内能和内能的利用

郑宁白

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，在所示的示意图中，图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“他在水下朝自己开枪，没想到结果令人震惊”引起了小明的兴趣。虽然步枪和人的距离相隔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，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图。C图是冲程，与它原理相同的是图所示的演示实验。汽油机的工作示意图中机械能转化为内能的冲程是图。（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。