第十三章内能22

第十三章内能（解析版）知识导航知识点回顾知识点1：分子热运动1、分子热运动：（1）物质的构成：宇宙是由物质组成的，物质是由分子组成的；分子是由原子组成的，原子是由原子核和核外电子组成的，原子核是由质子和中子组成的。※分子是保持物质原来性质的最小微粒！（2）分子动理论内容：①物质是由分子构成的；②一切物体的分子都在不停地做无规则运动。③分子间存在相互作用的引力和斥力；④分子之间有间隙。（3）热运动：分子运动快慢与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈。热运动是分子运动，属于微观运动，不可能停止，而机械运动是整个物体运动，属于宏观运动，可以停止。（4）扩散：不同物质相互接触，彼此进入对方的现象。①不同物质扩散快慢不同，一般情况下，气体扩散最快，固体最慢。②扩散快慢还与温度有关，温度越高，扩散越快。③扩散是分子运动的结果，如果因搅拌、风力、重力等外在因素使物体发生了宏观运动，这样的现象不属于扩散现象。※扩散现象说明：（1）一切物质分子都在不停地做无规则的运动；（2）分子之间有间隙。2、分子间作用力：（1）分子间存在相互作用力，包括分子引力和分子斥力，且是同时存在的：（2）正常情况下，分子引力和分子斥力彼此平衡，对外表现为无力；（3）当压缩物体时，分子斥力大于分子引力，对外表现为斥力；（4）当拉伸物体时，分子引力大于分子斥力，对外表现为引力；（5）分子间作用力（包括引力和斥力）随着分子间的距离增大而减小；（6）如果分子间距离很大，作用力几乎为零，可以忽略不计；因此，气体具有流动性，也容易被压缩。（7）液体间分子之间距离比气体小，比固体大，液体分子之间的作用力比固体小，没有固定的形状，具有流动性。知识点2：内能1、内能：物体内部所有分子热运动的分子动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。（1）因为一切物质分子都在不停地做无规则的运动，所以物体的内能不可能为零，任何物体在任何情况下都具有内能。（2）物体内大量分子做无规则热运动所具有的能量称为分子动能。物体的温度越高，分子运动得越快，它们的动能越大。同一个物体（物态不变），温度越高，内能越大。（3）由于分子之间具有一定的距离，也具有一定的作用力，因而分子具有势能，称为分子势能。分子间距发生变化时，物体的体积也会变，其内能会发生变化。所以分子势能与物体的体积有关。（4）内能大小与物体的质量、温度、状态等有关。2、内能的改变：改变物体内能的两种方法：做功和热传递。（1）物体对外做功，物体的内能减小；外界对物体做功，物体的内能增大。（2）热传递发生的条件：存在温度差。能量（内能）从高温物体转移到低温物体：a．高温物体内能减小，温度降低，放出热量；b．低温物体内能增大，温度升高，吸收热量。（3）做功和热传递在改变内能方面是等效的，但实质不同：做功改变内能属于能的转化，热传递改变内能属于能的转移。3、温度、内能、热量：热量(Q)：在热传递过程中，传递能量的多少叫热量。(物体含有多少热量的说法是错误的)；温度、内能、热量之间的关系：（1）物体温度升高，内能一定增大，但不一定吸收热量，因为做功也可以使物体的内能增大；（2）物体内能增大，温度不一定升高，也不一定吸收热量，因为内能增大有可能是因为状态改变造成的，做功也可以使物体的内能增大；（3）物体吸收热量，内能一定增大，但温度可能升高，也可能不变，因为吸收热量有可能改变物体的状态。※温度、热量与内能的关系（热量是一个过程量，一般说传递热量；内能是一个状态量一般说具有内能；温度是一个状态量，一般说升高或者降低温度）知识点3：比热容1、比热容：（1）比热容定义：单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收或者降低1℃所放出的热量叫做这种物质的比热容。（2）比热容是物质的一种属性，每种物质都有自己的比热容。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。（3）水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，表示的物理意义是：1千克的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。2、热量的简单计算热量的计算：(1)吸热：Q吸=cm△t=cm(tt0)；（2）放热：Q放=cm△t=cm(t0t)。其中：Q吸—吸收的热量，单位：焦（J），Q放—放出的热量。c—比热容，单位：焦每千克摄氏度（J/(kg·℃)）m—质量，单位：千克（kg）△t—变化的温度（升高或降低的温度），单位：摄氏度（℃）；t0—初始温度、t—末温。3、“水的比热容较大”的应用：（1）用水取暖或冷却（2）用水调节气温典例分析考点1分子热运动【典例1】（2022•镇江）端午节民间有戴香包的习俗，香包内有艾草，远远地就能闻到艾香，这是因为（）A．分子在不停地运动 B．分子间有空隙 C．分子间有引力 D．分子间有斥力【答案】A。【解答】解：分子在永不停息地做无规则运动，远远地就能闻到艾香，是因为艾分子在不停地做无规则运动，艾香分子扩散到空气中。故选：A。【典例2】（2022•曹县二模）2022年3月22日，“天宫课堂”第二次太空授课如期举行。在液桥演示实验中，水将两个塑料板连接起来，连接着两个固体表面之间的一段液体形成了一座桥，即液桥，如图所示。在地面上，两手指沾水，可形成一段很小的液桥。关于液桥，下列说法正确的是（）A．液桥实验说明水是由大量分子组成的 B．液桥实验说明水分子都在不停地做无规则的运动 C．液桥实验说明水的温度越高，扩散越快 D．液桥实验说明水分子间存在着一定的引力【答案】D。【解答】解：液桥实验说明水分子间存在着一定的引力，故D正确，ABC错误。故选：D。【典例3】（2022•东营）如图甲，在一个烧杯中装半杯热水，另一个同样的烧杯中装等量的冷水。同时滴入一滴红墨水，发现装热水的杯子变红的速度更快，这说明了分子的运动跟温度有关。如图乙，将两个铅柱的底面削平，然后紧紧地压在一起，在下面吊一个重物都不能把它们拉开，这说明了分子之间存在引力。【答案】温度；引力。【解答】解：（1）由于分子在不停地做无规则运动，温度越高，分子无规则热运动越剧烈。由于热水的温度高，热水中的墨水扩散得快，所以热水的杯子变红的速度更快，这说明了分子的运动跟温度有关。（2）将两个铅柱的底面削平、削干净、然后紧紧地压在一起，两铅块的底面分子间的距离较小，分子间的引力使两铅块结合起来，甚至下面吊一个重物都不能把它们拉开。故答案为：温度；引力。【典例4】（2022•齐齐哈尔）疫情防控不能放松。我们在使用酒精湿巾进行手部消毒的过程中，能闻到酒精的气味，这是扩散现象。当固体被压缩时，分子间的距离变小，分子间的作用力表现为斥力。【答案】扩散；斥力。【解答】解：在使用酒精湿巾进行手部消毒的过程中，能闻到酒精的气味，是因为酒精分子在不停地做无规则运动，这是扩散现象；组成物质的分子间存在引力和斥力；分子间间隙变大时，相互作用力表现为引力，所以固态难以被拉伸，分子间间隙变小时，分子间相互作用力表现为斥力，故固态难以被压缩。故答案为：扩散；斥力。【典例5】（2021•北京）为了说明分子之间有引力，小明在实验室用两个紧压在一起的铅柱做实验，如图所示，铅柱A和铅柱B所受的重力均为2N，两个铅柱接触面的面积为3cm2，当悬挂重物所受的重力为20N时，两个铅柱没有被拉开。于是，小明认为这个实验说明了分子之间存在引力。小华观测到该实验室的大气压为1×105Pa，于是她认为两个铅柱之所以没被拉开，是因为大气压的作用。请你利用所学知识和上述数据，判断小明做的铅柱实验能否说明分子之间存在引力。请写出计算、推理过程和结论。【解答】解：以B为对象受力分析如图①F气＝P气S＝1×105Pa×3×10﹣4m2＝30N②GB+G物＝2N+20N＝22N③因为F气＞GB+G物；仅靠大气压也能使铅块无法被拉开，所以小明的实验无法证明分子间存在引力。考点2内能【典例6】（2022•攀枝花）下图中，内能转化为机械能的是（）A．B．C．D．【答案】B。【解答】解：A、进气口和排气口均关闭，活塞向上运动为压缩冲程，是机械能转化为内能，故A错误；B、橡皮塞崩出去，试管内气体内能转化为橡皮塞的机械能，故B正确；C、小孩滑滑梯，为机械能转化为内能，故C错误；D、热水壶烧水，将消耗的电能转化为水的内能，故D错误。故选：B。【典例7】（2021•南京）以下描述中的“发热”现象，其改变内能的方式与其他三个不同的是（）A．锯木头锯条发热 B．阳光下路面发热 C．铁丝反复弯折后发热 D．搓手时手掌发热【答案】B。【解答】解：A、用锯条锯木头时锯条发热，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，是通过做功改变物体的内能；B、阳光下路面发热，路面从阳光中吸收热量，是通过热传递的方式改变物体的内能；C、反复弯折铁丝时，机械能转化为内能，是通过做功改变物体的内能；D、搓手时手掌发热，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，是通过做功改变物体的内能；综上分析可知，改变内能的方式与其他三个不同的是B。故选：B。【典例8】（2022•湘潭）磨刀时刀发热，此过程中主要是做功（选填“做功”或“热传递”）改变了刀的内能；用相同的力切菜时，刀口越薄，对菜的压强越大（选填“大”或“小”）。【答案】做功；大。【解答】解：磨刀时外力对刀做功，机械能转化为内能，所以刀会发热；压强与压力和受力面积有关，用相同的力切菜时，压力一定，刀口越薄，也就是受力面积越小，所以产生的压强越大。故答案为：做功；大。【典例9】（2022•德州模拟）水饺是山东人民比较喜爱的传统美食，如图所示。饺子放在水平桌面上，受到的重力与支持力是一对平衡力。煮水饺时是通过热传递的方式来改变水饺的内能的；水饺出锅时香气四溢，说明分子在不停地做无规则运动；真空包装的水饺从德州带到北京，其质量不变（选填“变大”“变小”或“不变”）。【答案】支持力；热传递；不停地做无规则运动；不变。【解答】解：（1）饺子受到的重力与支持力都作用在饺子上，大小相等、方向相反、作用在一条直线上，是一对平衡力；（2）煮水饺时，水饺吸收热量，温度升高，内能增大，是通过热传递的方式来改变水饺的内能的；（3）水饺出锅时香气四溢，属于扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动；（4）真空包装的水饺从德州带到北京，位置发生了改变，但物体内所含的物质多少不会发生变化，质量不变。故答案为：支持力；热传递；不停地做无规则运动；不变。考点3比热容【典例10】（2021•鄂州）下列有关热和能的说法中，正确的是（）A．发生热传递时，温度总是从高温物体传递给低温物体 B．一块0℃的冰熔化成0℃的水后，温度不变，内能不变 C．内燃机的压缩冲程，主要通过做功的方式增大汽缸内物质的内能 D．夏天在室内洒水降温，利用了水的比热容较大的性质【答案】C。【解答】解：A、发生热传递时，传递的是热量而不是温度，故A错误；B、一块0℃的冰熔化成0℃的水后，吸收热量，温度不变，内能增加，故B错误；C、内燃机的压缩冲程，活塞压缩气缸内物质做功，机械能转化为内能，是通过做功改变物体的内能，故C正确；D、夏天在室内洒水，水汽化（蒸发）吸收热量，起到降温的作用，不是利用了水的比热容较大的性质，故D错误。故选：C。【典例11】（2022•海门市校级模拟）如图甲所示，小虎同学将质量为20g的木块（ρ木＜ρ水）轻轻放入装满水的溢水杯中，当水停止外流时接水杯的水量如图乙所示（接水杯为内径均匀的柱形容器）。假如将这个接水杯倒满开水，这杯水温度降低到与体温相近时饮用，则水放出的热量最可能是【水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）】（）A．1.0×104J B．1.5×104J C．2.5×104J D．3.5×104J【答案】C。【解答】解：因木块的密度小于水的密度，所以，木块轻轻放入装满水的溢水杯中后处于漂浮状态，受到的浮力和自身的重力相等，由漂浮条件和阿基米德原理可得：F浮＝G木＝G排，即m木g＝m排g，则接水杯内水的质量：m排＝m木＝20g，由图可知，接水杯中水的体积约占容器的，由m＝ρV可得，满接水杯内水的总质量：m＝5m排＝5×20g＝100g＝0.1kg，开水的初温约为100℃，人直接可以饮用水的温度约为40℃，则开水放出的热量：Q放＝cm（t0﹣t）＝4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×（100℃﹣40℃）＝2.52×104J，结合选项可知，与C接近，故C正确。故选：C。【典例12】（2022•西藏）“母亲节”这天，扎西同学为妈妈炖了一碗排骨汤，将装汤的碗放在有5kg水的盆子中进行降温。扎西同学用水进行降温主要是利用了水的比热容大，过了一会儿，水温由15℃升高到20℃，水吸收的热量为1.05×105J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]【答案】比热容；1.05×105。【解答】解：（1）由于水的比热容大，质量相同的水和其它物质相比，升高相同的温度，水吸热多，冷却效果好，所以，将装汤的碗放在水中进行冷却就是利用水的比热容大这一特性；（2）水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（20℃﹣15℃）＝1.05×105J。故答案为：比热容；1.05×105。【典例13】（2022•宜昌）小丽用相同的电加热器分别对质量为0.2kg的水和0.3kg的另一种液体进行加热，得到的实验数据如图所示，则水在16min内吸收的热量为2.52×104J，另一种液体的比热容为1.4×103J/（kg•℃）。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]【答案】2.52×104；1.4×103。【解答】解：由图知，水在16min内初温t0＝10℃，末温为40℃，16min内水吸收的热量：Q吸水＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×0.2kg×（40℃﹣10℃）＝2.52×104J；另一种液体加热8min，吸收的热量为：Q'吸＝×2.52×104J＝1.26×104J；由Q吸＝c液m液（t液﹣t0）得：1.26×104J＝c液×0.3kg×（50℃﹣20℃），解得：c液＝1.4×103J/（kg•℃）。故答案为：2.52×104；1.4×103。【典例14】（2022•福建）在探究“不同物质吸热的情况”实验中：（1）用相同的酒精灯加热质量相等的沙子和水，使它们升高相同的温度，通过比较加热时间来判断吸收热量的多少。（2）加热10min后，测得水的温度如图，该示数为48℃。（3）多次实验后得到的数据如下表，分析可得：质量相等的水和沙子，升高相同的温度，水比沙子吸收更多的热量。（4）根据实验结论推理：沿海地区昼夜温差比内陆地区更小。升高的温度/℃5101520加热水的时间/min2.557.510加热沙子的时间/min1234【答案】（1）加热时间；（2）48；（3）多；（4）小。【解答】解：（1）在本实验中，通过控制沙子和水的质量、升高的温度相同，利用相同的加热装置，加热时间越长，表示物质吸收的热量越多，即：通过比较加热时间来判断吸收热量的多少；（2）由图可知该温度的分度值为1℃，根据液柱的位置可知，此时温度计的示数为48℃；（3）由表中数据可知，质量相等的水和沙子，升高相同的温度，加热水的时间大于加热沙子的时间，由此可知水比沙子吸收了更多的热量，即水的吸热能力强；（4）根据实验结论可知，水的吸热能力比沙子的强，即在同样条件下，吸收或放出相同热量，水的温度变化比沙子的小，而沿海地区与内陆地区相比，水多，吸热能力强，所以沿海地区昼夜温差比内陆地区更小。故答案为：（1）加热时间；（2）48；（3）多；（4）小。【典例15】（2022•浦东新区二模）质量为10千克的水温度升高15℃，求水吸收的热量Q吸。[c水＝4.2×103焦/（千克•℃）]【解答】解：水吸收的热量：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×10kg×15℃＝6.3×105J。答：水吸收的热量为6.3×105J。【典例16】（2022•呼和浩特）为了探究沙漠中与大海边昼夜温差的变化问题。小于同学取了两个完全相同的、比较大的玻璃器皿。分别装入质量、初温都相同的沙子和水。在阳光充足，温暖的地方进行暴晒。经过相同时间，发现两个玻璃器皿中的沙子和水，温度都发生了明显变化。你认为，沙子和水，谁的温度变化大？请用学过的物理知识说明原因。并回答开始探究的问题。【解答】答：沙子的温度变化的比较大；水的比热容比沙子的比热容大，在阳光充足、温暖的地方进行暴晒，经过相同时间，吸收或放出相同热量，水的温度变化比沙小，沙子的温度变化比较大。巩固训练一、选择题。1．（2022•徐州）如图所示，热熔法连接PPR管时，用热熔器加热粗管端口内层和细管端口外层，然后把细管推进粗管，冷却后两根管子就连接在一起很难被拉开了，这个现象说明（）A．分子是由原子构成的 B．分子是运动的 C．分子间存在引力 D．分子间存在斥力【答案】C。【解答】解：把加热后的细管推进粗管，减小了PPR管分子间的距离，分子间存在较大的引力，使两根管子很难被拉开了，故ABD错误，C正确。故选C。2．（2022•沈阳模拟）关于图中所示的四种情景，下列说法中正确的是（）A．甲图向饮料管A中吹气时，饮料管B中的液面会下降 B．乙图托里拆利实验的玻璃管倾斜放置时，管内的水银柱高度仍为760mm C．丙图铅块紧压在一起后能吊住重物，说明分子间存在斥力 D．丁图滚摆实验的主要目的是研究动能和弹性势能的相互转化【答案】B。【解答】解：A．甲图中向饮料管A中吹气时，吸管B上方空气的流速增大，压强减小，B管中液体受到向上的压强大于向下的压强，液面上升，故A错误；B．管内的水银柱高度与玻璃管的长短、粗细和倾斜程度都无关，管内的水银柱高度只与大气压的大小有关；由于大气压大小不变，所以，玻璃管倾斜放置时，管内的水银柱高度仍为760mm，故B正确；C．图中将接触面被削平的两个铅块用力压紧，可以使它们结合在一起，即便在下端悬挂一定质量的重物也不分开，这个实验说明分子间存在相互作用的引力，故C错误；D．滚摆向上运动时，质量不变，速度减小，高度增加，将动能转化为重力势能；滚摆向下落时，质量不变，速度变大，高度减小，将重力势能转化为动能，该现象说明重力势能和动能可以相互转化，故D错误。故选：B。3．（2022•黑龙江）下列关于内能知识的描述正确的是（）A．物体温度越高内能越大，所以0℃的冰没有内能 B．温度越高的物体含有的热量越多，所以0℃的冰没有热量 C．摩擦生热是通过做功的方式改变了物体的内能 D．物体吸收热量，内能增加，温度一定升高【答案】C。【解答】解：A、因为物体的分子永不停息地做无规则的运动，所以任何物体都有内能，0℃的冰仍具有内能，故A错误；B、热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，故B错误；C、摩擦生热是通过做功的方法改变物体的内能，将机械能转化为内能，故C正确；D、物体吸收热量，内能增大，但温度不一定升高，比如：晶体在熔化过程中吸收热量，而温度保持不变，故D错误。故选：C。4．（2022•泰安）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（）A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的 B．试管中的水沸腾时吸收热量，温度升高 C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能增加 D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同【答案】D。【解答】解：加热过程中，水吸热，温度升高、内能增大，水的内能增大是通过热传递方式实现的；水蒸气膨胀对塞子做功，将水蒸气的内能转化为木塞的机械能，水蒸气的内能减少；能量转化情况与汽油机的做功冲程相同。综上所述D正确。故选：D。5．（2022•济南）炎炎夏日，小梅来到美丽的海滨城市青岛。她发现，在这里白天的风常常从海面吹向陆地，而每到夜晚风却从陆地吹向海面。她利用学过的物理知识进行分析，并画出陆地和海面之间空气流动情况的示意图，如图所示。形成这一现象的主要原因是（）A．海水的密度小于砂石的密度 B．海水的密度大于砂石的密度 C．海水的比热容小于砂石的比热容 D．海水的比热容大于砂石的比热容【答案】D。【解答】解：沿海地区水多，水的比热容较大；内陆地区，地表以砂石泥土为主，砂石泥土比热容较小；由于水的比热容大，所以对于相同质量的水和砂石相比较，在吸收或放出相同的热量时，水的温度变化小，而砂石的温度变化大，所以白天陆地的温度高、海水温度低，晚上陆地温度低、海水温度高；白天陆地上方空气的温度高度，密度小，砂石上方空气上升，海面上的冷空气过来补充，所以白天的风常常从海面吹向陆地，而晚上海面上方的热空气上升，风从陆地吹向海面；故D正确。故选：D。6．（2022•绵阳模拟）对下列图象中的物理信息描述正确的是（）A．如图甲，该凸透镜的焦距是10cm B．如图乙，该物质可能是水 C．如图丙，分别用两个完全相同的热源同时给质量和初温完全相同的a、b两种液体加热所得温度随时间的变化关系图象，由图可知ca＞cb D．如图丁，黑龙江北部（最低温度﹣52.3℃）可以使用水银温度计【答案】B。【解答】解：A．由凸透镜成像的规律可知，u＝v＝2f，由图可知，u＝v＝2f＝10cm，f＝5cm，所以该凸透镜的焦距是5cm，故A错误；B．由图乙可知，该物质的m＝5g时，V＝5cm3，所以该物质的密度为，由密度可知，该物质可能是水，故B正确；C．根据可知，质量相同的a、b两种液体升高相同的温度，b需要的加热时间长，也就是吸收的热量多，所以b的比热容较大，a的比热容较小，，即ca＜cb，故C错误；D．由图丁可知，水银的凝固点为﹣39℃，黑龙江北部最低温度﹣52.3℃，水银会凝固成固态，不能再使用，故D错误。故选：B。二、填空题。7．（2022•淮安）如图所示，向一端封闭的玻璃管中注水至一半位置，再注满酒精，封闭管口。反复翻转玻璃管，使水和酒精充分混合，观察到水和酒精的总体积变小，说明组成物质的分子间存在空隙；加注酒精过程中，能明显闻到酒精的气味，说明分子在永不停息地做无规则运动。【答案】空隙；分子在永不停息地做无规则运动。【解答】解：因为分子间存在着空隙，水和酒精充分混合后，酒精分子和水分子分别进入了对方分子的空隙中，使得水和酒精混合后的总体积变小了。加注酒精过程中，能明显闻到酒精的气味，是发生了扩散现象，说明分子在永不停息地做无规则运动。故答案为：空隙；分子在永不停息地做无规则运动。8．（2022•天津）2022年5月20日，我国使用长征二号丙运载火箭同时将3颗试验卫星发射成功。火箭从地面向上发射过程中，其外壳与大气摩擦后温度升高，内能增大，这是通过做功的方式改变内能。【答案】增大；做功。【解答】解：火箭在升空过程中，火箭外壳与空气摩擦，使火箭外壳温度升高，内能增大，火箭的机械能转化为内能，这是通过做功的方式改变内能。故答案为：增大；做功。9．（2022•益阳）烈日炎炎的夏季，白天沙滩上的沙子热得烫脚，但海水却非常凉爽，主要是因为水的比热容比沙子的比热容大。1kg的砂石，温度升高10℃，需要吸收的热量为9.2×103J。【c砂石＝0.92×103J/（kg•℃）】【答案】大；9.2×103。【解答】解：（1）水的比热容大于沙子的比热容，沙子的温度升高的快，