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  4. 能量守恒定律热量的计算能量转移和能量转化

阅读图文,回答问题.这是一个著名物理学家发现一个伟大定律的实验装置!仔细观察后回答:(1)如图,装置中的两个配重重力不等,释放后大配重下降,小配重上升;通过反复对调左右

一、题文

阅读图文,回答问题.这是一个著名物理学家发现一个伟大定律的实验装置!仔细观察后回答:
(1)如图,装置中的两个配重重力不等,释放后大配重下降,小配重上升;通过反复对调左右两个配重,会使动叶轮不停地转动,从而导致热量计中水的温度_______(填变化情况),原因是__________.实现的能量转化是:___________.
(2)科学家某次实验测得数据如下:小配重重力G=100N,大配重重力G=520N,每升降一次配重各自移动的距离h=1m,热量计中水的质量m=500g,升降次数与水温变化的关系:
通过分析数据,科学家得出了结论:在上述现象中能量是守恒的!请你帮他补出计算、判断过程(只需分析一次实验)
(3)知道吗?这个著名物理学家叫焦耳!这个伟大的定律叫能量守恒!刚才你所经历的正是这个伟大工作的一个缩影.请就此谈一点你的感受.

考点提示:能量守恒定律,热量的计算,能量转移和能量转化

二、答案

(1)升高;对水做功,水的内能增加;机械能转化为内能
(2)小配重重力G=100N,大配重重量G=520N
合力为420N,每升降一次配重各自移动的距离h=1m,即绳子一端移动的距离是1m
∴对叶对水做的功为:W=Gh=420N×1m=420J
由表格知,升降一次水温升高0.2℃
∴水吸收的热量是:Q=cm△t=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×0.2℃=420J
∴W=Q
(3)实验结论是建立在大量的实验的基础上

三、考点梳理

知名教师分析,《阅读图文,回答问题.这是一个著名物理学家发现一个伟大定律的实验装置!仔细观察后回答:(1)如图,装置中的两个配重重力不等,释放后大配重下降,小配重上升;通过反复对调左右》这道题主要考你对 能量守恒定律热量的计算能量转移和能量转化 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:能量守恒定律,热量的计算,能量转移和能量转化

考点名称:能量守恒定律
  •  定义:
         能量既小会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。

    简介:
    (1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等。
    (2)不同形式的能量之间可以相互转化:“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且是通过做功来完成的这一转化过程。
    (3)某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等.某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。
  • 易错点:
         能量不会凭空产生,也不会凭空消火,即一个物体所具有的总能量发生了变化,必有另一个物体所具有的总能量同时发生了变化。自然界中所具有的能量的总量保持不变,这就是能量守恒定律。能量守恒定律是自然界中最基本的定律之一,不管是在哪里,也不管是什么物体,微观世界也好,宏观世界也好,能量守恒定律总是适用的。
  • 单摆的能量守恒
         单摆:小球摆动时,势能与动能不断地相互转化着。当小球到达最高处时势能最大;随着球的下降,势能逐步减小,动能逐步增大,势能转化为动能;当球下降到最低点时,势能最小,动能则最大(如图)。小球在运动过程中能量应该守恒。似乎小球应该永远运动下去,可事实上,小球的机械能不断减小,最终会停下来。这是为什么呢?原来,小球在运动过程中还要产生热。如果将内能一并计算进去,总的能量则是守恒的。
考点名称:热量的计算
  • 计算公式:
    ①经某一过程温度变化为△t,它吸收(或放出)的热量.Q表示热量(J),
    Q=c×m×△t.
    Q吸=c×m×(t-t0)
    Q放=c×m×(t0-t)
    (t0是初温;t是末温)
    其中c是与这个过程相关的比热容

    ②固体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式:Q=mq 
    气体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式:Q=Vq 
    Q表示热量(J),q表示热值(J/kg),m表示固体燃料的质量(kg),V表示气体燃料的体积(m3)。
    q=Q/m(固体);q=Q/v(气体) 
    Q———某种燃料完全燃烧后放出的热量———焦耳J
    m———表示某种燃料的质量———千克kg
    q———表示某种燃料的热值———焦耳每千克J/kg

    单位:
    热量的单位与功、能量的单位相同.在国际单位制中热量的单位为焦耳(简称焦,缩写为J).历史上曾定义热量单位为卡路里(简称卡,缩写为cal),只作为能量的辅助单位,1卡=4.184焦.
    注意:1千卡=1000卡=1000卡路里=4184焦耳=4.184千焦

  • 例题详解:
    例1 将100g水从20℃加热至90℃,要供给多少热量?一根铁钉的质量约10g,从1000℃的红热状态冷却至25℃,会放出多少热量?[c=4.2× 103J/(kg·℃);c=0.46×103J/(kg·℃)]

    解析:水吸收的热量Q=cm1(t1-t01)=4.2 ×103J/(kg·℃)×0.1kg×(90℃一20℃)=2.94× 104J,铁钉放出的热量Q=cm2(t02一t2)=0.46× 103J/(kg·℃)×0.01kg×(1000℃一25℃)=4.485 ×103J。

    答案:见解析

  • 水果热量:
    1、苹果100克/52大卡
    苹果是最多人会选的瘦身水果,因为它有丰富的果胶,可以帮助肠胃蠕动和排除体内毒素,最棒的是还可以降低热量吸收,再加上苹果的钾质很多,可以防止腿部水肿。当然啰,苹果的卡路里也不高,所以才有专吃苹果的苹果减肥餐产生。

    2、香蕉100克/125大卡
    很多水果减肥餐都少不了香蕉,因为香蕉含有丰富纤维质、维他命A、钾质和果胶等,所以可以有效地整肠,这样就能帮助排便。香蕉也有排除水分的效果,不但是最佳瘦身水果,也是吃了会让肌肤水当当的美颜圣品,不过香蕉的热量较高,吃多了,会有变胖的疑虑。

    3、葡萄柚100克/28大卡
    欧美人都爱吃葡萄柚等酸性水果来塑身,因为酸酸的水果可以促进肠道消化功能,葡萄柚含有丰富的维他命C,可以消除疲劳,还能让肌肤美美的呢!加上葡萄柚的热量和含糖量少,是最佳的明星减肥水果。

    4、凤梨100克/32大卡
    凤梨也是属于酸性水果,可以整肠和助消化,加上凤梨富含酵素能有益毒素分解,促进排水,所以也是想要瘦的人可以适量食用的水果,不过吃凤梨最好不要在餐前吃哦,因为它会伤胃,所以一定要先吃点东西垫垫胃才能食用,所以啰,虽然好吃,也不能吃过量。

    5、奇异果100克/50大卡
    奇异果甜美多汁,又含有丰富维生素C的特色,成为最受欢迎的美容和塑身水果。带点酸甜好滋味的奇异果,能防止便秘、帮助消化和美化肌肤,即使拿来当减肥餐,也会让人吃得津津有味,而它也一样是属于低热量高营养成分的优质水果。
考点名称:能量转移和能量转化
  • 能量的形式:
       在自然界和生活中,能量以多种形式存在,主要有机械能、内能、电磁能、化学能、核能等。
    1.机械能:分动能和势能两类,机械能是物体所具有的动能和势能的和。

    2.内能:物体内所有分子的动能和势能的和叫内能,与物体的温度、质量等因素有系。

    3.电磁能:指的是储存在特定物体或空间中的能量,比如说,两个带电体相互靠近时会相互影响,同级相斥异极相吸;通电导体在磁场中会受到力的作用;两块磁铁相互靠近,也会相互影响,这些都是电磁能

    4.化学能:是指南于化学反应,物质的分子结卡句发生变化而产生的能量。燃料燃烧产生的光和热,以及蓄电池、干电池产生的电都是来源于燃料和蓄电池里储存的化学能。食物也具有化学能。

    5.核能:是指由于核反应,物质的原子核结构发生变化而产生的能量。原子弹爆炸产生的能量,以及核电站发出的电都是来源于原子核的核能。

  • 能量转化和转移的方向性
         能量的转化和能量的转移,都是有方向性的,如温度不同的两个物体接触后,一部分内能从高温物体转移到低温物体上,并不能自发地由低温物体转移到高温物体上;燃料燃烧,化学能转化为内能,但此时得到的内能并不能自发地转化为具有化学能的燃料;电流通过灯泡发光,电能转化为内能和光能,但是这些内能和光能并不能自发地重新转化为电能;汽车制动时,由于摩擦,机械能转化为内能,但这些内能并不能自动地用来再次开动汽车。
  • 能量的转化和转移
    解释实例
    能量的转移能量由一种形式转变为另一种形式电灯发光:电能转化为光能和内能;摩擦生热:机械能转化为内能
    能量的转化能量不经过变化直接由一个物体转移到另一个物体碰撞时:动能从一个物体转移到另一物体;围着火炉烤火:内能从火炉转移到人体
  • 能量转化和转移的判断方法
       物体间发生能量转移时,能量的形式不变;而发生能量的转化时,能的形式要发生改变,在确定能量转化的方向时,可从消耗什么能,得到什么能进行比较来确定.

    例:下面关于能量转化或转移的说法中,错误的是(  )
    A.摩擦起电是将电能转化为机械能的过程
    B.冬天将手放在炉旁烤火感到暖和,是内能从一个物体转移到另一个物体的过程
    C.木柴燃烧是将化学能转化为内能的过程
    D.打桩机的重锤下落的过程,是将重力势能转化为动能的过程

    解析:摩擦起电是消耗了机械能,最终获得电能,冈而是机械能转化为电能;木柴燃烧是消耗了储存在木柴中的化学能获得内能的过程,因而是化学能转化为内能;烤火是将木炭等燃料燃烧后获得的内能转移给手,是内能的转移;打桩机的重锤下落时,高度减小,重力势能减小转化为重锤的动能。故A选项错误。

    答案:A
  • 补充常见的能量转化形式有:
    ①电灯发光时,电能转化为光能和内能;
    ②植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在体内;
    ③人对机械做功,将人体的化学能转化为机械能;
    ④摩擦生热,机械能转化为内能;
    ⑤水电站里水轮机带动发电机发电,机械能转化为电能;
    ⑥电动机带动水泵把水送到高处,电能转化为机械能;
    ⑦燃料燃烧时发热,化学能转化为内能。

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