二是这两个物体要与外界绝缘。
两种电荷知识点
1.两种电荷
(1)正电荷:被丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫正电荷。用“+”表示。
(2)负电荷:被毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷叫负电荷。用“-”表示。
2.电荷间的相互作用规律
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
验电器知识点讲义
1.验电器的构造及工作原理
(1)验电器的构造如图所示。
(2)作用:检验物体是否带电。
(3)原理:根据同种电荷互相排斥的原理。
2.电荷量
(1)定义:电荷的多少叫电荷量,电荷量通常用符号“Q”表示。
(2)电荷量的单位:库仑,简称库,符号是C。
第二节让电灯发光
电路的构成知识点
1.电路
电路就是把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流的路径。一个完整的电路包括电源、用电器、开关和导线四种电路元件,缺一不可。
2.电路中各部分元件的作用
（1）电源
作用：提供电能的装置,维持电路中有持续电流。
能量分析：将其他形式的能转化为电能,提供电能。
（2）用电器
作用：用电来工作的设备。
能量分析：工作时将电能转化为其他形式的能,消耗电能。
（3）开关
作用：用来接通或断开电路,控制用电器工作与否,起控制电路的作用。
（4）导线
作用：将电源、用电器、开关连接起来,形成让电荷移动的通路。
能量分析：输送电能
第三节“伏安法”测电阻
伏安法测量导体电阻知识点
1.用伏安法测量电阻的原理
根据欧姆定律的变形公式R=U/I,测得待测电阻两端的电压和通过待测电阻的电流,就可以求出它的电阻值,这种测量电阻的方法叫伏安法。
2.电路图
这是一个设计性实验,要紧扣实验原理,选取实验器材,设计实验电路图(如图所示)。
电路图的设计,根据Rx=U/I,要测Rx两端的电压,就必须将电压表与Rx并联,要测Rx上的电流,必须将电流表与Rx串联,为了保护电路、调节电压和电流,电路中必须串联一个滑动变阻器,根据这个思路就不难设计出一个电路了。
第四节电阻的串联和并联
欧姆定律在串、并联电路中的应用知识点
1.串联电路的电阻
串联电路的总电阻等于各串联电阻之和,即R=R1+R2+…Rn。
2.并联电路的电阻
并联电路总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和,即
。
3.串联电路分压与并联电路分流原理
(1)串联电路中:
(2)并联电路中:
4.串联电路中电流处处相等,导体两端的电压按电阻正比分配,电阻越大,其分配的电压越大。并联电路中各支路两端的电压相等,各支路的电流按电阻反比分配,支路的电阻越大,分配的电流越小。列表比较如下:
第五节家庭用电
家庭电路的组成知识点
1.家庭电路的组成
进户线、电能表、总开关、保险盒、用电器、插座、开关、导线等。
2.各部分的连接及作用
(1)进户线:为用户提供电能来源。
(2)电能表:用于测量用户使用的电能。电能表安装在干路上,在总开关的面前。电能表铭牌上标有额定电压和和允许通过的最大电流等。
(3)总开关:安装在电能表之后,用于控制整个家庭电路,用于检修电路,更换设备。
(4)保险盒:内装保险丝,保险丝由电阻大、熔点低的铅锑合金制成,串联在干路中。电路中通过的电流过大时,保险丝自行熔断,从而切断电路,起到保险的作用。
(5)开关:用于控制各支路的通断,应与所控制的用电器串联,并接在火线上。
(6)用电器:将电能转化为我们所需要的能量的装置。对于整个电路而言,用电器又叫负载。
(7)插座:常用的插座有两孔插座和三孔插座两类。
两孔插座:左孔接零线,右孔接火线。
三孔插座:左零右火中间接地,接地孔与地线相连,当插上三孔插头时使接地线通过接地脚与用电器外壳相连,使用电器有效接地,防止用电器外壳带电造成触电事故。
有人图方便把插头上的接地脚剪掉(甚至有这样的产品出售),然后勉强插在两孔插座上,这是不安全的;还有人制作活动插座板,板上的插孔虽然有三个,但是中间的一个空着不接地,这也是不安全的。
(8)漏电保护器:正常情况下电流不会直接流入大地。但是站在地上的人不小心接触了火线或漏电时,漏电保护器能自动断开电路,对人身起到保护作用。
3.安装简单照明电路时的注意事项
(1)开关与保险丝必须与电路的火线相连。开关接在火线上,当拉开开关切断电路时,电路各部分都脱离火线,这样人体不小心碰到这些部分就不会触电,检修电路也比较安全。
(2)螺口灯泡的螺旋套接在零线上。因为一般情况下,零线连着地,这样人体不小心碰到螺旋套灯座,也不会触电。
(3)闸刀开关千万不能倒装。闸刀开关的上端为静触点,用于接输入导线;下端为动触点,用于接输出导线。切不可接反。如果倒置安装,在推拉闸刀的过程中,由于重力作用,容易自动接通电路而造成危险。
(4)电能表只有接在干路的最前端,才能测出用户全部家用电器消耗的电能。
火线和零线知识点
1.火线和零线
进户的两条输电线中,一条叫端线,俗称火线,另一条叫零线。火线和零线之间有220V的电压,零线在入户之前已经和大地相连。
2.试电笔
(1)用途:试电笔是用来辨别火线和零线的。
(2)使用方法:在使用试电笔时,人手要握住试电笔的绝缘杆部分,同时要用手接触笔卡或笔尾的金属体。若试电笔的金属笔尖接触火线,则氖管发光;若金属笔尖接触零线,则氖管不发光,
插座和电灯的接法知识点
1.插座的接法
(1)两孔插座:左孔接零线,右孔接火线。
(2)三孔插座:左孔接零线,右孔接火线,中间上端的孔接地线。这样用电器的金属外壳即便带电,电流也会流入大地,不致对人造成伤害。国家规定:带有金属外壳的家用电器,其金属外壳必须接地,也就是必须使用三孔插座和三脚插头。如图所示。
2.电灯的接法
电灯接入电路时,灯座两个接线柱一个接火线,一个接零线,控制电灯的开关一定要安装在火线上,这样做是为了安全。螺口灯座应接在零线上,绝不许接在火线上。
漏电保护器和保险丝知识点
1.漏电保护器
(1)作用:发生漏电时,自动切断电路,保障人身安全,防止漏电。
(2)原理:发生漏电时,通过火线和零线的电流不相等,多余的电流就会产生磁力使开关自动断开。
2.保险丝
(1)作用:当电路中的电流超过电路允许通过的最大正常电流时,保险丝会自动熔断,从而保护电路。
(2)材料:为了使保险丝自动熔断,应选择电阻率大且熔点较低的材料,一般用铅锑合金。
(3)规格:保险丝的规格用它的额定电流来表示,与保险丝的粗细有关,保险丝越粗,额定电流越大。
(4)选择原则:选择保险丝时,要使保险丝的额定电流等于或者稍大于电路中的最大正常工作电流。
(5)连接:要连在闸刀开关动触头的下方,一般要接在火线上,且与要保护的电路串联。为了用电安全,绝不能用铜丝、铁丝等代替保险丝。
家庭电路中电流过大的原因知识点
1.总功率过大
在家庭电路中电压是一定的,各用电器是并联的,由公式P=IU可知I=P/U,如果电功率P越大,电路中的电流越大。因此,总功率过大是造成电路中电流过大的原因之一。
家庭电路中要避免电流过大,应注意以下两个问题:
(1)如果家庭添置了新的大功率用电器,如电热水器、空调等,要用I=P/U计算一下它的工作电流,不要超过供电线路和电能表所允许的电流最大值。
(2)电路中同时使用的用电器不能太多,尤其大功率用电器,非用不可时,也应尽量错开时间,交互使用。
2.短路
短路是指电流不经过用电器而直接构成了回路。由欧姆定律可知,在电压一定时,导线的电阻很小,则通过导线的电流就很大。因此,短路也是电路中电流过大的原因之一。发生短路时更容易烧坏保险丝,或者引起火灾。
安全用电知识点
1.常见的触电事故
(1)触电:指一定强度的电流通过人体引起的伤害事故。
(2)低压触电:低压触电分为单线触电和双线触电。
(3)高压触电:高压触电分为高压电弧触电和跨步电压触电。
2.安全用电原则
(1)不接触低压带电体,不靠近高压带电体。
(2)更换灯泡、搬动电器前应断开电源开关。
(3)不弄湿用电器,不损坏绝缘层。
(4)保险装置、插座、导线、家用电器等达到使用寿命应及时更换。
3.触电事故的处理
一是切断电源,或者用一根绝缘棒将电线挑开,尽快使触电者脱离电源。二是尽力抢救。三是发生电火灾务必在切断电源后,才能泼水救火。在整个救护过程中,必须随时注意自身保护,防止自己也触电。
4.注意防雷
(1)雷电是大气中一种强烈的放电现象。
(2)高大建筑的顶端都有针状的金属物,通过很粗的金属线与大地相连,可以防雷,叫避雷针。
第十六章电流做功与电功率
第一节电流做功
电能知识点
1.定义
电流流过导体或用电器要消耗能量,所消耗的能量就是电能。在这个过程中,消耗了多少电能,就有多少电能转化成了其他形式的能。
2.电能的单位
(1)电能的国际单位与其他能量的单位一样,都是焦耳,用字母J来表示。
(2)常用的电能单位还有千瓦时,就是我们平常所说的“度”,用kW•h来表示。kW•h是一个比J大得多的单位,1kW•h=3.6×106J。
电能表知识点
1.作用:测量用电器在一段时间内所消耗的电能。
2.一种电能表的外形构造:如图所示,最上面的数字以千瓦时为单位来显示已经用去的电能,中间的铝质圆盘在测量用电器消耗的电能时转动。读数时要注意,最后一位是小数点后的数字。
3.计算方法:电能表计数器上前后两次读数之差,就是用电器在这段时间内消耗的电能。
4.电能表的几个参数
(1)“220V”——这个电能表应该在220V的电路中使用。
(2)“10(20)A”——这个电能表的标定电流为10A,在短时间内使用时电流允许大些,但不能超过20A。
(3)“50Hz”——这个电能表应在50Hz的交流电路中使用。
(4)“600r/(kW•h)或600revs/(kW•h)”——接在这个电能表上的用电器,每消耗1kW•h的电能,电能表上的转盘转过600转。
5.IC卡电能表和新式电能表
目前有一种IC卡电能表,用户将IC卡插入后,电能表读取卡中的金额,一旦金额用完,电能表切断电源,这时需要到银行为IC卡储值,然后再重新插入电能表。
还有一种新式电能表,其中没有转动的铝盘,靠内部电子电路计算电能,读数由液晶板显示。
利用电能表计算电能知识点
根据电能表的转盘的转数可以求出家用电器在某段时间内电流做的功,或消耗的电能。在计算时通常有两种方法:
1.先根据每kW•h的转数求出表盘转一转消耗的电能,再看表盘在这段时间内共转了多少转,用上面两个数值相乘就是用电器在这段时间内消耗的电能。
2.由于电能表转盘的转数与电流做的功(或消耗的电能)成正比,因此可以先统一单位,然后列出比例式,再求解答案。
电功知识点
1.定义:电流所做的功叫电功,用符号“W”表示。
2.单位
(1)在国际单位制中,电功的单位和电能的单位一样,都是焦耳,简称焦,用符号“J”表示。
(2)电功的常用单位:千瓦时(kW•h)。
(3)焦耳的规定:如果用电器两端的电压为1V,通过的电流为1A,通电时间为1s,则电流所做的功就是1J。
3.物理意义:从能量角度讲,电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程。
4.计算
电流在某段电路上所做的功,等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积,即W=UIt。
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