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第十二章　内能　内能的利用
课标链接 1.知道常见的物质是由分子、原子构成的。(物理观念)
2.通过自然界和生活中的一些简单热现象,了解分子热运动的一些特点。(物理观念)
3.知道分子动理论的基本观点。(物理观念)
4.了解内能和热量。(科学思维)
5.从能量转化的角度认识燃料的热值。(物理观念)
6.通过实验,了解比热容,尝试用比热容说明简单的自然现象。(科学探究、物理观念)
7.了解热机的工作原理。(科学思维)
8.知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。(科学态度与责任)
9.知道能量守恒定律,列举日常生活中能量守恒定律的实例。(物理观念)
10.有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。(物理观念)
11.从能量的转化和转移的角度认识效率。(科学思维)
必备知识夯基础
考点 1
分子动理论
考点清单
物质的 构成 常见的物质是由极其微小的粒子——分子和原子构成的,原子是由原子核与绕核运动的电子组成的。分子很小,人们通常以10-10m为单位来量度 分子热 运动 定义 因分子的运动跟温度有关,所以这种无规则运动叫分子的热运动
特点 一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。温度越高,分子热运动越剧烈
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
说明 分子在不停地做无规则的运动、分子间存在间隙
影响 因素 扩散现象跟温度有关,温度越高,扩散进行得越快
示例 “酒香不怕巷子深”“蝴蝶嗅到花香”“墙角放煤,日久变黑”“桂花飘香”
分子间 的作 用力 分子间存在引力,如被紧压在一起的铅柱很难被分开;分子间还存在斥力,如“破镜”无法“重圆” 分子间作 用力的特点 当固体被压缩时,作用力表现为斥力
当固体被拉伸时,作用力表现为引力
如果分子间相距很远,作用力就变得十分微弱,可以忽略
分子动 理论 常见的物质是由大量的分子、原子构成的 一切物质的分子都在不停地做无规则运动 分子间存在相互作用的引力和斥力
特别提示　分子是不能用肉眼直接观察到的,凡是能用肉眼直接观察到的小物体(如灰尘、花粉等)都不是分子。
教材素材再利用
1.将如图所示装置中的玻璃板抽掉后,两个瓶子内的气体会彼此进入对方,这种现象叫作扩散现象,它说明分子在不停地做无规则的运动。
2.如图所示,将两个底面平整、干净的铅柱紧压后,两个铅柱就会结合在一起,即使在下面吊一个较重的物体也不会将它们拉开。这个实验表明分子间存在引力。
3.如图所示,把一块玻璃板用弹簧测力计拉出水面时,观察到弹簧测力计的示数变大(选填“变大”“变小”或“不变”),原因是分子间存在引力。
考点 2
内能
1.内能及其影响因素
分子 动能 构成物质的分子在不停地做热运动,温度越高,分子热运动的速度越快,它们的动能也就越大
分子 势能 由于分子之间存在类似弹簧形变时的相互作用力,所以分子也具有势能,这种势能叫作分子势能
定义 构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和,叫作物体的内能
说明 物体的内能与温度、质量、材料、状态有关,内能是不同于机械能的另一种形式的能。一切物体,不论温度高低,都具有内能,如:炙热的铁水具有内能;冰冷的冰块,温度虽然低,其中的水分子仍然在做热运动,所以也具有内能,物体温度降低时内能减小,温度升高时内能增大
物体的内能与温度和质量有关;一切物体在任何情况下都有内能
2.改变内能的方式
方式 实质 条件 方向 实例 说明
热传递 能量的转移 存在温度差(吸热或放热) 由高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分 a.用热水袋取暖;b.晒太阳;c.烧水,水变热;d.烤火御寒;e.哈气取暖等 做功和热传递在改变物体的内能上是等效的,一个物体温度升高,有可能是对物体做了功,也有可能是发生了热传递
做功 能量的转化 物体对外做功或外界对物体做功(摩擦、压缩等) 外界对物体做功,物体的内能可能增大;物体对外做功,物体的内能可能减小 a.钻木取火;b.用锯条锯木板,锯条、木板均发热;c.两手互相搓,觉得暖和;d.陨石坠入地球大气层成为流星
教材素材再利用
4.如图所示,小安从滑梯顶端由静止滑下,重力势能转化为动能,同时小安的臀部感觉发热,这是通过做功的方式改变内能。
5.如图所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,发现硝化棉燃烧,说明对物体做功,物体的内能增加。
6.如图所示,烧瓶内盛少量水,向瓶内打气,当瓶塞跳起时,可以看到瓶内出现白雾,它是水蒸气液化形成的,这是因为气体膨胀对外做功,温度降低,内能减小。
考点 3
比热容
物理意义 比热容是描述物质吸热本领的物理量
定义 某种物质,在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比,叫作这种物质的比热容,用符号c表示
公式 c=
单位 焦每千克摄氏度,符号是J/(kg·℃)
水的比热 容及意义 水的比热容是4.2×103 J/(kg· ℃),它表示的物理意义是质量为1 kg的水温度升高(或降低)1 ℃时,吸收(或放出)的热量是4.2×103 J
水的比热容的应用 制冷剂、散热剂、调节气候
补充 ①吸热公式:Q吸=cm(t-t0)
②放热公式:Q放=cm(t0-t)。其中c表示比热容,m表示物体的质量,t0表示初温,t表示变化后的温度即末温
③比热容与物质的种类和状态有关,与物质的质量大小、温度的高低、吸收或放出热量的多少无关
特别提示　在常见的物质中,水的比热容最大。但并非所有跟水有关的应用都用到了水的比热容大这一特性。
考点 4
热值和热机
1.热值
定义 燃料完全燃烧放出的热量Q与燃料质量m的比值,叫作这种燃料的热值
单位 焦每千克,符号是J/kg
公式 q=
理解 ①酒精的热值是3.0×107 J/kg,表示1 kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107 J
②热值是燃料本身的一种特性,它与燃料的种类有关,与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系
特别提示　对于气体燃料来说,热值q=,热值单位为J/m3。
2.热机
定义 把内能转化为机械能的机器
原理
种类 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等
3.汽油机的工作过程
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程

进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动 两气门关闭,活塞向上运动 两气门关闭,活塞向下运动,火花塞产生电火花 进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动
— 机械能转化为内能 内能转化为机械能 —
4.热机效率
定义 热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比
公式 η=
能量 流向 燃料完全燃烧放出的能量E
提高热机 效率途径 ①让燃料尽可能充分燃烧,如将煤粒磨成煤粉、加大送风量等;
②利用废气的能量;
③机件间保持良好的润滑、减小摩擦
5.能量的转化与守恒
内容 能量既不会凭空消失,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变
说明 ①能量的转化和转移都是具有方向性的;
②能量的转化是通过物体做功来实现的,能量的转化过程中,能量的形式发生了改变;
③能量的转移过程中,能量的形式没有发生变化
特别提示　能量守恒定律不同于机械能守恒定律。所有的能量转化和转移过程,都遵循能量守恒定律,而机械能守恒是有一定条件的。
教材素材再利用
7.如图所示,酒精灯对试管中的水加热,是通过热传递的方式改变水的内能。当水蒸气推动塞子迅速冲出管口,水蒸气的内能转化为塞子的机械能,利用这个原理发明了热机。
考向突破增知能
考向 1
分子动理论
命题角度
例1两个相同的杯子中装有质量相同的冷水和热水,分别向两杯中放入同样的糖块,冷水中的糖块比热水中的溶解得慢,这是因为冷水温度低导致(　　)
A.物质分子不运动
B.水分子间没有间隙
C.糖分子间没有斥力
D.物质分子运动缓慢
答案:D
对应练1下列现象中不能用分子动理论知识解释的是(　　)
A.煮茶叶蛋时,蛋壳会变成茶色
B.当有人用油漆刷门窗时,周围能闻到刺鼻油漆味
C.在空调房间内吸烟看到烟雾在空中弥漫
D.腌制腊肉时放入盐后很长时间使肉变咸
答案:C
考向 2
内能
例2关于温度、热量和内能,下列说法正确的是(　　)
A.温度相同的物体内能一定相等
B.汽油机的做功冲程中燃气的内能减小
C.我们不敢大口喝热气腾腾的汤,是因为汤含有的热量较多
D.摩擦生热过程将机械能转化为内能,这些内能又可以自发地转化为机械能
答案:B
方法归纳　温度、热量和内能之间的联系
　

对应练2下列实例中,通过热传递改变物体内能的是(　　)
A.搓手取暖
B.用冷水冷却热鸡蛋
C.钻木取火
D.磨刀时刀的温度会升高
答案:B
考向 3
比热容的理解与应用
例3某太阳能热水器内装有100 kg温度为20 ℃的水,阳光照射一天后,水温升高到90 ℃,热水器内的水吸收了　　　　 J的热量,水的内能是通过　　　　　的方式被改变的。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
答案:2.94×107　热传递
对应练3下表是一些物质的比热容[单位J/(kg·℃)],根据表中数据和生活现象,下列判断正确的是(　　)
物质 比热容c/[J·(kg·℃)-1] 物质 比热容c/[J·(kg·℃)-1]
水 4.2×103 铝 0.88×103
煤油、冰 2.1×103 铁、钢 0.46×103
沙石 约0.92×103 铜 0.39×103
A.不同种类的物质,比热容一定不同
B.比热容与物质的状态无关
C.质量相同、初温相同的铝块和铜块吸收相同的热量,铜块的末温更低
D.沿海地区昼夜温差小,是因为水的比热容较大
答案:D
考向 4
热机
例4汽油机的四个冲程中,哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程(　　)
答案:C
对应练4在学校科技节活动中,小明用饮料瓶自制了火箭模型,如图所示,他在瓶子的内侧壁安装了一个遥控电火花发生器,按下按钮会产生电火花。演示时从瓶口喷入雾状酒精并盖上锥形纸筒,按动电火花发生器的按钮,纸筒立即飞出,关于此过程分析正确的是(　　)
A.纸筒飞出后瓶内气体的内能减少,温度降低
B.能闻到酒精的气味是因为分子间存在斥力
C.酒精不完全燃烧时热值变小
D.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程
答案:A
考向 5
热量、效率的相关计算
例5用液化气灶把1.5 kg、初温为20 ℃的水加热到100 ℃,需要吸收的热量为　　　　　J。若上述过程中完全燃烧0.021 kg液化气且只有60%的热量被水吸收,则液化气的热值为　　　　　　J/kg
[已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)]。
答案:5.04×105　4×107
解析:水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1.5 kg×(100 ℃-20 ℃) =5.04×105 J;由题知,Q吸=Q放×60%=m液化气q×60%,液化气的热值q==4×107 J/kg。
方法归纳　热学综合计算题的命题角度,往往是内能的转移效率问题,主要有烧水的效率问题和热机的做功效率问题,两个问题中,总的能量W总=Q放,具体根据Q放=qm或Q放=qV计算。有用功不同,在烧水问题中,有用功就是水吸收的热量,Q吸=cm(t-t0),效率η=;在热机做功的问题中,有用功指的是机械能,η=。
对应练5随着科技发展,人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30 kg,这些氢燃料完全燃烧释放的热量为　　　　 J,若这些热量完全被水吸收,可使　　　　 kg水的温度从20 ℃升高到 100 ℃。
答案:4.2×109　1.25×104
实验突破
比较不同物质吸热的情况
试验点
实验 方法 物质温度升高时,吸收热量的多少与多个因素有关,在探究时,需利用控制变量法。物质吸收热量的多少不容易测量,用加热时间的长短来比较吸收热量的多少,这种方法叫作转换法
实验 装置
测量 器材 测温度:温度计
测时间:停表
实验 设计 控制水和食用油质量、升高的温度相同,比较加热时间的长短,且保证烧杯和电加热器的规格相同
测量 数据

小组 液体 名称 液体质量 m/g 液体初温 t1/℃ 液体末温 t2/℃ 升高的温度 Δt/℃ 通电时间
t/min
1组 水 100 15 45 30 10
2组 食用油 100 15 45 30 4
3组 食用油 100 15 75 60 8
实验 结论 (1)质量相同的不同物质,升高相同的温度,吸收的热量不相同。
(2)质量相同的同种物质,升高的温度越高,吸收的热量越多
评估 交流 (1)实验中比较水和食用油吸收热量的多少,是通过比较电加热器加热时间的长短。
(2)使烧杯、电加热器的规格相同的目的是保证在加热时间相同时,水和食用油吸收的热量相同
例题如图所示,在“比较不同物质吸热的情况”实验中,各取质量为50 g、初温为20 ℃的水和食用油分别装在两个相同的烧杯中,用两个相同的酒精灯加热,每隔1 min记录一次数据,如表所示。
物 质 加热时间/min 消耗酒精/g 末温 /℃ 物 质 加热时间/min 消耗酒 精/g 末温
/℃
食 用 油 1 0.5 54 水 1 0.5 35
2 1.0 88 2 1.0 50
3 1.5 122 3 1.5 65
(1)分析实验数据可知,　　　　(选填“水”或“食用油”)的吸热能力更强。
(2)实验中主要用到的科学探究方法有控制变量法和　　　　法。
(3)根据表中记录的数据,则2 min内食用油吸收的热量是　　　　 J,所使用的酒精灯的加热效率为　　　　[q酒精=3.0×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]。
答案:(1)水　(2)转换　(3)6.3×103　21%
多维训练培素养
1.将等量白糖分别放入同样多的热水和冷水中,在不搅拌的情况下,热水变甜得更快。这里影响水变甜快慢的主要因素是(　　)
A.体积 B.质量
C.温度 D.密度
答案:C
2.如图所示,点燃香薰炉内蜡烛加热香薰液,一会儿,房间内充满了香气。对该过程分析正确的是(　　)
A.蜡烛燃烧将内能转化为化学能
B.香薰液通过做功增加内能
C.香薰液吸热升华变成香气
D.香气弥漫是扩散现象
答案:D
3.内能的利用推动了工业和社会的快速发展。下列机器设备利用内能工作的是(　　)
A.电动机 B.计算机
C.汽油机 D.照相机
答案:C
4.下列实例中属于做功改变物体内能的是(　　)
A.图甲中,炉火烧水
B.图乙中,搓手取暖
C.图丙中,用暖手宝暖手
D.图丁中,热鸡蛋放在冷水中冷却
答案:B
5.下列说法正确的是(　　)
A.0 ℃的物体内能为零
B.清晨树叶上的露珠是水蒸气液化形成的
C.晶体熔化过程中吸收热量,温度升高
D.尘土飞扬,说明分子做无规则运动
答案:B
6.【跨学科试题】冬至时节煮饺子,小明发现其中蕴含了很多物理知识。下列说法正确的是(　　)
A.冷冻饺子中的分子不运动
B.冷冻饺子升温过程中内能不变
C.煮熟的饺子香气四溢是扩散现象
D.煮熟的饺子冷却是通过做功的方式改变内能
答案:C
7.轿车行驶过程中,油箱中的汽油逐渐减少,剩余汽油的热值、密度变化情况为(　　)
A.热值不变,密度不变
B.热值不变,密度变小
C.热值变小,密度不变
D.热值变小,密度变小
答案:A
8.如图所示,用酒精灯加热试管中的水,水加热后产生大量水蒸气将塞子顶出,同时管口出现“白雾”。下列说法正确的是(　　)
A.水受热是通过做功的方式改变内能
B.塞子被顶出,内能转化为机械能
C.“白雾”是水汽化形成的
D.酒精消耗过程中热值变小
答案:B
9.下列与热学知识相关的说法正确的是(　　)
A.酒精燃烧时热值不断变小
B.“酒香不怕巷子深”说明分子间存在斥力
C.内燃机在压缩冲程中,机械能转化为内能
D.发烧时擦酒精降温是用做功的方式改变内能
答案:C
10.小明在家用热水加热盒装牛奶,这是通过　　　的方式改变了牛奶的内能;将初温为20 ℃、质量为300 g的牛奶加热到40 ℃吸收的热量是
　　　　　　 J。[牛奶的比热容c牛奶=2.5×103 J/(kg· ℃)]
答案:热传递　1.5×104
11.某家用轿车的发动机是四冲程汽油机,它在　　　　　　冲程将机械能转化为内能;该轿车百公里消耗汽油6 kg,这些汽油完全燃烧放出　　　 J的热量。(q汽油=4.6×107 J/kg)
答案:压缩　2.76×108
12.为了比较不同物质的吸热能力,小阳取来相同规格的两个电加热器、完全相同的两个烧杯、两个温度计,分别对甲、乙两种液体加热,装置如图所示。实验前应保证甲、乙两种液体的　　　　相同;实验时小阳每隔1 min记录一次液体的温度,记录结果如下表,通过分析表中数据可知　　　　　液体的比热容较小。
加热时间/min 0 1 2 3 4
甲液体温度/℃ 20 30 40 50 60
乙液体温度/℃ 38 46 54 62 70
答案:质量　甲
13.利用如图(a)所示的实验装置比较不同物质的吸热能力。
(1)实验时,选取质量　　　　、初温相同的甲、乙两种不同液体,用相同的酒精灯加热,加热时液体温度升高,这是通过　　　　的方式来增大内能的。
(2)根据实验数据绘制的温度随时间变化关系的图像如图(b)所示,分析可知,
　　　　液体的吸热能力更强。
(3)实验完成后,酒精灯中剩余酒精的热值　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
答案:(1)相等　热传递　(2)乙　(3)不变
14.用细线把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面,稳定时记下弹簧测力计的示数,即玻璃板所受重力的大小。使玻璃板下表面接触水面,然后稍稍用力向上拉玻璃板,直到刚好离开水面,不计玻璃板离开水面沾的少许水。关于此过程中弹簧测力计的最大示数问题,实验之前同学们展开猜想:
甲同学认为示数小于玻璃板所受的重力,因为玻璃板会受到浮力作用;
乙同学认为示数等于玻璃板所受的重力,因为二力平衡;
丙同学认为示数大于玻璃板所受的重力,因为大气压对玻璃板有力的作用。
你认为三位同学的分析是否正确 说出你的判断结果,并解释产生这个现象的原因。
答案:不正确。因为玻璃板和水接触在一起,玻璃分子和水分子间的距离在引力作用的范围内,水分子和玻璃分子之间存在相互作用的引力,故向上拉玻璃板时,弹簧测力计最大示数大于玻璃板所受的重力。

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