資源簡介

第12講 內能 內能的利用
【回歸教材】
知識清單
考點1 分子熱運動
1.擴散現象
(1)定義: 物質在 時,彼此 的現象叫作擴散現象。擴散現象說明分子在 運動,分子間存在 。
(2)影響因素:擴散現象的劇烈程度與 有關,溫度越高,擴散現象越 。
2.分子熱運動:一切物質的分子都在不停地做 的運動。溫度越高,分子運動就越劇烈。由于分子運動跟溫度有關,因此分子的這種無規則運動也叫作分子的熱運動。
3.分子間的作用力:分子間不僅存在 力,還存在 力。
4.分子動理論:物質是由 組成的;一切物質的分子都在 地做 運動;分子間存在相互作用的 和 。
考點公關
例題1 世界上的一切物體,無論是一粒沙、一滴水、還是一朵花……都是由大量分子組成的,下列現象能說明分子在不停地做無規則運動的是 ( )
A.沙塵暴起,飛沙滿天
B.寒冬,雪花漫天飛舞
C.陽春三月,花香襲人
D.豐收季節,麥浪起伏
【答案】1.(1)不同　相互接觸　進入對方　不停地做無規則　間隙
(2)溫度　劇烈
2.無規則
3.吸引　排斥
4.分子　永不停息　無規則　引力　斥力
例題1　C
考點2 內能
1.內能:構成物體的所有分子,其熱運動的 與 的總和,叫作物體的內能。單位:焦耳(J)。
(1)理解:一切物體都具有內能,內能不可能為0。
(2)影響因素:質量、溫度、物質種類、體積。
2.物體內能的改變方式
改變方式 熱傳遞 做功
聯系 熱傳遞和做功對物體內能的改變是等效的
實質 能量的轉移 能量的轉化
理解 發生條件:存在① 。熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體 外界對物體做功,物體的內能② ;物體對外界做功,物體的內能③
舉例 哈氣取暖、烤火、火爐燒水等 搓手取暖、鉆木取火、拉鋸時鋸條發熱等
3.熱量:在熱傳遞過程中, 的多少叫作熱量。單位:焦耳(J)。
考點公關
例題2 下列實例中,屬于做功改變物體內能的是 ( )
A.將熱牛奶倒入玻璃杯中,玻璃杯溫度升高
B.經陽光暴曬后的柏油路面,其溫度升高
C.反復彎折鐵絲,彎折處溫度升高
D.用熱水袋暖手,手的溫度升高
思路點撥
利用做功的方式改變物體內能的條件是有力的作用,并且在力的方向上移動了距離;利用熱傳遞的方式改變物體內能的條件是兩個物體之間存在著溫度差。
【答案】1.動能　分子勢能
2.①溫度差　②增大　③減小
3.傳遞能量
例題2　C
考點3 比熱容和熱值
名稱 比熱容 熱值
定義 一定① 的某種物質,在溫度升高(或降低)時吸收(或放出)的熱量與它的質量和升高(或降低)的溫度② 之比 某種燃料③ 放出的熱量與其質量之比
公式 Q吸(放)=④ Q=⑤
單位 J/(kg· ℃) J/kg(氣體燃料時是J/m3)
物理意義 水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),它表示的物理意義是⑥ kg的水溫度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的熱量為⑦ J 氫的熱值為1.4×108 J/kg,它表示的物理意義是⑧ kg的氫完全燃燒所放出的熱量為⑨ J
影響因素 比熱容是物質的一種特性,只與物質的種類和狀態有關 熱值是燃料的一種屬性,只與燃料的種類有關,與燃料的形狀、體積、質量、是否充分燃燒無關
【答案】①質量　②乘積　③完全燃燒　④cmΔt升高(降低)　⑤qm　⑥1　⑦4.2×103　⑧1　⑨1.4×108
考點4 熱機
1.熱機:利用 做功的機械叫作熱機。
(1)分類:蒸汽機、內燃機、火箭發動機等。
(2)工作原理:燃料的化學能內能機械能
2.內燃機:燃料直接在發動機汽缸內燃燒產生動力的熱機,分為汽油機和柴油機。
內燃機的工作過程(汽油機)
沖程 吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程
示意圖
進氣門 打開 關閉 關閉 關閉
排氣門 關閉 關閉 關閉 打開
活塞 向下 向上 向下 向上
能量轉化 \ ① →② ③ →④ \
工作循環 一個工作循環、活塞往復運動⑤ 次,曲軸轉動⑥ 圈,對外做功⑦ 次,使汽車獲得動力的是⑧ 沖程
【答案】1.內能
2.①機械能　②內能　③內能　④機械能　⑤2　⑥2　⑦1　⑧做功
考點5 熱機效率
1.定義:熱機工作時,用來做 的那部分能量與燃料 放出的熱量之比,叫作熱機的效率,用符號η表示。
2.公式:η=×100%。
3.提高熱機效率的途徑:一是減小各種熱量損失;二是減小摩擦,保持良好的潤滑;三是盡可能使燃料充分燃燒。
【答案】1.有用功　完全燃燒
核心突破
比熱容、熱值及其計算
解題思維導圖
例題 合理分類和利用垃圾可以變廢為寶,在一定條件下,1 kg垃圾能“榨”出0.17 kg燃料油,若燃料油的熱值為4.0×107 J/kg,則這些燃料油完全燃燒釋放出的熱量為 J;如果這些熱量的42%被水吸收,則可以使 kg的水從20 ℃升高到100 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
思維破冰
(1)根據Q放=mq得出燃料油完全燃燒釋放出的熱量;(2)根據Q吸=Q放×42%得出水吸收的熱量,根據Q吸=cm水Δt可知水的質量。
變式訓練
1.如圖所示,小雨起床給家人煮湯圓,為將鍋中初溫為20 ℃、質量為2 kg的水燒開,水至少需要吸收 J的熱量,若燃氣灶的加熱效率為50%,則需要消耗 m3的天然氣。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然氣=8.4×107 J/m3,水面上方的氣壓為1個標準大氣壓]
2.小明利用家中的燃氣表和溫度計測量燃氣灶燒水的效率。將1 kg的水從20 ℃加熱到60 ℃,消耗了0.01 m3的天然氣(假設天然氣完全燃燒),此過程中水吸收的熱量為 J。已知天然氣的熱值為4.0×107 J/m3,水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),則此次燃氣灶燒水的效率為 %。
3.小寧同學學習了燃料的熱值后,很想知道家中使用的天然氣的熱值是多少,于是,他在家里將裝有2×10-3 m3水的水壺放到天然氣灶上去加熱,如圖所示,用溫度計測量水從20 ℃加熱至80 ℃的過程中,觀察到天然氣表的數字變化了0.035 m3。他通過上網查閱得知天然氣灶的效率約為36%。已知水的密度ρ=1×103 kg/m3,水的比熱容c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
(1)求水壺里水的質量;
(2)求在這個過程中水吸收的熱量;
(3)天然氣的熱值是多少J/m3
【答案】例題　6.8×106　8.5
變式訓練　
1.6.72×105　0.016
【解析】1個標準大氣壓下,水的沸點是100 ℃,水至少需要吸收的熱量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×105 J,根據η=×100%=×100%,需要消耗天然氣的體積V===0.016 m3。
2.1.68×105　42
【解析】水吸收的熱量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(60 ℃-20 ℃)=1.68×105 J;天然氣完全燃燒放出的熱量Q放=qV=4.0×107 J/m3×0.01 m3=4×105 J,加熱效率η=×100%=×100%=42%。
3.【解】(1)由ρ=可得水的質量:
m=ρV水=1×103 kg/m3×2×10-3 m3=2 kg
(2)水吸收的熱量:
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(80 ℃-20 ℃)=5.04×105 J
(3)已知天然氣灶的效率約為η=36%,由η=×100%可得天然氣完全燃燒放出的熱量:
Q放===1.4×106 J
天然氣的熱值:
q===4×107 J/m3
【實驗探究】
回歸教材——圖說物理
教材圖片 考查內容
四溢的花香引來了長喙天蛾采蜜,它們能聞到陣陣花香,是由于花香分子在
冬天摩擦雙手是利用 的方式改變內能。向手上哈氣是利用 的方式改變內能
當塞子跳起來時,可以看到瓶內出現白霧。在這個過程中,氣體膨脹對外做功,溫度 ,內能
如圖所示,小華從滑梯上滑下時,臀部溫度升高,內能 (選填“增大”或“減小”),這是通過 的方式改變物體的內能
把一塊很干凈的玻璃板吊在彈簧測力計的下面,讓玻璃板的下表面接觸水面,如圖所示,然后用力向上拉,使玻璃板離開水面,發現彈簧測力計的讀數 (選填“大于”、“小于”或“等于”)玻璃板自重。這說明分子之間存在
【答案】不停地做無規則運動　做功　熱傳遞　降低　減小　增大
做功　大于　引力
【真題精粹】
考向1分子動理論(6年4考)
1.(2020·江西)下列說法正確的是 ( )
A.敲碎煤塊使煤充分燃燒能提高煤的熱值
B.汽車在減速過程中,慣性減小,動能減小
C.當僅有熱傳遞時,物體吸收熱量時內能增加,放出熱量時內能減小
D.與絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電,是因為絲綢的正電荷轉移到玻璃棒上
2.(2019·江西)當液體溫度升高時,其分子 加劇,以至于表層中有更多的分子脫離液體分子的束縛跑到空氣中去。氣體分子間距很大,相互作用力很小,表現為氣體沒有固定的 和體積。
3.(2023·蘭州)打開中藥包會聞到淡淡的藥香味,這是 現象。慢火熬制,等藥湯沸騰后,藥香味更加濃郁,這說明溫度越高,分子的運動越 (選填“劇烈”或“緩慢”)。捆扎藥包的細繩很難被拉斷,是因為分子間存在 (選填“引力”或“斥力”)。
【答案】1.C　【解析】熱值的大小只與燃料的種類有關,與燃料的燃燒情況無關,故A錯誤。汽車在減速過程中,質量不變,其慣性不變,速度減小,則動能減小,故B錯誤。當僅有熱傳遞時,物體吸收熱量,內能增加;物體放出熱量,內能減小,故C正確。與絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電,是因為在摩擦過程中玻璃棒失去了電子,故D錯誤。
2.熱運動　形狀
【解析】溫度是分子熱運動的標志,當溫度升高時,分子熱運動加劇,分子的平均動能增大;分子不停地做無規則運動就是分子熱運動。固體分子間距很小,分子間作用力很大,表現為固體有固定的形狀和體積;液體分子間距較小,分子間作用力較大,表現為液體有固定的體積,但是沒有固定的形狀;氣體分子間距很大,分子間作用力很小,表現為氣體沒有固定的形狀和體積。
3.擴散　劇烈　引力
考向2 改變內能的方式(6年5考)
4.(2021·江西)厲害了,我的國!2020年我國開啟了航天新征程,“嫦娥五號”成功登月并順利取回1731 g月壤樣品。樣品的質量不會隨它的形狀、狀態、溫度和 的改變而改變。如圖所示,返回艙穿越大氣層時溫度升高,這是通過 的方式使其內能增加。
5.(2020·江西)給手機快速充電的過程中,主要是將電能轉化為 能,過一會兒,充電器發燙,這是通過電流 的方式增大了物體的內能。
6.(2023·連云港)下列事例中,用熱傳遞的方式來改變物體內能的是 ( )
A.古人鉆木取火
B.冬天雙手摩擦取暖
C.一杯熱水慢慢變涼
D.人從滑梯滑下臀部發熱
【答案】4.位置　做功
【解析】質量是物質本身的一種屬性,不會隨著形狀、狀態、溫度和位置的改變而改變;返回艙穿越大氣層的過程中,返回艙和大氣摩擦生熱,返回艙表面溫度升高,這是通過做功的方式使其內能增加。
5.化學　做功
【解析】給手機快速充電的過程中會消耗電能,主要是將電能轉化為化學能;充電器發燙,這是因為電流做功,一部分電能轉化為內能。
6.C
考向3 比熱容、熱值及其計算(6年2考)
7.(2023·江西)如圖所示,勞動課上,某同學用電磁爐燒水。水壺中裝滿初溫為25 ℃的水,水壺和電磁爐的部分參數如下表所示。[當時氣壓為一個標準大氣壓,ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃),g取10 N/kg]求:
(1)壺中水的質量;
(2)燒水時壺底的受力面積為100 cm2,壺對電磁爐的壓強;
(3)當水剛好燒開時,水吸收的熱量;
(4)電磁爐正常工作,若加熱效率為84%,水剛好燒開所需的時間。
水壺 電磁爐燒水擋
凈重:500 g 額定電壓:220 V
容量:2 L 額定功率:2000 W
8.(2022·江西)如圖所示,某同學用燃氣灶燒水給餐具消毒。已知密閉鍋內水的質量為5 kg,水的初溫為22 ℃,當水剛好燒開時,共消耗了0.06 m3的天然氣,該燃氣灶燒水的
熱效率為70%。[水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),天然氣的熱值為4.0×107 J/m3]求:
(1)0.06 m3的天然氣完全燃燒所放出的熱量;
(2)以上過程中,水吸收的熱量;
(3)密閉的鍋內水燒開時的溫度。
【答案】7.【解】(1)水的體積:V=2 L=2 dm3=2×10-3 m3
由ρ=可知,水的質量:
m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×2×10-3 m3=2 kg
(2)壺和壺中水的總重:
G總=m總g=(2 kg+500×10-3 kg)×10 N/kg=25 N
燒水時壺對電磁爐的壓力:F=G總=25 N
壺對電磁爐的壓強:p===2500 Pa
(3)一個標準大氣壓下,水的沸點是100 ℃,水吸收的熱量:Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-25 ℃)=6.3×105 J
(4)由η=×100%可知,電磁爐消耗的電能:
W===7.5×105 J
由P=可知,水剛好燒開所用的時間:
t'===375 s
8.【解】(1)0.06 m3的天然氣完全燃燒放出的熱量:
Q放=Vq=0.06 m3×4×107 J/m3=2.4×106 J
(2)水吸收的熱量:
Q吸=ηQ放=70%×2.4×106 J=1.68×106 J
(3)根據Q吸=cm(t-t0)可知,密閉的鍋內水燒開時的溫度:t=+t0=+22 ℃=102 ℃
考向4 熱機及其效率(6年1考)
9.(2022·江西)如圖所示,這是同學們所畫的幾種情景示意圖,其中錯誤的是 ( )
A.條形磁體的磁感線
B.水平儀上重錘受　到的重力G
C.四沖程內燃機的　壓縮沖程
D.動力F的力臂L
【答案】9.BCD
【解析】圖中條形磁體周圍的磁感線從N極出發,回到S極,故A正確;重力的方向是豎直向下的,所以重錘懸掛在細線下,重力方向應與細線所在方向重合,圖中重力方向與細線方向不重合,故B錯誤;圖中一個氣門關閉,一個氣門打開,活塞向下運動,這是四沖程內燃機的吸氣沖程,故C錯誤;圖中力臂L與動力F不垂直,故D錯誤。
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