专题13 内能（原卷版）

专题13内能【思维导图】【知识点回顾】知识点一、分子热运动1、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。扩散现象说明：①一切物质的分子都在不停地做无规则的运动；②分子之间有间隙。固体、液体、气体都可以发生扩散现象，只是扩散的快慢不同，气体间扩散速度最快，固体间扩散速度最慢。汽化、升华等物态变化过程也属于扩散现象。扩散速度与温度有关，温度越高，分子无规则运动越剧烈，扩散越快。由于分子的运动跟温度有关，所以这种无规则运动叫做分子的热运动。2、分子间的作用力：分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的。当分子间距离等于r0（r0=10-10m）时，分子间引力和斥力相等，合力为0，对外不显力；当分子间距离减小，小于r0时，分子间引力和斥力都增大，但斥力增大得更快，斥力大于引力，分子间作用力表现为斥力；当分子间距离增大，大于r0时，分子间引力和斥力都减小，但斥力减小得更快，引力大于斥力，分子间作用力表现为引力；当分子间距离继续增大，分子间作用力继续减小，当分子间距离大于10r0时，分子间作用力就变得十分微弱，可以忽略了。知识点二、内能1、内能：定义：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。任何物体在任何情况下都有内能。内能的单位为焦耳（J）。内能具有不可测量性。2、影响物体内能大小的因素：①温度：在物体的质量、材料、状态相同时，物体的温度升高，内能增大，温度降低，内能减小；反之，物体的内能增大，温度却不一定升高（例如晶体在熔化的过程中要不断吸热，内能增大，而温度却保持不变），内能减小，温度也不一定降低（例如晶体在凝固的过程中要不断放热，内能减小，而温度却保持不变）。②质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大。③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同。④存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。3、改变物体内能的方法：做功和热传递。①做功：做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加（将机械能转化为内能）。物体对外做功物体内能会减少（将内能转化为机械能）。做功改变内能的实质：内能和其他形式的能（主要是机械能）的相互转化的过程。如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。②热传递：定义：热传递是热量从高温物体传到低温物体或从同一物体的高温部分传到低温部分的过程。热量：在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量。热量的单位是焦耳。（热量是变化量，只能说“吸收热量”或“放出热量”，不能说“含”、“有”热量。“传递温度”的说法也是错的。）热传递过程中，高温物体放出热量，温度降低，内能减少；低温物体吸收热量，温度升高，内能增加；注意：在热传递过程中，是内能在物体间的转移，能的形式并未发生改变；在热传递过程中，若不计能量损失，则高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量；因为在热传递过程中传递的是能量而不是温度，所以在热传递过程中，高温物体降低的温度不一定等于低温物体升高的温度；热传递的条件：存在温度差。如果没有温度差，就不会发生热传递。做功和热传递改变物体内能上是等效的。知识点三、比热容1、比热容：定义：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量。比热容用符号c表示，它的单位是焦每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)比热容是表示物体吸热或放热能力的物理量。物理意义：水的比热容c水＝4.2×103J/(kg·℃)，物理意义为：1kg的水温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量为4.2×103J。比热容是物质的一种特性，比热容的大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。水常用来调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。比较比热容的方法：①质量相同，升高温度相同，比较吸收热量多少（加热时间）：吸收热量多，比热容大。②质量相同，吸收热量（加热时间）相同，比较升高温度：温度升高慢，比热容大。2、热量的计算公式：①温度升高时用：Q吸＝cm（t－t0）c＝eq\f(Q吸,m（t－t0）)m＝eq\f(Q吸,c（t－t0）)t＝eq\f(Q吸,cm)+t0t0＝t-eq\f(Q吸,cm)②温度降低时用：Q放＝cm（t0－t）c＝eq\f(Q放,m（t0－t）)m＝eq\f(Q放,c（t0－t）)t0＝eq\f(Q放,cm)+tt＝t0-eq\f(Q放,cm)③只给出温度变化量时用：Q＝cm△tc＝eq\f(Q,m△t)m＝eq\f(Q,c△t)△t＝eq\f(Q,cm)Q——热量——焦耳（J）；c——比热容——焦耳每千克摄氏度（J/(kg·℃)）；m——质量——千克（kg）；t——末温——摄氏度（℃）；t0——初温——摄氏度（℃）审题时注意“升高（降低）到10℃”还是“升高（降低）（了）10℃”，前者的“10℃”是末温（t），后面的“10℃”是温度的变化量（△t）。由公式Q＝cm△t可知：物体吸收或放出热量的多少是由物体的比热容、质量和温度变化量这三个因素决定的。【例题精析】（2022•宁夏）妈妈过生日时，小宁为妈妈做了一盘西红柿炒鸡蛋，其中涉及很多物理知识，下列说法正确的是（）A．切西红柿的刀刃较薄是为了减小压强 B．加盐后菜会变咸是因为分子不停地做无规则运动 C．油烟机抽走油烟的过程是利用了流体中流速大的位置压强大 D．鸡蛋在碗沿上一磕就碎是因为碗对鸡蛋的力大于鸡蛋对碗的力（2022•恩施州）夏季，混凝土护栏被太阳晒得很热，池塘中太阳下的水却不很热，主要原因是（）[c混凝土＝0.84×103J/（kg•℃），c水＝4.2×103J/（kg•℃）]A．水不吸热 B．混凝土初温高 C．水的比热容大 D．混凝土放热（2022•泰州）夏天，将饮料放入冰箱冷藏室，饮料温度降低。下列说法正确的是（）A．饮料将温度传递给冰箱中的空气 B．饮料放出热量后自身所含热量减少 C．饮料温度降低的过程伴随着内能的转移 D．饮料放热是因为饮料的内能比冰箱中空气的内能多（2022•晋中）小明踏青归来，日记中写到“空中弥漫着新翻的泥土的气息，混着青草味儿，还有各种花的香”。人能闻到“花香”说明（）A．分子间存在斥力 B．分子在不停地做无规则的运动 C．分子间存在引力 D．温度越高分子运动越慢（2022•邵阳）2022年4月16日，摘星妈妈王亚平和航天员翟志刚、叶光富三人乘坐神舟十三号返回舱成功返回地球，下列关于返回舱进入大气层后的有关说法错误的是（）A．返回舱下落过程中，动能转化为重力势能 B．返回舱加速下落过程中其动能增大 C．返回舱下落过程中与大气摩擦，外表面温度升高，其内能增加 D．返回舱下落过程中，航天员相对地球是运动的（2022•苏州）景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推杆入筒的过程中，筒内密封气体的（）A．分子动能减小 B．密度不变 C．分子数增加 D．内能增大（2022•陕西）陕西秦岭以南具有“雨洗青山四季春”的宜茶环境。如图为一杯陕南富硒绿茶，茶叶翠绿，茶香袭人。下列说法正确的是（）A．茶杯受到的重力与桌面对它的支持力是相互作用力 B．热茶暖手是通过做功改变物体的内能 C．茶香袭人是因为分子在永不停息地做无规则运动 D．绿色的茶叶吸收绿光（2022•成都）“二十里中香不断，青羊宫到浣花溪”，这是南宋大诗人陆游对成都的赞誉。漫步在成都的这段“寻香道”，观花赏水，令人心旷神怡。下列分析正确的是（）A．闻到花香是分子做无规则运动的结果 B．溪水的温度高低取决于水流的速度 C．阳光下湖水内能增加是通过做功的方式 D．阳光下的石板温度升高，其比热容增大（2022•盐城）小明做“探究水沸腾前后温度变化的特点”实验，绘制出如图所示的图像，由图像可知水沸腾时继续吸热，温度，若烧杯中水的质量为200g，加热至沸腾，至少需要吸收J的热量，实际上，提供的热量水吸收的热量。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]（2022•广元）小红在家用天然气灶烧开水，在标准大气压下，5kg水从20℃加热至沸腾，完全燃烧了0.1m3的天然气，此过程中，水吸收的热量是J，天然气灶烧水的热效率为。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值为4.0×107J/m3]（2022•宁波）单位质量的气体物质，在体积不变的条件下温度升高1℃所吸收的热量称为该气体的定容比热，已知氦气的定容比热为3100J/（kg•℃）。如图所示，质量为0.02kg的氦气被密封在圆柱形气缸内，气缸内氦气气压与外界大气压相同。用力把活塞AB固定，当氦气的温度从20℃升高到30℃时，氦气吸收的热量是J。撤去力，氦气推动活塞做功，这一过程的能量转化形式与四冲程汽油机的冲程相同。（2022•六盘水）小明发现篮球的气压不足，于是用打气筒给篮球打气。在收起打气筒时发现外壁有些发热。于是他想，是什么原因导致打气筒的外壁发热呢？小明就这个问题与同学小红进行了交流，联系所学物理知识，他们提出了以下两个猜想：A．活塞在筒内往复运动时，与筒壁摩擦导致发热B．活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热于是他们设计了实验进行探究，选用的实验器材有：打气筒、测温枪、计时器、气压不足的篮球等，分别在打气筒的上部和下部标注两个测温点，如图所示。请回答下列问题：（1）打气筒内壁的热量是通过的方式传递到外壁。（2）活塞在打气筒内向下运动时的能量转化过程，与四冲程内燃机的冲程相同。（3）用打气筒往气压不足的篮球内打气，10秒内使活塞在筒内往复运动20次，立即用测温枪测出此时两个测温点的温度。待打气筒外壁温度降至室温（25℃）后，放出篮球中的部分气体，重复上述操作。实验数据记录如下表：实验次数时间t/s活塞往复次数上部温度t/℃下部温度t/℃1102030.736.62102030.236.23102030.536.3小明分析上表实验数据得出：导致打气筒外壁发热的原因是。（4）小红回顾整个实验过程，分析实验数据，认为小明得出的结论不够严谨，理由是。于是他们对实验进行改进，对猜想A再次进行探究，你认为他们的改进方法是。（2022•徐州）阅读短文，回答文后问题，牛顿冷却定律当一个物体表面温度比周围环境高时，就会向周围环境散热，散热快慢可以用单位时间内散失热量的多少来表示。英国物理学家牛顿提出：物体散热快慢与物体和周围环境的温度差成正比。后人研究发现，在温度差不太大的情况下（小于15℃），这个结论符合实际散热规律，称为牛顿冷却定律。如果散热快慢用q表示，则牛顿冷却定律可以表示为q＝k（t物﹣t环），其中k是散热系数，与物体的表面性质、表面积、周围环境性质等因素有关，和物质种类无关，如果上述因素相同，不同物质的散热系数就相同。由于不同物质的比热容不同，即使散热快慢相同，它们降低相同温度需要的时间也不同，根据降温时间可以得到两种物质比热容的大小关系，从而可以进行比热容的测量。（1）物体向周围散热，内能减少，这种改变内能的方式叫做；（2）散热快慢和下列概念中物理意义最接近的是；A．速度B．密度C．功率D．效率（3）一个物体温度为30℃，周围环境温度保持20℃不变，此时物体的放热快慢为q。当物体温度降低到29℃时，散热快慢为。（4）如图甲所示，用两个同样的保温杯分别装满水和盐水，水和盐水的温度都是30℃，周围环境温度保持20℃不变，保温杯敞开口，水和盐水温度随时间变化的图像如图乙所示。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），盐水的密度为1.1×103kg/m3，则盐水的比热容为J/（kg•℃）。

【习题巩固】一．选择题（共12小题）1．（2022•鼓楼区校级模拟）王亚平在空间站演示了如图所示的水油分离实验，她将装有水和油的瓶子摇晃多次后，水和油均匀地混在了一起。然后再用绳子系住瓶子，让瓶子做匀速圆周运动，将水油分离开来，下列说法正确的是（）A．水和油均匀混合在一起，说明分子不停地做无规则运动 B．空间站中，混合后水油静置不分离，是由于水油的密度相同了 C．在地球上，混合后的水油静置后就能分离，原因是水油重力不同 D．空间站中，若瓶子做匀速圆周运动时绳子突然断了，瓶子将匀速直线运动2．（2022•黔南州模拟）天气渐渐暖和了，春天不知不觉来到了。龙龙一家去郊游，一路上，龙龙耐心回答弟弟的问题并给出解释，他的解释错误的是（）A．为什么道路两旁的树向后退——因为车向前行驶，以“我们”为参照物树是运动的 B．你怎么知道是爷爷给我来电话了——因为每个人说话的音调不同 C．为什么方向盘很容易改变车的方向——因为方向盘是省力杠杆 D．为什么车内能闻到一阵阵花香——因为分子在不停地无规则运动3．（2022•昆明模拟）如图是用两个电加热器对甲、乙两杯液体加热后它们的温度随时间的变化关系图像。假设加热过程中热量损失相同，根据图像下列说法正确的是（）A．乙液体的比热容大于甲液体的比热容 B．加热相同时间，甲、乙液体吸收热量一样多，增加的内能一样多 C．若甲、乙液体都是同种液体且质量相同，则甲液体中的电加热器功率大 D．若两个电加热器相同且甲乙都是同种液体，则甲的质量大4．（2022•越秀区模拟）如图甲所示，将质量相等的甲、乙两种物质分别装在两个相同的试管中，放入装有水的烧杯中加热，绘制出温度随时间变化的图象（如图乙所示），下列说法正确的是（）A．甲物质是晶体，乙物质是非晶体 B．0～2min内乙物质比甲物质吸收的热量多 C．乙物质在CD段的比热容比AB段的比热容大 D．乙物质在BC段不断吸热，温度不变，内能不变5．（2022•简阳市模拟）用相同的加热器对甲、乙、丙三种物质同时持续加热（乙、丙为液体），其温度随时间变化的关系图像如图所示。下列说法正确的是（）A．实验时的气压一定低于一个标准大气压 B．甲物质在5min～7min内温度不变，内能不变 C．若乙、丙两物质是同种物质，则质量一定相等 D．甲物质固体时和液体时的比热容之比为c固：c液＝1：26．（2022•包河区校级模拟）小明对质量为500g的冰缓慢加热，不计冰和水的质量变化，他根据冰熔化成水直到沸腾的过程中记录的实验数据绘制成如图所示的温度—时间图像[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]，下列分析正确的是（）A．图像中的DE段表示冰的熔化过程，其温度不变 B．在图像中CD段中水共吸收了2.1×105J的热量 C．图像中BC段物质的温度保持不变，内能也不变 D．冰熔化过程用时6min，不断吸热，温度不断升高7．（2022•沙坪坝区校级三模）酿酒是我国一项神奇的发明，如图是熬制酒料的过程，下列说法正确的是（）A．酒液越煮越少，是因为酒液吸热发生了升华现象 B．酒香芬芳四溢，说明分子在不停地做无规则运动 C．看到阵阵白气，是因为酒料中的水汽化成了水蒸气 D．锅炉烧得很烫，锅能向酒料传递热量是因为锅具有的内能大8．（2022•青山区模拟）如图所示是2022年北京冬奥会我国运动员参加冰壶比赛的场景。关于冰壶比赛，下列说法中错误的是（）A．运动员脚向后蹬而身体向前运动，利用了力的作用是相互的 B．冰壶掷出后能继续向前运动是因为冰壶具有惯性 C．冰壶掷出后向前运动时，受到平衡力的作用 D．运动员不断刷冰是利用做功的方式来改变表层冰的内能9．（2022•金坛区一模）如图是某物质凝固过程中的温度﹣时间图像，下列从图像中获得的信息正确的是（）A．这种物质是非晶体 B．在AB段物质放出热量，内能不变 C．在BC段物质温度保持不变，内能不变 D．CD段物质比热容比AB段物质比热容小10．（2022•镇海区二模）2020年12月17日凌晨一点，嫦娥五号返回舱携带着1731g月壤样品，通过半弹道跳跃式的再入方式返回地面（如图所示）。关于嫦娥五号返回舱返回地球的过程，以下说法正确的是（）A．返回舱开伞减速，说明力可以改变物体的运动状态 B．月壤样品到达地球时其质量将会增大 C．返回舱返回过程中主要通过热传递增加了外壳的内能 D．返回舱表面的特殊材料与大气摩擦时极易液化放热11．（2022•西湖区校级一模）凝胶暖手宝美观小巧、方便安全，深受同学们喜爱。首次使用前，用热水烫几分钟，使里面的凝胶固态变成液态。当气温降低需要使用时，只需用手掰动几下里面的小铁片就能取暖了。下列分析中错误的是（）A．凝胶的比热容较大，相同质量降低相同的温度放出的热量较多 B．用手掰动小铁片的过程相当于内燃机的做功冲程 C．固态的凝胶也具有内能 D．暖手时，通过热传递使手的内能增加12．（2022•朝阳区二模）下列实例中，通过热传递的方式改变物体内能的是（）A．将热鸡蛋放入冷水中，鸡蛋温度降低 B．两只手相互摩擦，手的温度升高 C．内燃机中的活塞压缩气缸内的气体，气体温度升高 D．瓶内高压气体使瓶塞跳起，瓶内气体的温度降低二．实验探究题（共5小题）13．（2022•修水县一模）在比较水和煤油吸热能力强弱的实验中，小明取来两只相同的烧杯，在烧杯里分别装入质量和初温都相同的水和煤油。他用两个完全相同的“热得快”给它们加热，每隔一分钟记录温度并将数据绘制成图1，请回答下列问题。（1）该实验用到的主要研究方法是；（2）图1中A、B两种液体相比较，温度升高比较快的是（填“A”或“B”）；（3）小明给水和煤油加热，选用两个同样的“热得快”的目的是；（4）如图1所示，其中（填“A”或“B”）表示水吸热升温的情况，小明得出的结论是的吸热能力强；（5）如图2所示是某沿海城市和某内陆城市的年气温变化曲线。从图像可以看出，在一年中，曲线甲所表示的城市气温变化较（填“大”或“小”）。已知c砂石＜c水，根据上面探究过程中所获得的知识可知，曲线甲表示的是（填“沿海”或“内陆”）城市的年气温变化曲线。14．（2022•鼓楼区校级模拟）在学习“物质的比热容”时：加热时间/min0.51.01.52.02.5升高的温度/℃水2.04.06.08.010.0沙4.37.915.218.421.5（1）小明取相同质量的水和沙子，用相同的酒精灯加热，测得它们升高的温度如表，并在图甲中作出了沙子升高的温度随时间变化的图线。实验中选用相同的酒精灯加热，可以认为相同时间内水和沙子相同。（2）请利用表中数据在图甲中作出表示水升高的温度随时间变化的图线。（3）分析图中的沙子和水升高的温度随时间变化规律的图线，可知的比热容较大。（4）小红用50g水和100g水做实验，以吸收的热量Q为纵坐标，升高的温度Δt为横坐标，分别画出了50g水和100g水的Q﹣Δt图像如图乙，它们都是过原点的直线，即Q＝kΔt。进一步分析，发现这两条直线的k值之比与对应水的之比相等。（5）小兰同学为了探究某物质在固态和液态时的吸热能力，用酒精灯（火焰大小保持不变，不计热损失）均匀加热0.6kg该种固体，根据实验数据绘制出的图线如图丙所示。通过查阅资料已知该物质液态时的比热容为3×103J/（kg•℃），则该物质在固态时的比热容为J/（kg•℃）。15．（2022•长宁区二模）小明在学习了比热容的相关知识后，想探究物体放出热量的快慢与哪些因素有关。他把一个装有1千克热水的热水袋悬挂在空中，将一支温度计插入热水中测量水温，当水温下降到80℃时开始计时，并且他根据相关信息计算了热水放出的总热量。改变环境温度后，他再次进行了实验，实验数据记录如表1、表2所示。表1：环境温度为20℃，m水＝1千克。序号1234567放热时间（分）0102030405060热水温度（℃）80554233282523热水放出的总热量（×103焦）0159.6197.4218.4231239.4表2：环境温度为30℃，m水＝1千克。序号1234567放热时间（分）0102030405060热水温度（℃）80604841363432.5热水放出的总热量（×103焦）084134.4163.8184.8193.2199.5①已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），则表1开始计时的0～10分钟内，热水放出的总热量为×103焦。②根据表1或表2中第二行和第四行中的数据及相关条件，可得出的初步结论是：相同环境温度下，相同质量的热水随着温度降低，单位时间内放出的热量越来越。③根据表1和表2中实验序号的数据及相关条件，可得出的初步结论是：相同质量的热水，放热时间相同，。16．（2022•朝阳区校级三模）阅读下列短文，回答问题。太空授课2021年12月9日，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课。首先王亚平老师用金属环在水袋中取出一个水膜，再逐渐往水膜中注水，随着水的增多，水膜慢慢变成一个接近完美球体的水球，然后又用注射器往水球中注入一个气泡，令人惊讶的是气泡并没有向上飘，而是老老实实待在水球中，此时可以在水球中同时看到一正一倒的两个像（如图甲）。此次太空授课还展示了浮力消失的实验，王亚平老师把乒乓球压入水中，松手后乒乓球没有上浮，而是悬浮在水中（如图乙）。叶光富老师还演示了太空行走，他使劲挥手抬腿没有成功，反而还飘了起来（如图丙）。（1）水膜和水球的形成说明分子间存在相互作用的（选填“引力”“斥力”或“引力和斥力”）；（2）通过简化图丁，可知其中正立的像是光经过1、2这两个透镜形成的像，请你利用刻度尺判断1、2这两个透镜是哪种透镜，并写出判断的依据。（3）请你根据浮力产生的原因，分析乒乓球压入水中后，乒乓球所受浮力消失的原因：；（4）航天员在空中和空间站一起做匀速圆周运动，空间站中航天员由于失重而飘了起来（如图丙），此时航天员（选填“受”或“不受”）地球引力作用17．（2022•天桥区二模）小华班的同学们分小组通过实验探究“在吸收相同热量的情况下，一定质量的物体升高温度的多少与物质的种类是否有关”，如图所示是他们的实验装置。（1）各小组分别安装调整好实验装置后，在两个相同的烧杯内加入相同的水和煤油；（2）然后，用