內能和內能的利用

鄭寧白

考情分析

在近年的中招考試中，對本專題的考查，集中在對分子動理論的理解、改變內能的兩種方式、內能與熱量、溫度的辨析、有關熱量的計算、熱機。主要題型有填空題、選擇題、實驗探究題、綜合應用題。

試題重視對基礎知識和基本實驗的考查，注重對知識的實際應用和處理等多種信息能力的考查。試題素材和情景多用生活中的實例、社會熱點事件和科技進步突出點。以能量為載體，滲透效率、能源和環(huán)保等意識。本專題中考試題的新特點是：從分子的微觀角度解釋宏觀現(xiàn)象，從物質的微觀構成看物質的宏觀組成。

典例分析

考點一分子動理論

【例1】（2016·泰安）如所示，在氣體擴散的實驗中，玻璃板（填“上”或“下”）的瓶子裝二氧化氮氣體，另一個瓶子裝空氣，在抽掉玻璃板后能夠有力地證明氣體發(fā)生擴散。

解析：二氧化氮的密度大于空氣的密度，如果把二氧化氮氣體放到上方的話，由于自身密度大的緣故，二氧化氮分子也會下沉到下方的空氣瓶子中去，不能說明分子在不停地做無規(guī)則運動，因此要把密度小的空氣瓶子放到上方，把二氧化氮放在下方。

答案：下

跟蹤練習1

1.（2016·安徽）液體和空氣接觸的表面存在一個薄層——表面層，如所示。由于液體分子做無規(guī)則運動，表面層中就存在一些具有較大能量的分子，它們可以克服分子間相互作用的力，脫離液體跑到空氣中去。其宏觀表現(xiàn)就是液體的（填物態(tài)變化名稱）。

2.（2016·廣州）加熱材料A，溫度一直低于其熔點，一段時間后，A質量不變，體積減少。此過程中A處于（填“固態(tài)”“液態(tài)”或“固液混合態(tài)”）。依據(jù)公式，A的密度（填“增大”“減少”“不變”）。

3.（雙選）如所示，液態(tài)的蠟在凝固成固體時體積縮小，中間凹陷下去，這說明（）

A.蠟從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)后，分子間距離變大

B.蠟從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)后，分子間距離變小

C.同種物質液態(tài)的分子與固態(tài)的分子不同

D.蠟從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)后分子間仍有間隙

考點二內能及其改變

【例2】（2016·東營）關于內能和溫度，下列說法正確的是（）

A.0℃的冰塊內能為零

B.溫度高的物體，內能一定大

C.物體的內能增加，溫度一定升高

D.物體的溫度升高時內能增加

解析：一切物體都有內能，0℃以下的物體當然也有內能，A錯誤；在狀態(tài)、質量不確定的情況下，溫度高的物體內能不一定大，B錯誤；物體吸收熱量，物體的內能增加，但溫度不一定改變，如晶體熔化吸熱，內能增加，但溫度保持不變，C錯誤；物體內部所有分子的動能和分子勢能的總和叫做物體的內能，物體的溫度升高時，它的所有分子的動能必定增加，因而這個物體的內能增加。即同一物體，溫度越高，內能越大；溫度越低，內能越小，D正確。

答案：D

【歸納總結】內能是分子勢能和分子動能的總和，其影響因素包括：①材料（分子種類）；②溫度（分子動能）；③狀態(tài)、體積（分子勢能）；④質量（分子數(shù)量），然后根據(jù)控制變量法對題目進行分析。

跟蹤練習2

1.如所示，用打氣筒向裝有少量水的燒瓶里打氣，當瓶塞從瓶口跳出時，看到瓶中出現(xiàn)了白霧，這是水蒸氣（填物態(tài)變化）成的小水滴。在這個過程中，氣體膨脹對外做功，溫度（填“升高”或“降低”或“不變”），內能（填“增加”或“減小”或“不變”）。

2.（雙選）在薄皮鐵桶內放少量的水，用火加熱，沸騰后把桶口堵住，然后澆上冷水，鐵桶被壓扁（如所示）。下列分析錯誤的是（）

A.該現(xiàn)象證明了大氣壓的存在

B.力改變了鐵桶的形狀

C.澆冷水時鐵桶吸收熱量

D.該過程中鐵桶的內能保持不變

考點三比熱容

【例3】（2016·廣安）水與酒精是我們日常生活中最常見的兩種物質，下表列出了它們在標準大氣壓下的部分物理特征數(shù)據(jù)，請你參照這些特征分析：讓質量及初溫都相等的水和酒精冷卻，待它們放出相等的熱量后再倒在一起混合。下列哪個判斷是錯誤的（）

物質密度

（kg/m3）比熱容

〔J/（kg·℃）〕凝固點

（℃）沸點

（℃）水1.0×1034.2×1030100酒精0.8×1032.4×103-11778A.在混合過程中，熱量將從酒精傳遞給水

B.均勻混合后，混合液的凝固點將比水的凝固點低些

C.均勻混合后，混合液的密度將比水的密度小些

D.均勻混合后，混合液的比熱容將比水的比熱容小些

解析：水的比熱容大于酒精的比熱容，因為Q放=cmΔt，質量m相同，放出的熱量相同，所以水比酒精降低的溫度值小，因為二者的初溫相同，即水的末溫高，即：t水>t酒精，所以熱量從水傳到酒精，故A錯誤；水的凝固點是0 ℃，摻入酒精后混合液的凝固點要低于0 ℃，凝固點降低，故B正確；根據(jù)公式ρ=m/V可知，水和酒精混合后，混合液的密度將比水的密度小些，比酒精的密度大一些，故C正確；因為水的比熱容大于酒精的比熱容，水和酒精混合液的比熱容將比水的比熱容小些，比酒精的比熱容大一些，故D正確。

答案：A

跟蹤練習3

1.用涼水冷卻滾燙的雞蛋，雞蛋的內能是通過的方式改變的。如果水的質量是1 kg，初溫為20 ℃，雞蛋取出時水溫為30 ℃，水吸收的熱量為J[c水=4.2×103J/（kg·℃）]。

2.（雙選）下列說法正確的是（）

A.兩杯水溫度相同，內能也一定相同

B.熱量總是從內能大的物體向內能小的物體傳遞

C.由于水的比熱容大，工廠里的冷卻塔通常用水作為冷卻物質

D.質量、初溫相同的水和煤油放出相同熱量后，水的溫度高于煤油的溫度

3.（2016·聊城）在探究“比較不同物質吸熱的情況”的實驗中，實驗裝置如所示。

（1）實驗中應量取質量的甲、乙兩種液體，分別倒入相同的燒杯中。

（2）用相同規(guī)格的電加熱器加熱甲和乙兩種液體，使它們升高相同的溫度，通過來比較甲和乙兩種液體吸收熱量的多少。

（3）實驗記錄的數(shù)據(jù)如下表所示，分析實驗數(shù)據(jù)可知物質的吸熱能力強。

加熱時間/min01234甲的溫度/℃3034384246乙的溫度/℃1018263442考點四熱機

【例題4】（2016·淮安）汽油機的一個工作循環(huán)分為四個沖程，每個沖程都伴隨著能量的轉移或轉化，其中主要將機械能轉化為內能的沖程是（）

A.吸氣沖程B.壓縮沖程

C.做功沖程D.排氣沖程

解析：在汽油機一個工作循環(huán)的四個沖程中，壓縮沖程活塞向上運動，壓縮燃料混合物對其做功，使氣缸內的氣體的內能增加，溫度升高，故是將機械能轉化為內能，B正確。

跟蹤練習4

1.沈陽市校車安全管理辦法規(guī)定校車應全部安裝座椅安全帶，這是為了防止急剎車時學生因具有，身體前傾而受到傷害。校車的動力來自內燃機，在所示的示意圖中，圖表示的是四沖程內燃機的吸氣沖程。

2.一臺柴油機飛輪的轉速為2 400 r/min，則在1 s內，柴油機完成個沖程；對外做功的次數(shù)是。

3.（多選）在四沖程柴油機的做功沖程中，汽缸內氣體的（）

A.內能減小B.質量增大

C.壓強減小D.溫度降低

4.（2016·內江）以下機械屬于熱機的是（）

A.火箭發(fā)動機B.發(fā)電機

C.滑輪組D.洗衣機

考點五熱效率

【例5】（2016·聊城）太陽能熱水器是把太陽能轉化為內能的設備之一。某品牌太陽能熱水器每小時平均接收4.2×106 J的太陽能，在5小時的有效照射時間內，將熱水器中質量為100 kg、初溫為26 ℃的水，溫度升高到46 ℃。求：

（1）熱水器中的水吸收的熱量Q吸；[水的比熱容c=4.2×103 J/（kg·℃）]

（2）熱水器5小時有效照射內接收到的太陽能E；

（3）熱水器5小時有效照射內接收到的太陽能，相當于完全燃燒多少m3的天然氣放出的熱量？（天然氣的熱值q=7×107 J/m3）

解析：（1）熱水器中的水吸收的熱量：

Q吸=cm（t-t0）=4.2×103 J/（kg·℃）×100 kg×（46 ℃-26 ℃）=8.4×106 J

（2）熱水器在5小時的有效照射時間內接收到的太陽能E=5×4.2×106 J=2.1×107 J

（3）根據(jù)題意可知Q放=E=2.1×107 J，則需要完全燃燒的天然氣的體積為V=Q放q=2.1×107 J7×107 J/m3=0.3 m3

跟蹤練習5

1.（多選）為節(jié)約能源，需提高熱機的效率，下列措施能提高效率的是（）

A.盡量使燃料充分燃燒

B.盡量減少熱機部件間的摩擦

C.盡量減少廢氣帶走的熱量

D.盡量增加熱機的工作時間

2.（多選）下列有關內能利用的說法不正確的是（）

A.燃料的熱值越大，燃燒時放出的熱量越多

B.通過技術改進，熱機效率可達100%

C.各種形式的能量都可以相互轉化

D.熱機的工作過程是將燃料燃燒獲得的內能轉化成機械能的過程

3.混合動力汽車具有節(jié)能、低排放等優(yōu)點，成為汽車研究與開發(fā)領域的重點。某新型混合動力汽車啟動時，內燃機不工作，蓄電池向車輪輸送能量，當需要高速行駛或蓄電池電能過低時，內燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，又可以給蓄電池充電，車速與所受阻力的關系如所示。在某次測試中，蓄電池儲存的電能為5.12×108 J，由內燃機提供能量，汽車以50 km/h的速度勻速行駛了0.5 h，同時蓄電池的電能增加了10%，求：

（1）汽車牽引力做的功；

（2）若所用燃料的熱值為4.5×107 J/kg，測試過程中消耗8 kg燃料（假設燃料完全燃燒），則放出的總熱量是多少；

（3）內燃機的效率。

中考零距離

1.為了預防流感，常在教室里放醋來消毒，室內充滿醋味是分子的現(xiàn)象，為增強效果，通常邊加熱邊熏，這是因為分子的熱運動隨升高而加快。

2.我們假定水分子的直徑為0.3 nm，而一滴水中大約有1.6×1021個水分子，則將一滴水中的所有分子一個挨著一個排成一排，其長度可達m，可繞學校400 m操場圈。

3.荷葉上兩滴水珠接觸時，能自動結合成一滴較大的水珠，這一事實說明分子間存在著。如所示，封閉在注射器筒內的空氣很容易被壓縮，這說明分子間有。爆米花芳香撲鼻，該現(xiàn)象說明分子不停地。

4.（2016·麗水）央視二套“是真的嗎”欄目播出：人站在風車下就能讓它轉動，原理是人體可以加熱周圍空氣，熱空氣密度變小會上升，導致風車轉動。

（1）人體加熱周圍空氣，導致風車轉動，其實質是內能轉化為。

（2）若風車正下方站的人越多，則風車轉動越。

05.2016年1月29日的一條新聞“他在水下朝自己開槍，沒想到結果令人震驚”引起了小明的興趣。雖然步槍和人的距離相隔2 m左右，但是子彈竟然落在了這名挪威物理學家的前面，并沒有打中他（如0）。由此可見，水給子彈的阻力要遠（填“大于”或“小于”）空氣對它的阻力，你猜想的理由是。

6.用爐火加熱一壺水，水的溫度升高了10 ℃，這是通過的方式改變其內能；若水的質量為2 kg，水吸收的熱量為J。水沸騰后會頂起壺蓋，此過程能量轉化情況與四沖程的汽油機的沖程相似。[c水=4.2×103 J/（kg·℃）]

7.（2016·廣東）如1所示，圖A、B、C、D是四沖程汽油機的工作示意圖，圖E、F是演示實驗的示意圖。C圖是沖程，與它原理相同的是圖所示的演示實驗。汽油機的工作示意圖中機械能轉化為內能的沖程是圖。（后兩空選填字母）

18.（2016·綿陽）關于分子，下列說法正確的是（）

A.增大氣體體積時，分子間只存在引力

B.減小氣體體積時，分子間只存在斥力

C.拉伸固體時，分子間距離變大，勢能減小

D.壓縮固體時，分子間距離變小，勢能增大

9.（2016·菏澤）2所示的下列現(xiàn)象中，通過熱傳遞改變內能的是（）

A.給冷水加熱B.壓縮的空氣溫度升高

C.下滑時臀部發(fā)熱D.搓手取暖

2

10.（2016·自貢）下面是小明同學“物理學習筆記”中的摘錄，其中錯誤的是（）

A.做功和熱傳遞在改變物體的內能上是等效的

B.分子間相互作用的引力和斥力是同時存在的

C.熱量總是自發(fā)地從溫度低的物體向溫度高的物體傳遞

D.燃料的熱值與燃料的總質量沒有關系

11.（2016·淄博）下列關于熱現(xiàn)象的說法中正確的是（）

A.溫度高的物體含有的熱量多

B.物體的內能增加，一定是從外界吸收了熱量

C.液體的沸點隨液面上方氣壓的增大而降低

D.冰水混合物吸熱時，溫度不變，內能增大

12.（雙選）下列說法中正確的是（）

A.水結冰后，分子靜止不動

B.沿海地區(qū)晝夜溫差小，主要原因是由于水的比熱容大

C.水不容易被壓縮是因為水分子之間存在相互作用的斥力

D.汽油的熱值比柴油的熱值大，完全燃燒時汽油比柴油產(chǎn)生的熱量多

313.（2016·東營）在研究甲、乙兩種液體的吸熱能力時，某同學用兩套完全相同的裝置進行實驗探究，兩種液體的質量和初溫相同。

（1）選用兩套完全相同的裝置分別給甲、乙兩種液體加熱，這樣做的目的是

。

（2）寫出3中所示裝置的兩處錯誤：

。

改正錯誤后，同時加熱，分別記錄加熱時間和液體溫度，數(shù)據(jù)如下表所示：

加熱時間/min0123456甲的溫度/℃90929496989898乙的溫度/℃90939699102102102（3）加熱4分鐘后，甲乙兩種液體溫度均不再升高，原因是。

414.（2016·泰安）如4所示是“探究不同物質吸熱的情況”的實驗。將質量相等的水和煤油分別裝在兩個相同的燒杯中，然后用兩個相同的酒精燈加熱并不斷攪拌，每隔2 min記錄一次溫度。實驗記錄如下表：

加熱時間/min02468溫度/℃煤油2022242628水2021222324（1）本次實驗采用的科學方法是（填“下列選項的標號”）。

A.控制變量法B.理想實驗

C.比值定義法D.類比法

（2）分析表格數(shù)據(jù)可知：升高相同的溫度，吸收熱量少的物質是。

515.（2016·德州）天然氣灶使用方便、經(jīng)濟環(huán)保，如5所示，在一個標準大氣壓下，天然氣灶將一壺質量為3 kg、溫度為20 ℃的水加熱至沸騰，大約需要10 min，已知：水的比熱容為4.2×103 J/（kg·℃），天然氣的熱值為3.5×107 J/m3。

求：（1）水吸收的熱量。

（2）若天然氣完全燃燒放出的熱量60%被水吸收，燒開這壺水需要多少天然氣。