内能和内能的利用

考情分析

在近年的中招考试中,对本专题的考查,集中在对分子动理论的理解、改变内能的两种方式、内能与热量、温度的辨析、有关热量的计算、热机。主要题型有填空题、选择题、实验探究题、综合应用题。

试题重视对基础知识和基本实验的考查,注重对知识的实际应用和处理等多种信息能力的考查。试题素材和情景多用生活中的实例、社会热点事件和科技进步突出点。以能量为载体,渗透效率、能源和环保等意识。本专题中考试题的新特点是:从分子的微观角度解释宏观现象,从物质的微观构成看物质的宏观组成。

典例分析

考点一分子动理论

【例1】(2016・泰安)如所示,在气体扩散的实验中,玻璃板(填“上”或“下”)的瓶子装二氧化氮气体,另一个瓶子装空气,在抽掉玻璃板后能够有力地证明气体发生扩散。

解析:二氧化氮的密度大于空气的密度,如果把二氧化氮气体放到上方的话,由于自身密度大的缘故,二氧化氮分子也会下沉到下方的空气瓶子中去,不能说明分子在不停地做无规则运动,因此要把密度小的空气瓶子放到上方,把二氧化氮放在下方。

答案:下

跟踪练习1

1.(2016・安徽)液体和空气接触的表面存在一个薄层――表面层,如所示。由于液体分子做无规则运动,表面层中就存在一些具有较大能量的分子,它们可以克服分子间相互作用的力,脱离液体跑到空气中去。其宏观表现就是液体的(填物态变化名称)。

2.(2016・广州)加热材料A,温度一直低于其熔点,一段时间后,A质量不变,体积减少。此过程中A处于(填“固态”“液态”或“固液混合态”)。依据公式,A的密度(填“增大”“减少”“不变”)。

3.(双选)如所示,液态的蜡在凝固成固体时体积缩小,中间凹陷下去,这说明()

A.蜡从液态变为固态后,分子间距离变大

B.蜡从液态变为固态后,分子间距离变小

C.同种物质液态的分子与固态的分子不同

D.蜡从液态变为固态后分子间仍有间隙

考点二内能及其改变

【例2】(2016・东营)关于内能和温度,下列说法正确的是()

A.0℃的冰块内能为零

B.温度高的物体,内能一定大

C.物体的内能增加,温度一定升高

D.物体的温度升高时内能增加

解析:一切物体都有内能,0℃以下的物体当然也有内能,A错误;在状态、质量不确定的情况下,温度高的物体内能不一定大,B错误;物体吸收热量,物体的内能增加,但温度不一定改变,如晶体熔化吸热,内能增加,但温度保持不变,C错误;物体内部所有分子的动能和分子势能的总和叫做物体的内能,物体的温度升高时,它的所有分子的动能必定增加,因而这个物体的内能增加。即同一物体,温度越高,内能越大;温度越低,内能越小,D正确。

答案:D

【归纳总结】内能是分子势能和分子动能的总和,其影响因素包括:①材料(分子种类);②温度(分子动能);③状态、体积(分子势能);④质量(分子数量),然后根据控制变量法对题目进行分析。

跟踪练习2

1.如所示,用打气筒向装有少量水的烧瓶里打气,当瓶塞从瓶口跳出时,看到瓶中出现了白雾,这是水蒸气(填物态变化)成的小水滴。在这个过程中,气体膨胀对外做功,温度(填“升高”或“降低”或“不变”),内能(填“增加”或“减小”或“不变”)。

2.(双选)在薄皮铁桶内放少量的水,用火加热,沸腾后把桶口堵住,然后浇上冷水,铁桶被压扁(如所示)。下列分析错误的是()

A.该现象证明了大气压的存在

B.力改变了铁桶的形状

C.浇冷水时铁桶吸收热量

D.该过程中铁桶的内能保持不变

考点三比热容

【例3】(2016・广安)水与酒精是我们日常生活中最常见的两种物质,下表列出了它们在标准大气压下的部分物理特征数据,请你参照这些特征分析:让质量及初温都相等的水和酒精冷却,待它们放出相等的热量后再倒在一起混合。下列哪个判断是错误的()

物质密度

(kg/m3)比热容

〔J/(kg・℃)〕凝固点

(℃)沸点

(℃)水1.0×1034.2×1030100酒精0.8×1032.4×103-11778A.在混合过程中,热量将从酒精传递给水

B.均匀混合后,混合液的凝固点将比水的凝固点低些

C.均匀混合后,混合液的密度将比水的密度小些

D.均匀混合后,混合液的比热容将比水的比热容小些

解析:水的比热容大于酒精的比热容,因为Q放=cmΔt,质量m相同,放出的热量相同,所以水比酒精降低的温度值小,因为二者的初温相同,即水的末温高,即:t水>t酒精,所以热量从水传到酒精,故A错误;水的凝固点是0 ℃,掺入酒精后混合液的凝固点要低于0 ℃,凝固点降低,故B正确;根据公式ρ=m/V可知,水和酒精混合后,混合液的密度将比水的密度小些,比酒精的密度大一些,故C正确;因为水的比热容大于酒精的比热容,水和酒精混合液的比热容将比水的比热容小些,比酒精的比热容大一些,故D正确。

答案:A

跟踪练习3

1.用凉水冷却滚烫的鸡蛋,鸡蛋的内能是通过的方式改变的。如果水的质量是1 kg,初温为20 ℃,鸡蛋取出时水温为30 ℃,水吸收的热量为J[c水=4.2×103J/(kg・℃)]。

2.(双选)下列说法正确的是()

A.两杯水温度相同,内能也一定相同

B.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递

C.由于水的比热容大,工厂里的冷却塔通常用水作为冷却物质

D.质量、初温相同的水和煤油放出相同热量后,水的温度高于煤油的温度

3.(2016・聊城)在探究“比较不同物质吸热的情况”的实验中,实验装置如所示。

(1)实验中应量取质量的甲、乙两种液体,分别倒入相同的烧杯中。

(2)用相同规格的电加热器加热甲和乙两种液体,使它们升高相同的温度,通过来比较甲和乙两种液体吸收热量的多少。

(3)实验记录的数据如下表所示,分析实验数据可知物质的吸热能力强。

加热时间/min01234甲的温度/℃3034384246乙的温度/℃1018263442考点四热机

【例题4】(2016・淮安)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,其中主要将机械能转化为内能的冲程是()

A.吸气冲程B.压缩冲程

C.做功冲程D.排气冲程

解析:在汽油机一个工作循环的四个冲程中,压缩冲程活塞向上运动,压缩燃料混合物对其做功,使气缸内的气体的内能增加,温度升高,故是将机械能转化为内能,B正确。

跟踪练习4

1.沈阳市校车安全管理办法规定校车应全部安装座椅安全带,这是为了防止急刹车时学生因具有,身体前倾而受到伤害。校车的动力来自内燃机,在所示的示意***中,***表示的是四冲程内燃机的吸气冲程。

2.一台柴油机飞轮的转速为2 400 r/min,则在1 s内,柴油机完成个冲程;对外做功的次数是。

3.(多选)在四冲程柴油机的做功冲程中,汽缸内气体的()

A.内能减小B.质量增大

C.压强减小D.温度降低

4.(2016・内江)以下机械属于热机的是()

A.火箭发动机B.发电机

C.滑轮组D.洗衣机

考点五热效率

【例5】(2016・聊城)太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106 J的太阳能,在5小时的有效照射时间内,将热水器中质量为100 kg、初温为26 ℃的水,温度升高到46 ℃。求:

(1)热水器中的水吸收的热量Q吸;[水的比热容c=4.2×103 J/(kg・℃)]

(2)热水器5小时有效照射内接收到的太阳能E;

(3)热水器5小时有效照射内接收到的太阳能,相当于完全燃烧多少m3的天然气放出的热量?(天然气的热值q=7×107 J/m3)

解析:(1)热水器中的水吸收的热量:

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

(2)热水器在5小时的有效照射时间内接收到的太阳能E=5×4.2×106 J=2.1×107 J

(3)根据题意可知Q放=E=2.1×107 J,则需要完全燃烧的天然气的体积为V=Q放q=2.1×107 J7×107 J/m3=0.3 m3

跟踪练习5

1.(多选)为节约能源,需提高热机的效率,下列措施能提高效率的是()

A.尽量使燃料充分燃烧

B.尽量减少热机部件间的摩擦

C.尽量减少废气带走的热量

D.尽量增加热机的工作时间

2.(多选)下列有关内能利用的说法不正确的是()

A.燃料的热值越大,燃烧时放出的热量越多

B.通过技术改进,热机效率可达100%

C.各种形式的能量都可以相互转化

D.热机的工作过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程

3.混合动力汽车具有节能、低排放等优点,成为汽车研究与开发领域的重点。某新型混合动力汽车启动时,内燃机不工作,蓄电池向车轮输送能量,当需要高速行驶或蓄电池电能过低时,内燃机启动,既可以向车轮输送能量,又可以给蓄电池充电,车速与所受阻力的关系如所示。在某次测试中,蓄电池储存的电能为5.12×108 J,由内燃机提供能量,汽车以50 km/h的速度匀速行驶了0.5 h,同时蓄电池的电能增加了10%,求:

(1)汽车牵引力做的功;

(2)若所用燃料的热值为4.5×107 J/kg,测试过程中消耗8 kg燃料(假设燃料完全燃烧),则放出的总热量是多少;

(3)内燃机的效率。

中考零距离

1.为了预防流感,常在教室里放醋来消毒,室内充满醋味是分子的现象,为增强效果,通常边加热边熏,这是因为分子的热运动随升高而加快。

2.我们假定水分子的直径为0.3 nm,而一滴水中大约有1.6×1021个水分子,则将一滴水中的所有分子一个挨着一个排成一排,其长度可达m,可绕学校400 m操场圈。

3.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。如所示,封闭在注射器筒内的空气很容易被压缩,这说明分子间有。爆米花芳香扑鼻,该现象说明分子不停地。

4.(2016・丽水)央视二套“是真的吗”栏目播出:人站在风车下就能让它转动,原理是人体可以加热周围空气,热空气密度变小会上升,导致风车转动。

(1)人体加热周围空气,导致风车转动,其实质是内能转化为。

(2)若风车正下方站的人越多,则风车转动越。

05.2016年1月29日的一条新闻“他在水下朝自己开***,没想到结果令人震惊”引起了小明的兴趣。虽然步***和人的距离相隔2 m左右,但是子弹竟然落在了这名挪威物理学家的前面,并没有打中他(如0)。由此可见,水给子弹的阻力要远(填“大于”或“小于”)空气对它的阻力,你猜想的理由是。

6.用炉火加热一壶水,水的温度升高了10 ℃,这是通过的方式改变其内能;若水的质量为2 kg,水吸收的热量为J。水沸腾后会顶起壶盖,此过程能量转化情况与四冲程的汽油机的冲程相似。[c水=4.2×103 J/(kg・℃)]

7.(2016・广东)如1所示,***A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意***,***E、F是演示实验的示意***。C***是冲程,与它原理相同的是***所示的演示实验。汽油机的工作示意***中机械能转化为内能的冲程是***。(后两空选填字母)

18.(2016・绵阳)关于分子,下列说法正确的是()

A.增大气体体积时,分子间只存在引力

B.减小气体体积时,分子间只存在斥力

C.拉伸固体时,分子间距离变大,势能减小

D.压缩固体时,分子间距离变小,势能增大

9.(2016・菏泽)2所示的下列现象中,通过热传递改变内能的是()

A.给冷水加热B.压缩的空气温度升高

C.下滑时臀部发热D.搓手取暖

2

10.(2016・自贡)下面是小明同学“物理学习笔记”中的摘录,其中错误的是()

A.做功和热传递在改变物体的内能上是等效的

B.分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的

C.热量总是自发地从温度低的物体向温度高的物体传递

D.燃料的热值与燃料的总质量没有关系

11.(2016・淄博)下列关于热现象的说法中正确的是()

A.温度高的物体含有的热量多

B.物体的内能增加,一定是从外界吸收了热量

C.液体的沸点随液面上方气压的增大而降低

D.冰水混合物吸热时,温度不变,内能增大

12.(双选)下列说法中正确的是()

A.水结冰后,分子静止不动

B.沿海地区昼夜温差小,主要原因是由于水的比热容大

C.水不容易被压缩是因为水分子之间存在相互作用的斥力

D.汽油的热值比柴油的热值大,完全燃烧时汽油比柴油产生的热量多

313.(2016・东营)在研究甲、乙两种液体的吸热能力时,某同学用两套完全相同的装置进行实验探究,两种液体的质量和初温相同。

(1)选用两套完全相同的装置分别给甲、乙两种液体加热,这样做的目的是

(2)写出3中所示装置的两处错误:

改正错误后,同时加热,分别记录加热时间和液体温度,数据如下表所示:

加热时间/min0123456甲的温度/℃90929496989898乙的温度/℃90939699102102102(3)加热4分钟后,甲乙两种液体温度均不再升高,原因是。

414.(2016・泰安)如4所示是“探究不同物质吸热的情况”的实验。将质量相等的水和煤油分别装在两个相同的烧杯中,然后用两个相同的酒精灯加热并不断搅拌,每隔2 min记录一次温度。实验记录如下表:

加热时间/min02468温度/℃煤油2022242628水2021222324(1)本次实验采用的科学方法是(填“下列选项的标号”)。

A.控制变量法B.理想实验

C.比值定义法D.类比法

(2)分析表格数据可知:升高相同的温度,吸收热量少的物质是。

515.(2016・德州)天然气灶使用方便、经济环保,如5所示,在一个标准大气压下,天然气灶将一壶质量为3 kg、温度为20 ℃的水加热至沸腾,大约需要10 min,已知:水的比热容为4.2×103 J/(kg・℃),天然气的热值为3.5×107 J/m3。

求:(1)水吸收的热量。

(2)若天然气完全燃烧放出的热量60%被水吸收,烧开这壶水需要多少天然气。

内能和内能的利用

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