1、第12讲 内能,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点一分子动理论 1.分子动理论:物质是由大量分子组成的;一切物质的分子都在 不停地做无规则运动;分子间既存在引力,也存在斥力,二者同时存在。 2.扩散现象: (1)定义:不同物质在相互接触时彼此进入对方的现象。 (2)影响因素:温度。温度越高,分子运动越剧烈,扩散现象越明显。 (3)说明:分子在不停地做无规则运动;分子间存在间隙。,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,规律总结(1)分子直径的数量级为10-10 m。 (2)气体、液体和固体之间都能发生扩散现象。一般地,气体间扩散最快,液体次之,固体最慢。 (3)通
2、过扩散现象来证明分子在做无规则运动,利用了转换法。 (4)分子间的引力和斥力同时存在,同时消失。当分子间距离较大时,分子间的引力和斥力都很小,可以忽略不计。“破镜不能重圆”就是因为分子间距大,分子间引力太小。 (5)分子热运动和机械运动是两种不同形式的运动,比较如下:,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点二内能 1.内能和机械能的比较,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,2.改变内能的两种方式,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,3.温度、热量、内能的比较,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图
3、解物理,考点三比热容 1.物理意义:表示物质的吸热本领。 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作这种物质的比热容。定义式:_。 3.单位:焦每千克摄氏度,符号是J/(kg)。 比热容与物质的种类和状态有关,与物质的质量大小、温度改变量的多少、吸收或放出热量的多少无关。 4.物体吸收热量,Q吸=cm(t-t0);物体放出热量,Q放=cm(t0-t)。,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,特别提示(1)水的比热容c=4.2103 J/(kg)表示质量为1 kg的水温度升高(或降低)1 ,吸收(或放出)的热量为4.2103 J。 (2)比
4、热容是物质的一种特性,与物质的种类和状态有关,而与质量、温度、吸收或放出的热量无关。 (3)水的比热容大,依据这一特性水有如下应用:冷却剂:如汽车的发动机用循环水来冷却;散热剂:如在寒冷的北方让水经过散热器放出较多的热量;调节气温:如三峡水电站建成后,水库周边地区“冬暖夏凉”。 但非所有的跟水有关的应用都利用了水比热容大的这一特性,例如夏天洒水降温就是利用了水蒸发吸热。,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点四热机 1.热机是把内 能转化为机械 能的机器。 2.热机工作过程: (1)多数内燃机是由吸气 冲程、压缩 冲程、做功 冲程和 排气 冲程等四个冲程不断循环来保证连续工作的
5、。 (2)压缩冲程中机械能 转化为内能 ;做功冲程中内能 转化为机械能 。 (3)四冲程内燃机一个工作循环包含四 个冲程,活塞往复运动两 次,曲轴和飞轮转动两 周,对外做功一 次。 (4)四冲程内燃机的一个工作循环中只有做功 冲程是靠燃气推动活塞做功,其他三个冲程是辅助冲程,要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性 来完成。,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,3.汽油机和柴油机的区别,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点五热机的效率 1.热值 (1)定义:某种燃料完全燃烧 放出的热量与其质量之比,叫作这种燃料的热值。 (3)单位:焦每千克 ,符号是J/kg 。 (4)固体
6、或液体燃料完全燃烧放出的热量Q放=qm ,其中m表示质量 ,单位是kg 。 气体燃料完全燃烧放出的热量Q放=qV ,其中V表示体积 ,单位是m3 。,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,2.热机的效率 (1)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,叫作热机的效率。 (3)内燃机工作时的能量流向图:,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点一,考点二,考点三,考点四,考点五,图解物理,考点一,考点二,
7、考点三,考点四,考点五,图解物理,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,考法1分子动理论 典题1荷叶上两滴水珠接触时,能自动结合成一滴较大的水珠,这一事实说明分子间存在着 。封闭在注射器筒内的空气很容易被压缩,该实验说明分子间有 。个大粒圆的爆米花芳香扑鼻,该现象说明分子不停地 。 答案:吸引力(引力) 空隙(间隙) 运动 解析:两滴水珠接触时,能自动结合成一滴较大的水珠,这一事实说明分子间存在着引力;封闭在注射器筒内的空气很容易被压缩,该实验说明分子间有间隙;爆米花芳香扑鼻,该现象说明分子不停地运动。,方法归纳运用分子动理论的三个基本观点解释常见的热现象经常出现,命题角度主要是扩散现象、温
8、度对扩散的影响等,有时与物态变化现象结合考查,题型以填空、选择为主。,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,对应练1(2017山东济南)下列现象与分子热运动有关的是( C ) A.春天,植物园百花争艳 B.夏天,小清河波光粼粼 C.秋天,大明湖荷花飘香 D.冬天,千佛山银装素裹 对应练2(2018山东滨州)关于分子,下列认识中正确的是( D ) A.红墨水在水中散开说明分子间有斥力 B.吸盘能牢牢吸在玻璃上,说明分子间存在引力 C.尘土飞扬,说明分子在不停地运动 D.糖在热水中溶解得快,说明温度越高,分子的热运动越剧烈,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,考法2内能 典题2下列关于功、内
9、能、热量的描述正确的是( ) A.机械能为零的物体,内能也一定为零 B.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C.做功和热传递都能改变物体的内能 D.物体的内能增大,温度一定升高 答案:C 解析:一切物体都有内能,因此机械能为零的物体,其内能一定不为零,故A错误;热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递,而不是从内能大的物体向内能小的物体传递,故B错误;改变物体内能的两种方式:做功和热传递,改变物体内能的两种方式是等效的,故C正确;物体吸热,内能一定增大,但温度不一定升高,例如,晶体在熔化过程中吸收热量,内能增加,但温度不变,故D错误。,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,方法归纳内能
10、、温度、热量的关系如图所示:在图中,箭头代表由一个量的变化引起另一个量的变化。其中“”表示这个推论正确,“”表示这个推论是错误的;箭头线旁边的文字表示推论不正确的其他原因。对于以上六个关系,我们只需要记住图中指向内能的两个是正确的,而另外两个是错误的,记住错误的原因是“熔化”或“做功”就行了。,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,改变物体内能的方式有两种:做功和热传递,热传递过程是能量的转移过程,而做功过程是能量的转化过程,如图所示。,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,对应练3(2016吉林)下列过程中通过做功的方法改变物体内能的是( ) A.发烧时用湿毛巾敷额头能降温 B.丁香树开
11、花时花香四溢 C.水烧开会把壶盖顶起 D.小球由高处下落的过程中速度变快,C,解析:发烧时用湿毛巾敷额头能降温,这是通过热传递的方法改变物体的内能,故A错误;丁香树开花时花香四溢,属于扩散现象,是分子无规则运动的结果,故B错误;水烧开会把壶盖顶起,水蒸气对壶盖做功,使水蒸气的内能减少,是通过做功的方法改变物体的内能,故C正确;小球从高处下落的过程中速度变快,是物体的重力势能转化为动能的结果,故D错误。,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,对应练4(2016江苏无锡)关于温度、热量和内能,下列说法正确的是( ) A.物体的温度升高,内能增大 B.物体的温度越高,所含的热量越多 C.物体内能增
12、大,一定从外界吸收热量 D.物体的温度不变,其内能就一定不变,A,解析:物体温度升高,分子运动加剧,所以内能增加,故A正确;热量是一个过程量,不能用含有、具有等来修饰,故B错误;物体内能增大可能是吸收了热量,也可能是外界对它做了功,故C错误;物体的温度不变,其内能可能不变,也可能增加,如晶体熔化时,吸热但温度不变,内能增加,故D错误。,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,考法3比热容及其相关计算 典题3过去常用水作冷却剂给汽车的发动机降温,这是利用了水的比热容较 的性质,某汽车水箱中装了8 kg的水,发动机运行一段时间后,水温升高了20 ,在这个过程中,水吸收的热量是 J。水的比热容为4.
13、2103 J/(kg) 答案:大 6.72105 解析:因为水的比热容大,相同质量的水和其他物质比较,升高相同的温度,水吸收的热量多,所以人们常用水作冷却剂给汽车的发动机降温;水吸收的热量Q吸=cmt=4.2103 J/(kg)8 kg20 =6.72105 J。 方法归纳比热容的主要考点有对水的比热容大的应用、公式Q吸=cmt的了解与掌握,计算时注意升高了(t)、升高到(末温)和升高(t)的区别。,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,对应练5(2017广东广州)甲、乙两物体质量都为1 kg,丙物体质量为2 kg,三个物体温度都升高1 ,吸收热量如图所示,以下说法正确的是( B )A.乙的
14、比热容与丙的相等 B.甲的比热容比乙的大 C.甲的温度升高1 ,需吸收2 000 J的热量 D.甲、乙的温度都降低1 ,乙比甲放出的热量多,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,对应练6(2016重庆)将一瓶容量为550 mL的矿泉水放入冰箱一段时间后,水温从30 降低到10 ,这是用热传递方式改变了矿泉水的内能;在这个过程中水放出的热量为4.62104 J。c水=4.2103 J/(kg),解析:水放出热量,内能减少,是通过热传递的方法减小水的内能;水放出的热量Q放=cmt=4.2103 J/(kg)0.55 kg(30 -10 )=4.62104 J。,考法1,考法2,考法3,考法4,考
15、法5,考法4热机 典题4关于内燃机,下列说法正确的是( ) A.内燃机的实际工作效率可达100% B.汽油机和柴油机使用同种燃料 C.汽油机和柴油机均属于内燃机 D.在做功冲程中,机械能转化为内能 答案:C 解析:据课本知识可知,由于内燃机工作时,一定有能量的损失,所以效率一定小于100%,故A错误;汽油机的燃料是汽油,柴油机的燃料是柴油,故B错误;利用内能做功的机器称为内燃机,汽油机和柴油机均属于内燃机,故C正确;内燃机工作时,在做功冲程中,内能转化为机械能,D错误。故选C。,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,对应练7汽油机的一个工作循环分为四个冲程,每个冲程都伴随着能量的转移或转化,
16、其中主要将机械能转化为内能的冲程是( B ) A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,考法5热量、效率的相关计算 典题5新农村建设中正大力推广使用瓶装液化气。如果每瓶中装入12 kg液化气,液化气的热值取4.2107 J/kg,则每瓶液化气完全燃烧放出的热量是 J,若放出的热量有40%被利用,在标准大气压下可把 kg的水从20 加热至沸腾。c水=4.2103 J/(kg) 答案:5.04108 600,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,解析:(1)整瓶液化气完全燃烧释放热量Q放=qm=4.2107 J/kg12 kg=5.04108
17、 J;,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,方法归纳 热学综合计算题的命题角度,往往是内能的转移效率问题,主要有烧水的效率问题和热机的做功效率问题,两个问题中,总的能量W总=Q放,具体的根据Q放=qm或Q放=qV计算。但有用功不同,在烧水问题中,有用功就是水吸收的热量,Q吸=cm(t-t0),效率,考法1,考法2,考法3,考法4,考法5,对应练8完全燃烧100 g酒精所放出的热量为3106 J,若其放出的热量有70%被水吸收,能使10 kg的水从20 升高到70 。(酒精的热值为3.0107 J/kg),命题点,命题点比较不同物质的吸热的情况 1.实验器材:铁架台、平底试管2支(型号相同、
18、质量相等)、筷子一根(用以挂温度计)、温度计2支、细绳、石棉网、冷水、食用油(或煤油)、酒精灯、火柴等。 2.实验过程:(1)将装有质量相等的水和食用油的烧杯插入事先准备好的同一水槽的冷水中12分钟,保证两烧杯中液体的初温相同; (2)将初温相同的两烧杯从冷水中拿出来放入相同功率的热得快,同时接通电源,并放入温度计(同时按下停表开始计时),观察通过热传递获得热量的两烧杯中温度计的变化。,命题点,3.实验结论:升高相同温度时,所用时间较长的物质吸收的热量较多,吸收热量的能力较强(比热容较大)。 探究物体吸热本领实验最常见的是考查学生对现象的分析得出实验结论,但还要注意实验器材选择的原因,如为什么
19、用食用油或煤油,而不用水(比热容大,加热时间长)等问题,加热时选用相同的加热器等。,命题点,典题在比较不同物质吸热升温情况的实验中:,(1)小丽和小明用一套器材做加热水和煤油的实验,如图甲所示。在组装器材时应先调节 (选填“A”或“B”)的高度,调节它的高度是为了 。 (2)组装好器材,他们先后在同一个烧杯中称出质量相等的水和煤油,分别加热相同的时间,比较水和煤油 ,得出结论。要完成该实验,除图甲所示器材外,还需要的一个测量工具是 。,命题点,(3)在对实验进行反思时,他们认为原方案有需要两次加热耗时长等缺点,因此改进方案并设计了图乙所示的装置。与原方案相比,该方案除克服了上述缺点外还具有的优
20、点是 。(答出一个即可) 答案:(1)A 确保使用外焰加热 (2)升高的温度 停表(或其他计时工具) (3)该方案避免两次加热,用同一热源加热确保在相等时间内吸收的热量相等,命题点,解析:(1)组装实验仪器时,应根据酒精灯及其火焰的高度先固定图中的A部分,使酒精灯的外焰正好能给烧杯加热,然后再固定图中的B部分,这样可以避免重复调整。(2)在同一个烧杯中称出质量相等的水和煤油,分别加热相同的时间,比较水和煤油升高的温度,得出结论。实验要保证两次加热时间相等,需要用停表或其他计时工具测时间。(3)由题图乙所示实验可知,实验用同一个烧杯用“水浴法”对水与煤油同时加热,该方案避免两次加热,用同一热源加
21、热确保在相等时间内吸收的热量相等;“比较不同物质的吸热能力”的实验是热学最主要的实验。此实验不仅考查学生对基本过程的掌握情况,更进一步考查学生运用基本知识和方法分析问题、提出问题的能力。要知道“水浴法”加热的优点。,命题点,方法归纳(1)控制加热器相同,在相同时间内放出相同的热量,质量相同的水和食用油在相同时间内吸收的热量也相等。 (2)控制加热时间相同,则相同时间内两烧杯中液体吸收的热量相等,比较液体升高的温度来判断物质的吸热能力大小。或控制两烧杯中的液体升高相同的温度,观察两液体加热时间的长短来判断吸热能力强弱,加热时间长,升高相同的温度则吸热能力强。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,
22、10,11,12,1.(2017甘肃天水)如图所示,对于图片中所描述的物理过程,下列分析正确的是( C )A.图甲,厚玻璃内的空气被压缩时,空气的内能减少 B.图乙,瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气的内能增大 C.图丙,试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气的内能减少 D.图丁,汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.(2018甘肃兰州)下列关于四冲程内燃机的说法中正确的是( C ) A.热机效率越高,所做的有用功就越多 B.汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气 C.一个工作循环对外做功一次 D.压缩冲程中将内能转化为机械能,1,2
23、,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,3. 下列现象中用热传递方式改变物体内能的是( A ),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,4.(2017甘肃兰州)关于内能、温度和热量,下列说法正确的是( C ) A.物体的内能跟物体的运动速度、物体的温度和物质状态都有关系 B.不同燃料燃烧时,放出热量越多的热值越大 C.质量和初温相同的水和煤油,放出相同热量时煤油温度降低得多 D.内能总是从内能多的物体向内能少的物体转移,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,5.(2017甘肃省卷)2016年8月,我国发射了全球首颗量子卫星,为纪念墨子,这个全球首颗量子卫星
24、被命名为“墨子号”。发射卫星的火箭常使用液态氢作为燃料,主要是因为液态氢具有( D ) A.较小的密度 B.较大的比热容 C.较低的沸点 D.较高的热值,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,6.(2018甘肃省卷)常用液体温度计是根据液体热胀冷缩 的原理制成的。小华在测量室外温度时发现温度在升高,对于温度计内的水银而言,它的内能 (选填“密度”“质量”或“内能”)在增大。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,7.(2018甘肃省卷)如图所示是四冲程汽油机工作过程的一个冲程,该冲程是将机械 能转化为内 能。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12
25、,8.(2018甘肃兰州)汽车发动机常用水作为冷却剂,这是因为水的 比热容 较大;发动机把热量传递给水使水的内能增加是通过 热传递 的方式实现的。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,9.(2018甘肃兰州)如图所示为某物质的熔化过程图象(假设加热装置的功率不变,加热过程中物质的质量不变)。 (1)(多选)从图中能得到的正确信息是AC 。 A.该物质为晶体,熔点为0 B.该物质的熔化过程持续了4 min C.该物质在AB段的状态为固态 D.该物质在B、C两点时的温度和内能都相等 (2)该物质在AB段和CD段的比热容之比为12 。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
26、,12,10.(2016甘肃兰州)为了比较A、B两种液体比热容的大小,某实验小组做了如图所示的实验,在两个相同的试管中,分别装入A、B两种液体,将试管放入完全相同的盛水烧杯中,用相同的酒精灯加热。(1)实验采用水浴加热,目的是使溶液A、B均匀 受热; (2)在试管中装入液体A、B时,要控制它们的初温和质量 相同; (3)加热相同的时间,是为了保证液体A、B吸收的热量相同 (选填“相同”或“不相同”); (4)加热相同时间后,液体A、B的温度如图所示,这表明液体 B (选填“A”或“B”)的比热容较大。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析: (1)实验采用水浴加热,目的是
27、使溶液A、B均匀受热;(2)根据控制变量法,要研究两种液体的吸热本领,应控制两个试管中所装的A、B两种液体的初温相同、质量相等;(3)将试管放入完全相同的盛水烧杯中,用相同的酒精灯加热,所以加热时间的长短反映液体吸收热量的多少,所以加热相同的时间,是为了保证液体A、B吸收的热量相同;(4)根据图示可知,加热相同时间后,液体A升高的温,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11.(2016甘肃省卷)如图所示,一辆汽车在行驶途中遇突发情况,紧急刹车时,司机身体前倾,车身向前滑行一段距离,在路面上留下轮胎滑过的痕迹,轮胎温度急剧升高。请根据以上情境简要回答下列问题:(1)刹车时司机身
28、体前倾的原因。 (2)从能量转化的角度解释轮胎温度升高的原因。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案:(1)车行驶时司机随车一起向前运动,急刹车时司机下半身随车停下,司机的上半身由于惯性仍保持向前运动的状态,所以司机会向前倾倒。(2)紧急刹车时,车轮在地面上摩擦,克服摩擦做功,并将机械能转化为内能,因此轮胎表面温度急剧升高产生冒烟现象是通过做功的方法使内能增加的。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12.(2016甘肃兰州)某燃气热水器工作时,燃烧产生热量的功率为20 kW,水温升高25 时,每分钟出水量为10 L。此时c水=4.2103 J/(kg),水=1.0103 kg/m3。求: (1)1 min内水吸收的热量; (2)热水器的效率。 答案:(1)1.05106 J (2)87.5% 解析:(1)1 min出水体积V=10 L=0.01 m3m=V=1103 kg/m30.01 m3=10 kg 1 min水吸收的热量 Q吸=cmt=4.2103 J/(kg)10 kg25 =1.05106 J; (2)1 min燃气燃烧产生热量Q放=Pt=20103 W60 s=1.2106 J,
