专题05 内能及内能的利用（解析版）

主题一 声光热 专题05 内能及内能的利用 考点内容 课标要求 命题预测 分子热运动 了解分子热运动的 主要特点，知道分子动 理论的基本观点 属于常考热点，主要考查扩散现象和分子动理论。 题型主要是选择题和填空题。主要命题点有：扩散现 象、分子热运动与温度的关系、分子间作用力、用分子 动理论解释生活现象等。 内能及改变内 能的方式 了解内能 主要考查内能的概念、与温度的关系、改变内能的 方式。常见考题类型是选择题、填空题。命题点有：内 能与温度的关系、做功和热传递改变内能方式的辨析 等。 比热容及相关 计算 了解比热容，能运 用比热容说明简单的自 然现象 比热容是物理学的重要概念，比热容的应用也是越 来越与环保话题结合。主要考查选择题、填空题、实验 探究题和计算题。命题点有：比热容的应用、比热容图 像分析、探究不同物质吸热能力、比热容的相关计算。 热机 了解热机的工作原 理 主要考查选择题、填空题。命题点有：四冲程汽油 机的工作原理、能量转化、柴油机与汽油机的区别等。 热值和热机效 率 从能量转化的角度 认识燃料的热值，从能 量转化和转移的角度认 识效率 主要考查选择题、填空题、计算题。命题点有：理 解热值的概念和意义、热机效率的含义及相关计算、提 高热机效率的方法等。 能量的转化和 守恒 知道能量守恒定 律，列举日常生活中能 量守恒的实例，有用能 量转化与守恒的观点分 析问题的意识。 主要考查选择题、填空题。命题点有：辨析能量转 化和转移的实例、用能量守恒定律解释生活中的现象。 1．（新情境）（2023·鄂州）如图所示，该玩具叫做爱心温度计。由上下两个玻璃瓶和中间一段弯 曲的心形细玻璃管组成，事先在下面瓶子里装有乙醚液体（沸点约为34℃）。把热的手捂在下面瓶底装 有液体的部位，一会后，乙醚沸腾起来，导致下方玻璃瓶上部气压增大，使液体顺着瓶子里的细玻璃管向 上涌。松开手后，液体又会流回底部。 （1）手握瓶底时，手掌的热通过 （选填“做功”或“热传递”）的方法，改变了乙醚的内能； （2）松开手后，玻璃瓶上方乙醚蒸气经 （填物态变化名称）又流回底部。 【答】热传递 液化 【解析】（1）[1]改变物体的内能有两种物理过程，即做功与热传递。手握瓶底时，瓶底从手掌吸收 了热量，乙醚从瓶底吸收了热量，能量发生了转移，故手掌的热是通过热传递的方式改变了乙醚的内能。 （2）[2]松开手后，乙醚蒸汽无法继续吸收热量，乙醚蒸气遇冷液化成液态乙醚，流回瓶底。 2．（跨学科）（2023·常州）家用小型风力发电机独特的尾翼结构，能使其旋翼自动迎风，如图甲 所示。海边，仅在海陆风因素的影响下，图乙、图丙所示的情形通常分别发生在（ ） ．白天、夜晚 B．夜晚、白天 ．白天、白天 D．夜晚、夜晚 【答】 【解析】水的比热容大于砂石和泥土的比热容，白天太阳照射时，海洋升温慢，陆地升温快，陆地的 热空气就上升，地面附近海洋的空气来补充，气流就从海洋向陆地，即风从海洋吹向陆地；晚上陆地很快 就冷却下来，而海洋则很慢，海洋的温度高，而陆地的温度低，地面气体就从陆地流向海洋，即风从陆地 吹向海洋。因此白天，风力发电机翼朝向朝向大海，晚上，风力发电机翼朝向陆地。则图乙是白天，图丙 是晚上。故符合题意，BD 不符合题意。 故选。 3．（新考法）（2023·赤峰）阅读短文，回答问题 图是17 世纪一种原始热机的示意图，以下是它对外做一次功的简要概述： ①燃烧燃料，对锅炉里的水加热，产生大量的水蒸气； ②高温水蒸气通过锅炉与汽缸间的阀门进入汽缸； ③关闭锅炉与汽缸间的阀门，打开水箱与汽缸间的阀门，向汽缸里注入冷水； ④汽缸里大量的水蒸气液化成水； ⑤活塞向下运动，对连杆产生巨大的向下的拉力，从而对外提供动力做功。 （1）改变内能的方法有两种，①中通过 的方法使水的内能增大； （2）④中水蒸气液化，要 热量； （3）不计活塞质量，在④和⑤中，汽缸内大量水蒸气液化成水，导致汽缸内气压减小，在 的作 用下，活塞向下运动。 【答】热传递 放出 外界大气压 【解析】（1）[1]改变内能的方法有两种：做功和热传递。①中燃料燃烧对锅炉中的水加热，是将燃 料燃烧的热量传递给了水，即通过热传递增大了水的内能。 （2）[2]物体从气态变为液态的过程叫做液化，液化时放出热量。 （3）[3]在④和⑤中，汽缸内大量水蒸气液化成水，气缸内气压减小，而外界大气压不变，若不计活 塞质量，则在外界大气压作用下，活塞将向下运动。 ►考向一 分子热运动 1．（2023·兴安盟）盛夏时节，百花绽放。四溢的花香引来了蜜蜂吸食花蜜，表明（ ） ．分子间有斥力 B．分子间有间隙 ．分子间有引力 D．分子是运动的 【答】D 【解析】四溢的花香引来了蜜蜂吸食花蜜，这是一种扩散现象，扩散现象表明花香分子在不停地做无 规则运动，故D 符合题意，B 不符合题意。 故选D。 2．（2023·益阳）安化腊肉是益阳的传统美食之一，制作时先在鲜肉表面均匀涂上食盐，过一段时 间后，肉的内部也具有了咸味。这一现象说明（ ） ．物质是由大量分子组成的 B．分子在不停地做无规则的运动 ．分子之间存在斥力 D．分子之间存在引力 【答】B 【解析】制作时先在鲜肉表面均匀涂上食盐，过一段时间后，肉的内部也具有了咸味，属于扩散现象， 扩散现象表明分子在不停地做无规则的运动，故B 符合题意，D 不符合题意。 故选B。 3．（2023·淄博）抽取式餐巾纸表面有花纹，对折成形，交错叠放，封装在纸盒里。如图所示，使 用时打开封口，闻到餐巾纸淡淡的香味，这是 现象。抽出一张就会带出下一张，主要依靠餐巾纸之 间的 力。 【答】扩散 摩擦力 【解析】[1]打开塑料袋封口，闻到面巾纸淡淡的香味，这是扩散现象，是分子在不停地做无规则运动 的结果。 [2]根据题意知道，抽取式面巾纸是叠套压实，表面有褶皱或压痕，说明接触面粗糙且有压力，当抽出 第一张面巾纸时，两张纸之间则存在相对运动，所以，上一张面巾纸带起下一张面巾纸，主要依靠相邻两 张面巾纸之间的摩擦力。 4．（2023·北京）如图所示，两个相同瓶子的瓶口相对，之间用一块玻璃板隔开，上面的瓶中装有 空气，下面的瓶中装有密度比空气大的红棕色二氧化氮气体。抽掉玻璃板后，可以看到： ，这属于扩 散现象。 【答】两个瓶子内的气体逐渐混合，颜色变得均匀 【解析】分子永不停息地做无规则运动，抽掉玻璃板后，可以看到：两个瓶子内的气体逐渐混合，颜 色变得均匀。 特别提醒： 1 对扩散现象的认识和理解 （1）扩散的快慢与物体的温度有关。温度越高，扩散进行得越快，反之越慢。 （2）扩散现象表明：一切物质的分子都在不停地做无规则的运动；分子之间存在着间隙。 2 利用分子动理论解释现象 （1）一是要将分子与宏观物体区分开，分子很小，用肉眼根本观察不到； （2）注意分析题目中的主体是不是运动的分子； （3）明确分子的运动是不受任何外力影响而进行的，而宏观物体的运动是受外力影响的结果。 ►考向二 内能及改变内能的方式 5．（2023·海南）下列生活实例中，利用做功改变物体内能的是（ ） ． 暖手宝暖手 B． 棉被被晒热 ． 烧水水温升高 D． 搓手取暖 【答】D 【解析】．暖手宝暖手，手通过暖手宝吸收热量，温度升高，是通过热传递改变物体的内能，故不符 合题意； B．棉被被晒热，棉被从阳光中吸收热量、温度升高，是通过热传递改变物体的内能，故B 不符合题 意； ．烧水水温升高，是通过热传递改变物体的内能，故不符合题意； D．用双手互相摩擦取暖，该过程中克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，属于做功改变物体的内 能，故D 符合题意。 故选D。 6．（2023·攀枝花）下列情况中，物体内能减小的是（ ） ．冰雪消融 B．钻木取火 ．压缩气体 D．开水冷却 【答】D 【解析】．冰雪消融，吸收热量，内能增大，故不符合题意； B．钻木取火，克服摩擦做功，机械能转化为内能，内能增大，故B 不符合题意； ．压缩气体做功，是对气体做功，可以使气体的内能增大，故不符合题意； D．开水冷却，水放出热量，内能减小，故D 符合题意。 故选D。 7．（2023·营口）关于温度、内能、热量，下列说法正确的是（ ） ．温度高的物体含有的热量多 B．物体吸收热量，温度一定升高 ．气体膨胀对外做功，自身内能会减少 D．热传递过程中，温度从高温物体传递给低温物体 【答】 【解析】．热量是过程量，不能说物体含有的热量多，故错误； B．物体吸收热量过程中温度不一定升高，例如：晶体在熔化过程中，吸热但温度不变，故B 错误； ．气体膨胀对外做功，内能转化为机械能，则物体内能减小，故正确； D．在发生热传递时，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，内能总是从高温物体转移到低温物体， 故D 错误。 故选。 解题技巧： 1 热量与内能的关系 （1）物体吸收热量时内能增加，放出热量时内能减少，因此热量是物体内能变化的量度。热量的 单位和内能的单位一样，也是焦耳。 （2）不能说某物体“含有”或“具有”多少热量，只能说某物体在热传递过程中吸收或放出多少 热量。 （3）热传递可以改变物体的内能，使内能增加或减少，但温度不一定改变（如晶体的熔化、凝固 过程），即物体吸热，内能会增加，物体放热，内能会减少，但物体的温度不一定发生改变 2 区分两种改变物体内能的方法 做功改变物体的内能的实质是能量的转化，即内能的变化是由于内能与机械能之间的相互转化引起 的，对物体做功时机械能转化为内能，则物体内能增加，物体对外做功时内能转化为机械能，则物体内 能减少；而热传递改变物体的内能的实质是能量的转移，即内能从一个物体转移到另一个物体，或者从 同一个物体的高温部分转移到低温部分，无其他能量参与，能量的种类没有变化。 ►考向三 比热容及相关计算 8．（2023·济南）如图所示为济南和青岛两市2022 年全年平均气温的变化。由图可知：济南全年 的平均气温和青岛相差不大，但济南的平均高温要明显高于青岛，而平均低温要比青岛低。从物理学的角 度看，这主要是因为（ ） ．海水的密度比砂石的密度大 B．海水的内能比砂石的内能大 ．海水的比热容比砂石的比热容大 D．海水的温度比砂石的温度高 【答】 【解析】由于青岛是沿海城市，济南是内陆城市，海水的比热容比砂石的比热容大，相同质量的海水 和砂石，吸收或放出相同的热量时，海水的温度比砂石的温度变化少，所以青岛的温差比济南的温差小， 与密度、内能、温度都无关，故符合题意，BD 不符合题意。 故选。 9．（2023·恩施）冬季，某供热系统中有10kg 水，当温度降低1℃时，可给房间放热（ ） ． B． ． D．以上都不对 【答】 【解析】当温度降低1℃时，可给房间放热 Q=mΔt=42×103/(kg·℃)×10kg×1℃=42×104 故选。 10．（2023·哈尔滨）北方的暖气大多用水作为散热剂，是因为水的比热容较 。有质量为50kg 的水流过暖气，温度下降2℃，放出的热量是 。[ ] 【答】大 【解析】[1]北方的暖气大多用水作为散热剂，是利用水的比热容大的特点，相同质量的水和其它物质 比较，降低相同的温度，水放出的热量多。 [2] 根据Q=mΔt 知，质量为50kg 的水流过暖气，温度下降2℃，放出的热量是 11．（2023·通辽）如图所示，在“比较不同物质吸热情况”的实验中，各取质量为50g、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1m 记录一次数据，如下 表所示。 物质 加热时间/m 消耗酒精/g 末温度/℃ 物质 加热时间/m 消耗酒精/g 末温度/℃ 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2m 内食用油吸收的热量是 ，所使用的酒精灯的加热效率为 （q 酒精=30×107/kg，水=42×103/(kg·℃)）。 【答】 水 转换 63×103 21% 【解析】（1）[1]由表中数据可知，相同质量的水和食用油，吸收相同热量时，食用油的温度变化量 更大，故可知水的吸热能力更强。 （2）[2]实验中为了控制无关变量，应控制水和食用油的质量和初温相同，故运用了控制变量法，将 水和食用油吸收热量的多少转化为加热时间，运用了转换法。 （3）[3][4]因2m 内水和食用油吸收的热量相同，故由Q=mΔt 可得 Q 吸=水m 水Δt 水=油m 油Δt 油=42×103/(kg·℃)×005kg×(50℃-20℃)=63×103 由Q=mq 可得，酒精完全燃烧释放的热量为 Q 放=m 酒精q 酒精=1×10-3kg×30×107/kg=30×104 故可得所使用的酒精灯的加热效率为 解题技巧： 1 理解比热容的概念 （1）比热容是物质本身的一种性质，每种物质都有自己的比热容； （2）比热容的大小只决定于物质本身，与物体质量的大小、温度改变的多少、物体吸收或放出热 量的多少无关，但是同种物质在不同物态时的比热容一般不同 2 水的比热容大的应用 （1）冷却或取暖。由于水的比热容较大，在一般情况下，一定质量的水升高（或降低）一定的温 度而吸收（或放出）的热量比相同质量的其他物质升高（或降低）相同的温度吸收（或放出）的热量 多，所以我们利用水作冷却剂或取暖。 （2）一定质量的水吸收（或放出）较多的热量而自身的温度却改变不多，这一点有利于调节气 候。 3 物体在热传递过程中吸收或放出热量的多少可以用公式 来表示。用Q 表示吸收或放出的 热量，表示物质的比热容，m 表示物体的质量，t0表示物体的初温，t 表示物体的末温，则物体吸收的 热量为 ，物体放出的热量为 。 ►考向四 热机 12．（2023·营口）下列四幅图中，属于做功冲程的是（ ） ． B． ． D． 【答】 【解析】．两个气门都关闭，活塞向上运动是压缩冲程，故不符合题意； B．进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动是吸气冲程，故B 不符合题意； ．两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，故符合题意； D．进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动是排气冲程，故D 不符合题意。 故选。 13．（2023·雅安）如图是我国古代发明的取火器模型图，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空 气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中机械能转化为 能，内燃机工作的 冲程原理 与该过程相同。 【答】 内 压缩 【解析】[1][2]把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此 过程中压缩套筒内空气做功，使套筒内气体的内能增加，达到艾绒的着火点。在该实验中，活塞的机械能 转化为筒内空气的内能，与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。 14．（2023·齐齐哈尔）如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。 若该汽油机1s 对外做功15 次，则汽油机的飞轮速度为 。 【答】 压缩 1800 【解析】[1]图中的进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程。 [2]四冲程汽油机在1s 内对外做功15 次，则汽油机1m 做功900 次，由于汽油机一个工作循环完成 4 个冲程，飞轮和曲轴转2 圈，对外做功1 次，所以汽油机的飞轮1m 内飞轮转1800 次，即该汽油机工 作时飞轮的转速为1800r/m。 解题技巧 1 判断四个冲程的方法 判断四个冲程的关键是看两个气门的关闭情况和活塞的运动方向。 汽油机的工作过程 冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 进气门开闭情况 打开 关闭 关闭 关闭 排气门开闭情况 关闭 关闭 关闭 打开 活塞运动方向 向下 向上 向下 向上 冲程的作用 吸入汽油和空气的 混合物 压缩汽油和空气混 合物，使其压强增 大，温度升高 在压缩冲程末，火 花塞放电点燃燃 料，产生高温高压 排出废气 燃气。高温高压燃 气推动活塞做功， 通过连杆带动曲轴 转动 能的转化 无能量转化 压缩汽油和空气的 混合物，机械能转 化成内能 燃料燃烧，化学能 转化成燃气的内 能；燃气推动活塞 做功，内能转化成 机械能 无能量转化 联系 ①每个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，完成—个做 功冲程 ②在—个工作循环中，只有做功冲程燃气对外做功，其他3 个辅助冲程，依 靠飞轮的惯性完成，不但不做功，还要消耗机械能 2 汽油机与柴油机的比较 汽油机在汽缸顶部有火花塞，而柴油机没有，但有喷油嘴，并且汽油机上的火花塞与柴油机上的喷油 嘴的工作时刻都是压缩冲程末。在吸气冲程中，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入 的只有空气。在压缩冲程中，柴油机的温度更高，压强更大，因此导致它们的点火方式不同。 ►考向五 热值和热机效率 15．（2023·赤峰）轿车行驶过程中，油箱中汽油逐渐减少，剩余汽油的热值、密度变化情况为（ ） ．热值不变，密度不变 B．热值不变，密度变小 ．热值变小，密度不变 D．热值变小，密度变小 【答】 【解析】热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等因素 无关，所以油箱中汽油逐渐减少，热值不变。密度也是物质的一种特性，只与物质的种类、状态有关，与 物质的质量、体积等因素无关，所以油箱中汽油逐渐减少，密度不变。故符合题意，BD 不符合题意。 故选。 16．（2023·威海）2023 年5 月30 日，在酒泉基地发射的“神舟十六号”载人飞船升空过程中， 燃料舱内的液态氢的热值 （选填“变大”“不变”或“变小”）；若 液态氢完全燃烧放出的热 量有60%被水吸收，水温升高了 ，则水的质量为 。（ ， ） 【答】 不变 40 【解析】[1]燃料的热值只与燃料的种类有关，因此飞船升空过程中，燃料舱内的液态氢的热值不变。 [2] 液态氢完全燃烧放出的热量有 放出的热量有60%被水吸收，由 得水吸收的热量为 由 得水的质量为 17．（2023·兴安盟）民谚“五月五、过端午、蒸粽子”，呈现了端午节文化习俗。蒸粽子是利用 水沸腾产生的水蒸气进行加热。用25kg 的水蒸粽子，当水沸腾时，水温升高了80℃。 ， 。求： （1）从加热至沸腾，水吸收的热量； （2）