1、第十一章第十一章 内能与热机内能与热机 第一编第一编 2021 内 容 索 引 02 03 考点必备梳理考点必备梳理 考法必研突破考法必研突破 01 安徽真题体验安徽真题体验 安徽真题体验安徽真题体验 命题点1 分子动理论 1.(2016 安徽,3,4分)液体和空气接触的表面存在一个薄层表面层,如图 所示。由于液体分子做无规则运动,表面层中就存在一些具有较大能量的 分子,它们可以克服分子间相互作用的 力,脱离液体跑到空气中去。 其宏观表现就是液体的 (填物态变化名称)。 答案 引 汽化(蒸发) 解析 本题考查了分子动理论与物态变化。分子间存在相互作用的引力和 斥力,分子运动要离开物体时要克服分
2、子间的引力。宏观上看物体离开液 体的现象是汽化(或蒸发)现象。此时物质由液态变成了气态,分子间的间 隔也变大了。 2.(2019 安徽13,3分)封闭在容器内的气体,是由大量的气体分子组成的,这 些分子都在不停地做无规则运动。下列有关说法正确的是( ) A.温度一定时,气体分子的运动速度大小都相同 B.温度一定时,向各个方向运动的气体分子都有 C.温度升高时,每个气体分子的运动速度都增大 D.温度降低时,所有气体分子的运动方向都相同 答案 B 解析 温度一定时,气体分子的运动速度大小没有规律,故A错误;温度一定 时,分子运动没有规律,分子运动朝各个方向,故B正确;温度升高时,大部分 气体分子速
3、度增大,不是每个气体分子速度增大,故C错误;温度降低时,气 体分子运动还是朝各个方向,故D错误。 命题点2 改变内能的方式 3.(2018 安徽,2,2分)如图所示,在一个配有活塞的厚壁玻璃 筒中放一小团硝化棉,迅速向下压活塞,硝化棉就燃烧起来。 这是因为活塞压缩空气做功, ,达到了硝 化棉的燃点。 答案 空气的内能增加,温度升高 解析 迅速向下压活塞,活塞会压缩空气做功,使空气的内能增加,温度升高, 当温度达到硝化棉的燃点时,硝化棉就会燃烧,通过此实验可说明做功可以 改变物体的内能。 命题点3 热量的相关计算 4.(2020 安徽,9,2分)某同学家使用燃气热水器,平均每天需将100 kg的
4、水从 18 加热到58 。若天然气完全燃烧放出热量的70%被水吸收,则热水器 平均每天消耗天然气 m3。c水=4.2103 J/(kg ), q天然气=4.0107 J/ m3 答案 0.6 解析 水吸收的热量 Q吸=cmt=4.2103 J/(kg )100 kg(58 -18 )=1.68107 J; 需要天然气放出的热量 Q放= 吸 = 1.68107 J 70% =2.4 107 J; 由 Q放=qV 可得,天然气的体积: V= 放 = 2.4107 J 4.0107 J/m3=0.6 m 3。 5.(2019 安徽,6,2分)假如完全燃烧0.2 m3天然气放出的热量全部被100 kg
5、初 温为25 的水吸收,可以使水的温度升高到 已知c水=4.2103 J/(kg ),q天然气=4.2107 J/m3。 答案 45 解析 完全燃烧0.2 m3天然气放出的热量 Q放=V天然气q天然气=0.2 m34.2107 J/m3=8.4106 J; 根据Q吸=cmt=Q放可知,水温度升高值 水的末温为t=t0+t=25 +20 =45 。 t= 吸 水 = 8.4106 J 4.2103 J/(kg )100kg =20 ; 命题点4 温度、热量、内能之间的关系 6.(2020 安徽,11,3分)关于温度、热量和内能,下列说法正确的是( ) A.0 的物体也具有内能 B.只要物体放出热
6、量,温度就一定降低 C.物体温度越高,含有的热量越多 D.热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体 答案 A 解析 一切物体都具有内能,0 的物体也具有内能,故A正确;晶体凝固过 程对外放出热量,温度不变,故B错误;热量是过程量,不能说物体“含有热量”, 故C错误;热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体,故D错误。 7.(2016 安徽,11,3分)下列说法正确的是( ) A.物体的内能增加,则一定是外界对物体做了功 B.物体的温度升高,则一定是从外界吸收了热量 C.物体的温度越高,含有的热量越多 D.内能是物体内所有分子动能和势能的总和 答案 D 解析 本题考查的是对内能的理解,做功与热传
7、递改变内能是等效的。物 体内能增加可以通过外界做功或热传递来改变,A不正确。物体的温度升 高,内能一定增大,内能增加可以通过外界做功或热传递来改变,B不正确。 物体的温度越高,物体的内能越大,内能是一个状态量,热量是一个过程 量,C不正确。内能是物体内所有分子动能和势能的总和,D正确。 考点必备梳理考点必备梳理 K 考点清单考点清单 考点1 分子动理论 (10年8考) 比较项 要 点 物质的 构成 常见的物质是由极其微小的粒子分子和原子构成的,原子是由原子 核与绕核运动的电子组成的。分子很小,人们通常以nm为单位来度量分 子 分子热 运动 定义 因分子的运动跟温度有关,所以这种无规则运动叫分子
8、的热运 动 特点 一切物质的分子都在不停地做无规则运动。温度越高 ,分子 热运动越剧烈 扩散 现象 定义 不同物质在相互接触时彼此进入 对方的现象 说明 分子在不停地做无规则运动 、分子间存在间隙 影响因素 扩散现象跟温度有关,温度越高,扩散进行得越快 示例 “酒香不怕巷子深”“蝴蝶嗅到花香”“墙角放煤,日久变黑”“桂花 飘香” 比较项 要 点 分子间 的作 用力 分子间存在引力,如被紧压在一起的铅柱很难被分开;分子间还存 在斥力,如“破镜”无法“重圆” 分子 间的 特点 当固体被压缩时,作用力表现为斥力 当固体被拉伸时,作用力表现为引力 如果分子间相距很远,作用力就变得十分微弱,可以忽略 分
9、子动 理论 常见的物质是由大量分子(原子) 组成的 一切物质的分子 都在不停 地做无规则运动 分子间存在相互作用的引 力和斥 力 特别提示 分子是不能用肉眼直接观察到的,凡是能用肉眼直接观察到的 小物体(如灰尘、花粉等)都不是分子。 考点2 内能 (10年5考) 1.内能及其影响因素 比较项 要 点 内能 分子 势能 构成物质的分子在不停地做热运动,温度越高,分子热运动的速 度越大,它们的动能也就越大 内能 分子 动能 由于分子之间存在类似弹簧形变时的相互作用力,所以分子也具 有势能,这种势能叫做分子势能 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, 叫做物体的内能 说明 物
10、体的内能与温度、质量、材料、状态有关,内能是不同于机械 能的另一种形式的能。一切物体,不论温度高低,都具有内能,如: 炙热的铁水具有内能;冰冷的冰块,温度虽然低,其中的水分子仍 然在做热运动,所以也具有内能,物体温度降低时内能减小,温度 升高时内能增大 影响因素 物体的内能与温度和质量有关;一切物体在任何情况下都有内能 2.改变内能的方式 方式 实质 条件 方向 实例 说明 热 传 递 能量的 转移 存在温度差 (吸热或放 热) 由高温物体转移到低 温物体或从物体的高 温部分转移到低 温 部分 a.用热水袋取暖;b. 晒太阳;c.烧水水变 热;d.烤火御寒;e.哈 气取暖等 做功和热传 递在改
11、变物 体的内能上 是等效的,一 个物体温度 升高,有可能 是对物体做 了功,也有可 能是发生了 热传递 做功 能量的 转化 物体对外做 功或外界 对物体做功 (摩擦、压 缩等) 对物体做功,物体的内 能可能增大;物体对 外做功,物体的内能可 能减小 a.钻木取火;b.用锯 条锯木板,锯条、 木板均发热;c.两手 互相搓,觉得暖和; d.陨石坠入地球大 气层成为流星 考点3 比热容 (10年7考) 物理意义 比热容是描述物质吸热本领的物理量 定 义 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 公 式 单 位 焦耳每千克摄氏度,符号是J
12、/(kg ) 水的比热 容及意义 水的比热容是4.2103 J/(kg ),它表示的物理意义是质量为1 kg的水 温度升高(或降低)1 时,吸收(或放出)的热量是4.2103 J c= 物理意义 比热容是描述物质吸热本领的物理量 水的比热 容的应用 制冷剂、散热剂、调节气候 补 充 吸热公式:Q吸=cm(t-t0) 放热公式:Q放=cm(t0-t)。其中c表示比热容,m表示物体的质量,t0表示 初温,t表示变化后的温度即末温 比热容与物质的种类和状态有关,与物质的质量大小、温度的高低、 吸收或放出热量的多少无关 特别提示 在常见的物质中,水的比热容最大。但并非所有跟水有关的应 用都用到了水的比
13、热容大这一特性。 考点4 热值和热机 (10年10考) 1.热值 定义 燃料完全燃烧放出的热量Q与燃料质量m的比值 ,叫做这种燃料的热值 单位 焦每千克 ,符号是J/kg 公式 理解 酒精的热值是3.0107 J/kg,表示 1 kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0107 J 热值是燃料本身的一种特性,它与燃料的种类 有关,与燃料的质量、 体积、是否完全燃烧等没有关系 q= 特别提示 对于气体燃料来说,热值 ,热值单位为J/m3。 q= 2.热机 定义 把内 能转化为机械 能的机器 原理 种类 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等 3.汽油机的工作过程 吸气 冲程 压缩 冲程 做功 冲程 排气
14、 冲程 进气门打开, 排气门关闭, 活塞向下运动 两气门关闭,活塞 向上运动 两气门关闭,活塞向下运 动,火花塞产生电火花 进气门关闭,排气门 打开,活塞向上运动 / 机械 能转化为 内 能 内 能转化为机械 能 / 4.热机效率 定义 热机用来做有用功 的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之 比 公式 能量 流向 燃料完全燃烧 = 有用 总 放出的能量 E 废气带走 的能量1 机械损失 的能量2 散热损失 的能量3 做有用功的能量4 提高热 机效率 途径 让燃料尽可能充分燃烧,如将煤粒磨成煤粉、加大送风量等; 利用废气的能量; 机件间保持良好的润滑、减小摩擦 5.能量的转化与守恒 内容 能量
15、既不会凭空消失,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 说明 能量的转化和转移都是具有方向性的; 能的转化是通过物体做功来实现的,能的转化过程中,能量的形式 发生了改变; 能的转移过程中能量的形式没有发生变化 特别提示 能量守恒定律不同于机械能守恒定律。所有的能量转化和转移 过程,都遵循能量守恒定律,而机械能守恒是有一定条件的。 T 图解物理图解物理 命题点 图片 练一练 分子热 运动 (人教九P3图13.1-2) (沪科八P220图11-15) 1.(2019 北京)如图所示,两个相同瓶子的瓶 口相对
16、,之间用一块玻璃板隔开,上面的瓶中 装有空气,下面的瓶中装有密度比空气大的 红棕色二氧化氮气体。抽掉玻璃板后,可以 看到,两个瓶中的气体会混合在一起,最后颜 色变得均匀,这属于 现象 扩散 命题点 图片 练一练 分子间 的引力 (人教九P4 图13.1-4) 2.(2020 安徽无为县模拟)分子间存在相互作用的引力 和斥力,在一定的范围内引力和斥力都随分子间距离 的增大而减小,如图所示,把两个底面平整的铅柱用力 压在一起后吊起来,下面挂一个钩码都不能把它们拉 开,此时两个铅柱接触面处分子间的斥力 (选填 “大于”“等于”或“小于”)引力 小于 命题点 图片 练一练 改变物 体内能 的方式 (人
17、教九P17图14.1-1) 3.(2020 湖北宣城期末)在如图所示的实验中, 用酒精灯给试管加热,试管内水的温度逐渐升 高直至沸腾。水沸腾后,橡胶塞从试管口飞出, 试管口附近有“白气”产生。酒精燃烧的过程, 是化学能转化为内能的过程;活塞飞出的过程, 是通过 方式使内能转化为机械能的 过程 做功 命题点 图片 练一练 能量的 转化 (人教九P28图14.3-2) 4.(2017 安徽阜阳颍泉区模拟)如图是皮球落地后弹 跳过程中每隔相等时间曝光一次所拍摄的照片。由 图可知,弹跳过程中,皮球的机械能 (选填“ 增大”“减小”或“不变”) 热机的 工作原 理 (人教九P19图14.1-4) 5.(
18、2019 齐齐哈尔)如图所示是四冲程汽油机内部剖 面图,汽油机工作过程中, 冲程可以使汽车 获得动力。汽油机工作时会产生大量热,需要用水 进行降温,是利用水的 大的特性 减小 做功 比热容 J 基础自测基础自测 1.(RJ九年级P2内文,改编)盛夏时节,百花绽放。四溢的花香引来长喙天蛾。 这是因为 。 2.(RJ九年级P8内文,改编)冬天用热水袋取暖时,热水袋中水的温度降低,水 的内能 (选填“减少”“不变”或“增加”),这是通过 的方法 改变了它的内能。 3.(RJ九年级P26动手动脑学物理第1题)汽油的热值为4.6107 J/kg。这个 数值究竟有多大?有人通过一个具体例子来认识汽油热值的
19、大小:一个60 kg的人,从大厦的1楼步行至第11楼(走了10层楼),每层楼的层高为3 m,他克 服重力做了 J的功;如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这 些功相等,需要汽油的质量是 kg。 分子在永不停息地做无规则运动 减少 热传递 18 000 0.3910-3 4.(RJ九年级P15动手动脑学物理第2题,改编)质量和初温相同的铝和铜(c铝 c铜),吸收相同的热量,相互接触则( ) A.热量由铝传递给铜 B.热量由铜传递给铝 C.二者不发生热传递 D.无法判定 B 考法必研突破考法必研突破 K 考法突破考法突破 考法1分子动理论 例例1(2020 湖北天门)关于分子动理论,下列说法不正确的
20、是( ) A.分子间同时存在着相互作用的引力和斥力 B.温度越低,分子的热运动越缓慢,当温度低到一定程度,分子的热运动会 停止 C.通常液体分子之间的距离比气体的小,比固体的大 D.常见的物质是由大量的分子、原子构成的 答案 B 解析 分子间同时存在着相互作用的引力和斥力,故A正确;构成物质的粒 子时刻处于不断的运动状态之中,故B错误;通常固体分子间距离最小,液体 分子间距离较大,气体分子间距离最大,故C正确;常见的物质是由大量的分 子、原子构成的,故D正确。 方法归纳 分子运动的表现 分子是肉眼看不到的但可以通过宏观表现来说明分子的情况。分子永不 停息地做无规则运动表现为扩散现象,分子间的引
21、力与斥力表现为宏观的 各种力现象,如物体难以被压缩或粘合后无法拉开的现象;分子间有空隙主 要表现在两种或多种分子混合后其体积变小的现象,如酒精和水混合后总 体积变小。 对应练对应练1(2020 湖北宜昌)下列现象能说明分子做无规则运动的是( ) A.清晨湖面上雾气腾腾 B.百花绽放时花香四溢 C.汽车驶过后尘土飞扬 D.寒冬腊月里大雪纷飞 答案 B 解析 雾气腾腾,不是分子的无规则运动,雾不是分子,属于宏观物体的运动, 是机械运动,故A错误;花香四溢是香味分子在空气中发生了扩散现象,扩散 现象说明分子在不停地做无规则运动,故B正确;尘土飞扬,不是分子的无规 则运动,尘土不是分子,属于宏观物体的
22、运动,是机械运动,故C错误;大雪不 是分子,属于宏观物体的运动,是机械运动,故D错误。 考法2内能 例例2(2020 四川巴中)关于温度、热量、内能,下列说法正确的是( ) A.物体的温度升高,内能一定增加 B.物体吸收热量,温度一定升高 C.0 的冰内能为零 D.发生热传递时,热量总是从内能大的物体传递到内能小的物体 答案 A 解析 温度升高时,内能一定增加,故A正确;物体吸收热量,温度不一定升高, 如晶体熔化时,吸收热量,温度不变,故B错误;一切物体均具有内能,故C错误; 发生热传递时,热量总是从温度高的物体传递到温度低的物体,故D错误。 方法归纳 内能及内能的改变 (1)内能的特点:一切
23、物体在任何情况下都具有内能。 (2)改变内能有两种方式:做功和热传递,它们在改变内能的效果上是一样 的。物体内能减小,可能是由于做功,也可能是由于热传递。 (3)内能与温度的关系:同一物体,温度改变,内能改变;但内能改变,温度不一 定改变。例如,冰熔化吸热,内能增加,温度却保持0 不变。 考法3热量的计算 例例3(2020 江苏盐城,改编)小华在燃烧皿中放入5 g酒精,对300 g水加热,待 酒精燃尽后水温升高了50 。已知水的比热容为4.2103 J/(kg ),酒精 的热值为3.0107 J/kg,此过程中,酒精燃烧放出的热量为 J, 水吸收的热量为 。 答案 1.5105 6.3104
24、解析 酒精燃烧放出的热量Q放=mq=510-3kg3.0107 J/kg=1.5105 J; 水吸收的热量Q吸=cm水t=4.2103 J/(kg )0.3 kg50 =6.3104 J。 方法归纳 (1)利用比热容计算热量:Q=cmt。吸热公式为Q吸=cm(t-t0)。 放热公式为Q放=cm(t0-t)。温度“升高了”“降低了”是指温度的变化量,即 t;温度“升高到”“降低到”是指物体的末温t。 (2)利用热值计算燃料燃烧放出的热量:Q=mq(固体)或Q=Vq(气体)。 (3)利用热效率: ,Q吸表示水吸收的热量,Q放表示燃料完全燃烧所放 出的热量。 = 吸 放 对应练对应练2(2020 安
25、徽一模)如果完全燃烧0.07 kg的焦炭所放出的热量的60%, 能让质量为5 kg、初温为20 的水吸收,则水的温度能达到 已知c水=4.2103 J/(kg ),q焦炭=3.0107 J/kg。 答案 80 解析 0.07 kg焦炭完全燃烧释放的热量Q放=q焦炭m=3107 J/kg0.07 kg =2.1106 J; 水吸收的热量Q吸=Q放=2.1106 J60%=1.26106 J; 由Q吸=cmt得,水升高的温度 水的末温t=t+t0=20 +60 =80 。 t= 吸 水 = 1.26106 J 4.2103 J/(kg )5kg =60 。 实验 装置 S 实验突破实验突破 实验点
26、 比较不同物质的吸热能力 考查方向 比较物质吸热能力的实验综合性强,试题往往要求选择和组装 实验器材,运用控制变量法设计实验,运用公式 进行分析与计算。 c= 实验 设计 比较水和沙子吸热能力的方法:吸收相同的热量,比较升温多少; 升高相同温度,比较吸热多少 探究 方法 控制变量法和转化法 得出 结论 质量相等的水和沙子,升高相同的温度,水吸收的热量多,说明水的 吸热能力强;物体吸收热量的多少与物质种类、质量多少、升高 的温度有关 注意事项 (1)要尽量使用两个相同的酒精灯加热。 (2)要使用两个相同的烧杯。 (3)要控制初始条件相同。 (4)吸热本领的大小可以通过两种方法比较:a.加热相同的
27、时间,比较升高的 温度;b.升高相同的温度,比较加热时间的长短。 (5)此实验采用了转换法和物理学中最常用的控制变量法。 例题例题(2020 安徽模拟)如图所示是“探究不同物质吸热能力”的实验,将质量 相等的煤油和水分别装在两个相同的烧杯中,并测出煤油和水的初温,然后 用两个相同的酒精灯加热,每隔2 min记录一次温度。实验记录如表所示: 加热时间 /min 0 2 4 6 8 温度 / 煤油 20 25 29 34 38 水 20 22 24 26 28 (1)除了图中所示实验器材外,还需要的实验器材有 和 。 (2)实验中选用相同的酒精灯加热两分钟,此时 (选填 “水吸收热量多”“煤油吸收
28、热量多”或“水和煤油吸收热量一样多”)。 (3)由记录表可知,对于质量相等的煤油和水,吸收相等热量,升温较快的是 (选填“煤油”或“水”);若使两者升高相同的温度,则 (选 填“煤油”或“水”)吸收的热量较多。由此得出物质的吸热能力与物质的种 类有关。 (4)另一组的小弦同学单独对水进行加热,每隔半分钟得到一个数据并进行 记录,表格如下 通过分析表格中的数据,发现水升高的温度变化是 (选填 “均匀变化”“先快后慢”或“先慢后快”),造成这种现象的原因可能 是 。 加热时间t/min 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 水的温度t/ 22 24 27 31 36 41 46 答案 (1)天平
29、 停表 (2)水和煤油吸收热量一样多 (3)煤油 水 (4)先慢后 快 装置初温较低,也需要吸收一部分热量 解析 (1)该实验通过天平来测量水和煤油的质量,通过停表测量实验时间,所以 除了图中所示实验器材外,还需要的实验器材有天平和停表;(2)用相同的酒精灯 对水与煤油加热,在相等时间内,可以用加热时间反映液体吸收热量的多少,则相 同时间内水与煤油吸收的热量相等;(3)由表中实验数据可知,质量相等的煤油和 水吸收相等热量,升温较快的是煤油,若使两者升高相同的温度,水需要加热更长 的时间,水吸收的热量较多,由此得出物质吸热能力与物质种类有关;(4)通过分析 表格中的数据,发现水升高的温度变化是先慢后快,造成这种现象的原因可能是 装置初温较低,也需要吸收一部分热量。
