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第10讲 分子运动论、内能、热量与热机
知识梳理
【复习重点】
1.分子运动论的基本观点
(1)物质是由分子(或原子、离子)等微观粒子构成的。
(2)分子在不停地做无规则运动(即热运动)。分子的热运动宏观表现为扩散。扩散的方向总是从高浓度向低浓度进行。21cnjy.com
(3)分子间存在间隔。一般情况下，同种物质分子间隔大小：气态>液态>固态(水例外)，气态时分子间距大约是固液态分子间距的10倍。【来源：21cnj*y.co*m】
(4)分子间存在相互作用力(包括引力和斥力)，其相互作用力的大小与分子的势能有关。
2.内能与热量
物质内部大量分子做无规则运动时所具有的能叫作内能(俗称热能)。内能即物体内部大量分子运动时所具有的动能和势能的总和。物体的温度越高，其内部的分子运动越快，内能就越大。注意：内能增加时物体的温度不一定升高，如冰块熔化时吸热，内能增加，但温度不变。
做功和热传递是改变物体内能的两种方式。对物体做功时物体内能增加，其实质是机械能转化为物体的内能；物对外做功时内能减少，其实质是物体内能转化为机械能。热传递的形式有传导、对流和辐射三种。热传递的方向是从物体的高温端传向低温端或者从高温物体传向低温物体。热量指热传递过程中物体吸收或放出的能量的多少。热量的多少与内能的大小没有直接联系。
3.比热与热量计算
单位质量的某种物质，温度升高1℃(或降低1℃)能吸收(或放出)的热量，叫作某种物质的比热。比热是物质的一种特性，不同的物质一般具有不同的比热。水的比热(4.2×103J/(kg·℃))在所有物质中是最大的。21·cn·jy·com
物体吸、放热的计算公式：Q=cmΔt。
热传递过程中若无热量损失，则有Q吸=Q放。
热传递过程中若有热量损失，设热传递效率为η，则有Q吸=Q放η。
4.热值
燃料燃烧的过程是化学变化的过程。从能量转变的角度看燃料燃烧是化学能转变为内能。
燃料的热值是1kg的某种燃料完全燃烧所放出的热量，可用“q燃”来表示，单位为J/kg(气体燃料的热值单位为J/m3)。燃料的热值是燃料的一种特性。21*cnjy*com
一定质量的燃料完全燃烧时所放出的热量，可用公式Q=m·q燃进行计算。
5.热机
初中科学中所涉及的热机主要是内燃机中的汽油机。汽油机的结构主要包括气缸、活塞、链杆、曲轴、火花塞和两个气门。工作一周期曲轴转2圈，每半圈为一个冲程，每个周期有吸气、压缩、做功和排气四个冲程。其中只有做功冲程是内能转化为机械能的冲程。要注意每个冲程中各结构的工作情况，即要求能根据汽油机的各结构运动或工作情况，判断属于哪个冲程。
【复习难点】
1.物体内能与热量概念的区别，改变物体内能的两种方式。
2.热机(主要是汽油机)的工作结构特点及四个冲程的工作过程。
【易考点】
1.利用分子运动论对有关现象进行解释、内能与热量两者概念的区别、改变物体内能的两种方式。
2.利用比热公式与热值的相关计算，一般与其他知识点结合起来考查。
3.汽油机四个冲程的工作过程。
考点精析
考点一 分子运动论的基本观点
例1、如图所示，将两个表面光滑清洁的铅块放在一起挤压后，发现它们会结合在一起。这个现象说明 。想把这个实验做成功，要利用铅块较软的特点并且要用力挤压，据此你推想分子间作用力的一个特点是 。21*cnjy*com
【解题思路】将两个表面光滑清洁的铅块放在一起挤压后，发现它们会结合在一起，这个现象说明分子间存在着引力。要利用铅块较软的特点并且要用力挤压，它们才会结合在一起，说明分子间的引力只有在分子间距很小的情况下才起作用。
【参考答案】分子间存在引力引力只有在分子间距很小的情况下才起作用
【方法归纳】当分子间距大到一定值时，分子间作用力不起作用。
【易错误区】深化理解分子之间的作用力是解答本题的关键。
考点二 内能与热量
例2、【安徽】下列关于功、内能和热量的描述中，正确的是()
A.物体的温度不变，内能一定不变
B.做功和热传递都能改变物体的内能
C.温度高的物体含有的热量比温度低的物体多
D.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
【解题思路】内能的多少与物体的质量、温度、状态有关，温度不是决定物体内能大小的唯一因素，还应考虑其他因素。改变物体内能有做功和热传递两种方式，这两种方法是等效的；同一物体，温度高时含有的内能(而不是热量)一定比温度低时多，热量不是状态量，不能说含有或者具有热量；热传递的条件是有温度差，热传递时，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，热量从高温物体传给低温物体，但内能小的物体温度可能比内能大的物体温度高，因此热量也可能由内能小的物体传给内能大的物体。【来源：21·世纪·教育·网】
【参考答案】B
【方法归纳】本题涉及的知识有改变物体内能的两种方式，内能与热量、温度的联系与区别。
【易错误区】物体吸热或升温，内能一定增大；但物体吸收热量，温度不一定升高，例如晶体熔化时要吸热，其内能增加但温度不变。
考点三 热量及其计算
普光气田是我国川东第一大气田，随着该气田的开发和利用，大大改善了我们的生活环境。已知天然气的热值为3.0×107J/m3，水的比热为4.2×103J/(kg·℃)，请回答下列问题：
(1)在一个标准大气压下，小李想把一壶盛有质量为2kg温度为20℃的水烧开，不计水壶吸收的热量，则需吸收的热量为 J。
(2)若天然气完全燃烧时有20%的热量被水吸收，则需完全燃烧天然气的体积为 m3。
【解题思路】(1)把2kg温度为20℃的水烧开所吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J。
(2)由题意知，Q吸=Q放η，且Q放=q燃V，则需要天然气的体积：V==0.112m3。
【参考答案】(1)6.72×105 (2)0.112
【方法归纳】利用公式计算即可。
【易错误区】气体燃料热值的单位一般为“J/m3”，这与固体燃料的热值是有所区别的。
考点四 热机(汽油机)的工作过程
例4、【滨州】汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图所示为四冲程汽油机的工作循环示意图。下列说法中，不正确的是()21教育名师原创作品
A.甲冲程是把机械能转化为内能
B.乙冲程是排气冲程
C.丙冲程是把机械能转化为内能
D.丁冲程是吸气冲程
【解题思路】热机的工作包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程。图甲：气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为了内能；图乙：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；图丙：气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为了机械能；图丁：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程。
【参考答案】C
【方法归纳】准确判断内燃机的四个冲程以及对涉及能量转化的两个冲程的理解是解题的关键。要结合火花塞的工作情况、气门和活塞运动的情况进行判断。21教育网
【易错误区】无法将图片所示与各自的工作冲程对应起来。
考点五 有关热机的计算
例5、【江西】莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”使其高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的。这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/(kW·h)，已知汽油的热值为4.6×107J/kg。(温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/(kW·h)表示获得1kW·h能量消耗0.2kg汽油)求：
(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量。
(2)该汽车发动机可以达到的最高效率。(结果保留整数)
【解题思路】(1)根据Q放=mq求出汽油完全燃烧时放出的热量；(2)根据题意可知，获得1kW·h能量消耗0.2kg汽油，根据η=放求出热机的效率。www.21-cn-jy.com
【参考答案】(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量Q放=mq=0.2kg×4.6×107J/kg=9.2×106J。
(2)完全燃烧0?2kg汽油获得的能量W=1kW·h=3.6×106J，汽车发动机的效率η=≈39%。21·世纪*教育网
【方法归纳】本题主要考查对热值和热机效率计算公式的理解和掌握。
【易错误区】要能根据最低油耗数据推知其有用功的能量。
探究提升
例、阅读材料，回答下列问题：
圆形的水滴
小明早晨在上学的途中发现停留在树叶上的露珠都是圆圆的。他把这一现象告诉了小红，小红兴奋地说：“对，我也发现了。还有自来水开关里滞留着的水滴也是呈圆形落下来的。”小明说：“水滴为什么呈圆形呢？”www-2-1-cnjy-com
他们查阅、分析了大量有关资料。得知：水滴的表面被一层看不见的绷紧的表皮覆盖着。在水的里面，每个分子都受到来自周围各个方向的同样大小的力的牵拉。但是在水面上，和空气接触的方向没有拉力的作用。也就是说，只有朝水的内侧拉的力在起作用。这个力会使水面变小，所以水滴就变圆了。有些体重较轻的小动物和昆虫可以在水面上行走，就是利用了水的表面张力。
这激起了两人的好奇心，他们想：水的表面张力会被破坏吗？小明认为会，小红则表示怀疑。于是他们决定用实验来检验。先在脸盆上倒上水，在水面上放几个用电光纸剪成的小人。然后拿一块肥皂接触水面中心，小人立刻向四周散开。2·1·c·n·j·y
为什么会这样呢？原来，肥皂和洗涤剂中含有碱，它们能破坏水的表面张力。当肥皂溶于水后，这部分肥皂水的表面张力突然减小，于是小人就向着表面张力大的方向移动。2-1-c-n-j-y
(1)根据你刚才的阅读，将空格补充完整：表面张力是液体内部的分子把表面层分子向 拉的力所引起的，表面张力使水的表面尽可能的变 ，最后成 形的。【出处：21教育名师】
(2)用铝箔剪一艘小船，在铝箔上钻一小孔，将一小块肥皂插进小孔，把船放进干净的水里，小船就会向前进，你能解释一下其中的道理吗？【版权所有：21教育】
【解题思路】(1)在液体的里面，每个分子都受到来自周围各个方向的同样大小的力的牵拉。在液体表面上，和空气接触的方向没有拉力的作用。也就是说，只有液体内部的分子把表面层分子向液体内部拉的力的作用。这个力就是表面张力，这个力会使水面变小，最后成圆形的。(2)肥皂和洗涤剂中含有碱，它们能破坏水的表面张力。当肥皂溶于水后，这部分肥皂水的表面张力突然减小，于是小船就向着表面张力大的方向移动。21世纪教育网版权所有
【参考答案】(1)液体内 小 圆 (2)当肥皂溶于水后，改变了水的表面张力，于是小船就向着表面张力变大的方向移动。如果水面比较大，表面张力的大小不一致到一致需要较长时间，因此小船就可以在水面上行进许久。
【方法归纳】此题属于信息给予题，是中考的常见题型，只要认真阅读，有一定的分析能力和归纳总结能力，将题目中给予的信息与平时所学的知识结合起来答题即可。
【易错误区】受太多信息干扰，对如何答题无从下手。
【考点范围】分子间的作用力。
专项训练
拓展训练
题目详见书本

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