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第一讲 分子热运动与内能
一、物质的构成
1.分子是构成物质的一种微观粒子，但不是构成物质的唯一的微观粒子，还有些物质由其他的微观粒子(原子、离子等)构成：如各种金属都是由不同的金属原子直接构成的；由分子构成的常见物质有氧气、水、二氧化碳、酒精、糖、淀粉、油等。
2.分子很小，人们通常以 1×10 m为单位来量度分子，虽然人们无法用肉眼和光学显微镜来观察分子，但可以通过电子显微镜来观察。
二、分子热运动
1.不同的物质相互接触时，发生的彼此进入对方的现象叫做扩散现象。扩散现象表明：物质的分子在不停地做无规则运动，分子间有间隙。
(1)气体、液体、固体之间都可以发生扩散现象。
(2)温度是影响扩散快慢的主要因素——温度越高，扩散越快；温度越低，扩散越慢。
2.一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，这种无规则运动就叫做分子的热运动。
三、分子间的作用力
1.分子之间有相互作用的引力和斥力。
2.固、液、气三种状态的物质中，固体分子间的距离最小，气体分子间的距离最大。固体分子间的距离小，分子间的作用力表现明显，固体难以被压缩和拉伸，从而固体具有一定的体积和形状。液体分子间的距离较大，分子间的作用力较弱，分子没有固定的位置，所以液体较难被压缩，且没有确定的形状，具有流动性。气体分子间的距离最大，分子间的作用力最弱，所以气体容易被压缩，也具有很强的流动性。
四、分子动理论
1.分子动理论的基本内容：(1)物质由大量的分子、原子构成；(2)分子在不停地做无规则运动；(3)分子之间存在相互作用的引力和斥力。
2.分子动理论的实例：人们可以闻到花香，蓝色硫酸铜溶液在清水中扩散，压缩空气等。
五、内能
1.内能是指物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和。内能的单位是焦耳(J)，简称焦。物体具有的内能与物体的温度有关，物体的温度升高时其内能增加，物体的温度降低时内能减少。
2.改变物体内能的方法有两种——做功和热传递。这两种方法对改变物体的内能是等效的.
(1)做功改变物体内能时，对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，物体本身的内能会减少。做功改变物体内能的实质是其他形式的能与物体的内能相互转化。
(2)热传递改变物体内能时，物体吸收热量，物体的内能增加；物体放出热量，物体的内能减少。热传递改变物体内能的实质是能量的转移。
六、热量
1.在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量，用符号Q表示，单位为焦耳(J),简称焦。
注意：热量是热传递过程中能量转移的量，是一个过程量，并不是物体所含内能的多少，内能是状态量。
2.热传递是有方向的，热量只从高温物体传向低温物体，或从物体高温的一端传向低温的一端。
3.影响物体吸收或放出热量的因素。
(1)物体本身的属性：一定质量的不同物体在升高相同温度时，吸收的热量不同。
(2)物体的质量：相同的物体在升高相同温度时，物体的质量越大，吸收的热量越多。
(3)物体升高的温度：相同质量的同种物体升高的温度越高，吸收的热量越多。
综合练习
一、选择题
1．下列各种现象，能说明分子在不停地运动的是
A．腌制鸭蛋，使盐进入蛋中，整个鸭蛋变成； B．汽车疾驶而过，落叶飞扬；
C．海绵吸水； D．拍打身上的衣服，灰尘掉落；
2．“拔丝红薯”是很多人喜欢的菜品，刚出锅的“拔丝红薯”香气特别浓，夹起一块红薯时就会拉出很长的丝，下列说法错误的是
A．刚出锅时香气特别浓，是因为温度越高，分子无规则运动越剧烈
B．夹起红薯时会拉出很长的丝，说明分子间存在引力
C．红薯由生到熟是通过热传递的方式改变内能的
D．已加热的红薯有内能，未加热的红薯没有内能
3．2023年五一期间，淄博烧烤火出圈，“坐高铁去撸串”等话题不断在社交平台刷屏。如图所示，羊肉串架在微炭火上烤的情景。关于烤羊肉串涉及的物理现象，下列说法中错误的是（　　）
A．肉烤熟是通过热传递的方式改变其内能 B．肉温度越高，所含热量越多
C．木炭在燃烧的过程中，热值不变 D．很远就闻到肉香，说明分子在不停运动
4．如图所示，王亚平在太空授课时，她往水球中注入适量蓝色液体，很快整个水球就变蓝了，这是由于（　　）
A．分子在不停地做无规则运动 B．分子之间既有引力又有斥力
C．物质是由分子、原子构成的 D．分子间存在间隙
5．图所示的各种现象，能说明分子间存在引力的是（　　）
A．冬天人们常搓手 B．气体扩散的实验
C．闻到香味 D．两块铅块结合一起
6．如图所示，正在后海大道上行驶的小汽车给手机充电时，下列说法正确的是（　　）
A．给手机充电时，手机中的电池相当于电源 B．给手机充电时，电能转化为化学能
C．给手机充电时，充电电压为 220V D．给手机充电时，手机会发热，这是因为热传递的缘故
7．关于下面四幅图的说法正确的是
A．甲图：发生热传递时，温度总是从高温物体传递给低温物体
B．乙图：一块0℃的冰熔化成0℃的水后，温度不变，内能变大
C．丙图：瓶内空气推开瓶塞的演示实验与热机的如图冲程原理相同
D．丁图：通过做功的方式吸收热量增加内能
8．质量和初温都相等的铝块和铜块(c铝>c铜)，放出相等热量后，相互接触，则（　　）
A．内能从铝块传向铜块 B．内能从铜块传向铝块
C．两者不发生热传递 D．温度从铜块传向铝块
9．蓄热砖式电暖器工作时先通电加热内部蓄热砖，蓄热砖达到设定高温后断电，在不通电情况下蓄热砖仍能长时间对外放热。则蓄热砖式电暖器（　　）
通电加热过程电暖器将内能转化为电能
B．蓄热砖不通电对外放热过程其内能保持不变
C．蓄热砖放热时通过热传递改变周围物体的内能
D．减少蓄热砖质量，使其升高相同温度时所需热量会更多
10．如下图所示，四杯水中内能最大的是（　　）
A． B．
C． D．
11． 图1甲为注射器，在室温恒为 T1的环境中，张老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙 所示，（由于气体分子间距离比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化）（　　）
A．活塞下压时，是通过热传递改变针筒内气体的内能 B．t1－t2过程的能量转化与图2乙相同
C．密封气体在 t2时刻的内能小于 t3时刻的内能 D．活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 T2
12．以下过程不发生物态变化，初温相同、体积相同的两块金属甲、乙吸收了相同热量，甲的末温比乙的低，那么初温相同的甲、乙放出相同热量，则（　　）
A． B．
C． D．
13． 在探究“水的沸腾”实验中，小军用题图甲所示装置进行了两次实验，根据温度计示数绘制出水的温度随时间变化的图像，如题图乙所示。由图像可知，下列说法不正确的是（　　）
A．水的沸点为99℃ B．实验所在地的大气压低于标准大气压
C．水沸腾时温度不变，内能不变 D．第一次实验所用水的质量小于第二次实验所用水的质量
14．探究某物质熔化和沸腾的实验如图甲所示，把100g某种固体碾碎放入试管中，插入温度计，再将试管放在装有水的烧杯中加热（物质在相同时间内吸收的热量相等）。根据实验数据画出的图像如图乙所示，从开始加热到实验结束的10min内消耗4g酒精，酒精的热值3.0×107J/kg，这种物质的液态比热容c=1.5×103 J/(kg·℃)，下列选项错误的（　　）
A．该物质在第5min末的内能大于第4min末的内能 B．在AB段和BC段，该物质吸收的热量相同
C．该物质固态时的比热容为3.0×103 J/(kg·℃) D．该装置能量的转化效率为50%
15．如图所示，规格相同的甲、乙两容器中分别装有3kg和4kg的纯净水，并用不同加热器同时对其加热，根据所记录的数据分别得到图丙的水温与加热时间的关系图像A和B（不计热量损失）。则下列说法正确的是（　　）
A．乙杯中水每分钟吸收的热量为1.2×105J
B．加热时间相同，甲、乙两杯水升高的温度之比为3：2
C．甲、乙两杯中的加热器每分钟放出的热量之比为3：4
D．将甲、乙两容器中的液体从20℃加热至沸腾所需要的时间之比是3：4
二、填空题
16．不断弯折铁丝，弯折处铁丝的温度升高，是通过 　 　 的方式增大铁丝的内能；把铁丝放在火上烤，铁 丝的温度升高，是通过 　 　 的方式增大铁丝的内能；如果仅仅发现铁丝温度升高了，你　 　 (填“能 ”或 “不能 ”)判断是用哪种方式使它温度升高的。
17．盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，是基建的核心装备，如图所示，刀盘旋转击碎石料过程中，温度升高，需要用水给刀盘降温，用水来降温是利用水的　 　较大，通过　 　的方式来改变盾构机的内能。
18．小珠漫步在珠海中医药市集上，能闻到淡淡的药香味，这是　 　现象。药材熬煮沸腾后，药香味更加浓郁，原因是温度越高，分子运动越　 　（选填“剧烈”或“缓慢”）。市民会使用三伏贴来调理身体，药贴能牢牢粘在身上，是因为分子间存在　 　。
19．汕头老妈宫粽球倍受海内外游客的欢迎.隔很远就能闻到粽香是　 　现象，说明分子在　 　运动，粽叶与米粒会粘一起说明分子间有　 　.
20． 2024年10月30日.搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭发射取得圆满成功。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　 　(选填“增大”或“减小")，这是通过　 　的方式来改变火箭内能的；运载火箭选用液态氢做燃料，主要是因为液态氢具有较大的　 　。
21．寒冷的冬季，小丽和小军冻得伸不出手，于是分别采取了图甲和图乙所示的不同取暖方式。从物理学的角度来看，小军是通过　 　的方式增加手的内能：两种增加内能的方式是　 　(选填“等效””或“不等效”)。小军看到一台单缸四冲程汽油机工作原理图，上面标记了飞轮转速1200r/min， 则它的气缸内燃气每秒钟对外做功　 　次。
22．【物理与传统文化】传统文化与物理交相辉映，诗歌、传统技艺和古籍中承载着古人卓越的智慧与创造力。请完成第9、10小题。
（1）图为我国古老的医疗技法——刮痧。刮痧时要在皮肤上涂一些药油，为了加快药物渗人人体，应该用木刮器在皮肤上用力地刮动，使体表温度升高，这是通过　 　 (选填“热传递”或“做功”)的方式　 　 (选填“增大”或“减小”)皮肤的内能，说明分子的热运动与物体的　 　有关。
（2）东汉学者王充在《论衡·乱龙》中记录了“顿牟掇芥”，“顿牟掇芥”的意思是摩擦过的琥珀能吸引芥菜子一类的轻小物体。琥珀与用毛皮摩擦过的橡胶棒相互排斥，可以确定琥珀带的是　 　电荷。琥珀在摩擦过程中　 　 (选填“得到”或“失去”)电子。实验室常用　 　来检验物体是否带电。
23．图甲是由 10 条导电墨线并列压在绝缘薄膜制成的电热膜，已知每根导电墨线的电阻为550Ω。电热膜正常工作 1min产生热量为　 　J，这个过程是将电能转化为　 　能。为了调节该电热膜的发热功率，现在电路中再接入一个滑动变阻器如图乙，为了使电热膜的功率在原功率的25%~100%之间变化，R的最大阻值为　 　Ω（假设电热膜电阻不受温度影响）。
24．小丽用相同的电加热器分别对质量均为 0.2kg 的水和另一种液体加热，给水加热，使水的内能　 　：得到的实验数据如图所示，则水在 16min 内吸收的热量为　 　J，另一种液体的比热容为　 　J(kg℃)(C水=4.2×103J/(kg℃))
25．小明在探究“物质的放热能力与哪些因素有关”时，分别用质量均0.5kg的水和另一种液体进行对比实验，并用图象对实验数据进行了处理，如图所示，实验过程中，水和另一种液体在相同时间内放出的热量相等，分析图象可以得出：　 　（选填“甲”或“乙”）物质为水，另一种液体的比热容为　 　J/(kg℃)，这种液体在0 15min内放出的热量为　 　J。
三、实验题
26．如题图-甲，在探究“不同物质吸热能力”的实验中：（不计热量损失）
（1）加热过程中，水和煤油吸热的多少是通过　 　 来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）.
（2）关于该实验的变量控制，下列要求中不正确的是____。
A．选用相同的电加热器
B．使用相同的烧杯
C．水和煤油的初温一定相等
D．烧杯中分别装入相同体积的水和煤油
（3）要使a和b升高相同的温度，给　 　加热更长的时间，说明　 　的吸热能力强。
（4）已知a的比热容是4.2×103J/（kg·℃），由乙图可知b的比热容是　 　J/（kg·℃）.
（5）下列选项中与本实验研究物质特性有关的是：____
A．用热水袋取暖 B．汽车的水箱
C．用冰袋为病人退烧 D．利用空调降温
27．为了比较水和食用油的吸热能力，小新同学做了如图甲所示的实验。
（1）实验前应按照　 　（选填“自下而上”或“自上而下”）的顺序组装实验器材，实验中取　 　（选填“质量”或“体积”）相同的水和食用油，用升高的温度来反映两种物质吸收的热量；
（2）小新将记录的实验数据绘制成如图乙所示的温度-时间图像，已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），根据图像可计算出食用油的比热容为　 　J/（kg·℃）；
（3）小林同学受到小新实验的启发，设计了如下实验来比较铜和铝的比热容大小：
①小林先将质量相等的铜块和铝块放入沸水中加热足够长时间，如图丙所示（加热装置未画出）；
②再将铜块和铝块分别放入盛有质量相等、温度　 　（选填“相同”或“不相同”）的水的A、B两容器中，并将容器用隔热材料密封，如图丁所示；
③经过足够长的时间后，同时测量A、B两容器中水的温度，记录数据分别为40℃和47℃；
④分析比较铜块和铝块　 　（选填“吸收”或“放出”）的热量和其他相关的物理量，可以判断出　 　（选填“铜”或“铝”）的比热容大，写出分析过程：　 　
28．如图甲所示，这是我国自主研发的一款油电混合动力汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池存能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电。在某次测试中，司机驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h。这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图丙所示，
该汽车的某些参数如表所示。（燃油热值q＝4.0×107J/kg）
电机 电池 整车
输出最大功率/kW 输出电压/V 最大容量/] 质量/t
99 300 1.2×108 　
（1）汽车轮胎制有凹凸不平的花纹是为了增大 　 　；该混合动力汽车的内燃机是一台四冲程汽油机，图乙是汽油机的 　 　冲程；汽车行驶一段时间后，油箱中剩余燃油的热值 　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）驾驶员乘坐汽车时应系好安全带，这是防止汽车紧急刹车或碰撞时人由于 　 　而被伤害。
（3）汽油机使用水做冷却剂，若4kg的水的温度升高50℃，水吸收的热量是 　 　J。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
（4）在测试过程中，该汽车的能量利用率为 　 　%。
29．用图甲所示装置探究水和煤油的吸热能力。
（1）应按照 　 　（选填“自上而下”或“自下而上”）的顺序组装实验器材：玻璃棒的作用是 　 　。
（2）实验用水和煤油的 　 　（选填“体积”或“质量”）相同；通过 　 　（选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映水和煤油吸热的多少。
（3）图乙是根据实验数据作出的水和煤油的温度随时间变化图象。由图象可知 　 　的吸热能力强；已知水的比热容是4.2×103J/（kg ℃），则煤油的比热容是 　 　J/（kg ℃）。
四、综合能力题
30．阅读材料，回答问题。
太阳能光热发电
我国自主研发的亚洲第一座100MW熔盐塔式光热电站，如图甲所示。该光热电站1.2万面定日镜（定日镜总面积）和20000吨熔盐组成，它们可以在计算机的精确控制下，能随着太阳位置变化而变化，使太阳光时刻都能聚集到吸热器上，它的工作原理如图乙所示。在该系统中，吸热器将定日镜所捕捉到的太阳光转化为液态熔盐的内能并存储起来，然后，通过熔盐放热使水变成水蒸气从而推动汽轮发电机组发电。最后，通过高压输电线将电能传输到变电站供广大用户使用。
（1）该发电过程能量转化：；高温的水蒸气推动汽轮发电机组转动发电，这是利用　 　方式改变水蒸气内能的。
（2）把图乙中的太阳光、定光器和吸热器简化成图丙所示。假设有一束太阳光早上沿图中的AO方向照射到定日镜M上，反射光沿OB方向射到接收器上，为了保持这束太阳光白天始终能经O点反射到吸热器上，定日镜M应沿　 　时针（选填“顺”或“逆”）每小时旋转　 　度。
（3）若地球表面每平方米面积上接收太阳辐射能的平均功率为1000W，则所有定日镜10min接收的太阳能可以使液态20000吨熔盐温度升高　 　℃。[已知液态熔盐比热容为，光热转换效率为50%]
（4）该光热发电站的一年发电总量如图丁所示。若采用煤发同样多的电，将会有大量二氧化碳气体排出，且每燃烧1吨煤可排放出3吨二氧化碳气体，则该发电站相当于每年减排二氧化碳　 　吨。（已知煤电转换效率为40%，煤的热值为。）
31．阅读短文，回答问题。
自动驾驶汽车
2022北京冬奥会首次基于5G自动驾驶汽车实现火炬接力，开启了自动驾驶汽车的里程碑。如图甲为一款自动驾驶汽车，其控制系统能根据路而情况作出应对，确保车辆正常行驶，上坡时，会自动切换到低速挡，使汽车的行驶速度减小并根据斜坡陡峭程度选择是否沿S型轨迹行驶；车轮遇到小石块时会自动改变牵引力越过障碍：前方有紧急情况时会自动断断续续地刹车，以防车轮抱死，减小刹车片磨损，由于车辆座椅材质上乘，刹车时乘客几乎感受不到颠簸。
车辆采用传统的燃油机和电动机作为动力源，电动力系统中包括高效电动机、发电机和蓄电池，行驶中燃油机既向车轮提供动力，又给蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过电动机向车轮输送，由燃油机和电动机共同驱动车辆前进，具有省油、能量利用率高等特点。
车内安装有测量汽车水平运动时速度变化的装置，其结构原理图如图乙，在箱体的前、后壁各安装一个压力传感器A和B，中间用两根相同的轻质弹簧连接一滑块，滑块可沿箱底无摩擦滑动，车辆静止时，
两弹簧均处于压缩状态，已知弹簧的弹力与其形变量成正比。测试时，该车在同一水平道路由静止开始加速到速度为v的过程中，牵引力做功W与速度v的对应关系如表。
v/m·s~ 5 10 17.5 20 25
W/J 2.0×105 8.0×105 2.45×106 3.2×106 5.0×106
（1）刹车时通过　 　的方式增加了刹车片的内能；技术人员在解释刹车“不颠簸”的原因时做了如下实验：用相同的力把两个相同的金属球分别在硬板凳和软垫上按压，其中图丙左侧水渍较大的是在　 　上按压留下的。
（2）下列关于自动驾驶汽车的说法中，正确的是　 　
A.汽车上坡选择沿S型轨迹行驶是为了省功
B.汽车上坡换挡，使行驶速度减小的目的是增大牵引力
C.汽车关闭油门后在水平路面滑行过程中，内能转化为机械能
D.汽车静止时，速度变化装置中两弹簧具有的弹性势能不相同
（3）如图所示，当汽车车轮通过一石块时，可将图中O2点看作支点，设车轮受到的水平牵引力为F1，阻力为F2，由此可以推断，石块越高（不高于车轮半径），所需水平牵引力越　 　（选填“大”或“小”）。
（4）汽车匀速运动时，水平运动速度变化装置中传感器A、B的示数均为10N。当车加速行驶时，传感器A的示数为8N，则汽车行驶方向　 　（选填“向左”或“向右”），传感器B的示数为　 　N。
参考答案:1．【答案】ADBAD 6-10BBACD 11-15BCCDB
16．【答案】做功；热传递；不能
17．【答案】比热容；热传递
18．【答案】扩散；剧烈；引力
19．【答案】扩散；不停地做无规则运动；引力
20．【答案】增大；做功；热值
21．【答案】做功；等效；10
22．【答案】（1）做功；增大；温度
（2）负；得到；验电器
23．【答案】5.28×104；内；55
24．【答案】增大；；
25．【答案】甲；2.1×103；4.2×104
26．【答案】（1）加热时间
（2）D
（3）a；a
（4）2.1×103
（5）A；B
27．【答案】（1）自下而上；质量
（2）2.1×103
（3）相同；放出；铝；见解析
28．【答案】（1）摩擦；做功；不变
（2）惯性
（3）8.4×105
（4）40
29．【答案】（1）自下而上；使物质受热均匀
（2）质量；加热时间
（3）水；2.1×103
30．【答案】（1）做功
（2）顺；15
（3）5.25
（4）
31．【答案】做功；软垫；B；大；向右；12

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