初中物理人教版九年级全册第2节 内能课堂检测
展开考点精讲
考点1:分子热运动
1.分子动理论的内容
① 常见的物质是由大量的分子、原子构成的;
② 物质内的分子在不停地做热运动;
③ 分子之间存在引力和斥力。
2.分子间存在间隙:水和酒精混合后体积减小,说明了分子间存在间隙。
(1)固体和液体难压缩,说明组成固体和液体的分子间距较小。
(2)气体很容易被压缩,说明组成气体的分子间距较大。
3.扩散现象
① 定义:不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象,叫做扩散。
② 扩散现象表明:一切物质的分子都在不停地作无规则的运动,同时还说明分子之间有间隙。
③ 扩散现象是由于分子不停地运动形成的,并不是在宏观力的作用下发生的,分子的运动是分子自身具有的特性,与外界的作用无关。
拓展:从气体、液体和固体的扩散速度可知,气体分子的无规则运动最剧烈,固体分子的无规则运动最不剧烈,液体分子无规则运动的剧烈程度在气体和固体之间。
4.分子的热运动
① 定义:一切物质的分子都在不停的做无规则的运动。这种无规则运动叫做分子的热运动。
② 温度越高,物质的扩散越快,分子运动越剧烈。
注意:任何温度下,构成物质的分子都在不停的做无规则运动,仅是运动速度不同而已。不能错误的认为0℃以下的物质分子不会运动。
③分子运动越剧烈,物体温度越高。
5.分子间存在着引力和斥力的现象
① 说明分子间存在引力的现象有:很多物体有一定的形状;在荷叶上,两滴水靠近时可自动合并为一滴水;固体很难被拉断;两块底面磨平的铅块相互紧压后会结合在一起等。
② 说明分子间存在斥力的现象有:物体不能被压缩到无限小,固体和液体很难被压缩。
③ 值得注意的是分子间的引力和斥力的作用范围是很小的,只有分子彼此靠得很近时才能产生,分子间的距离太大时,分子间的作用力就十分微弱甚至为零。破镜难以重圆的原因。
④ 不同物质分子间的引力和斥力也不一样。
【例1】(2021·山东泰安市·中考真题)将苹果放到纸箱里,在箱外就能闻到苹果的香味,这是______现象。
【例2】“便利贴”的背面有粘性,可方便地贴在课本上,其利用的物理知识是( )
A. 分子间有引力 B. 分子间有斥力
C. 分子间有空隙 D. 分子是运动的
考查的重点是分子热运动的基本内容.
① 扩散现象说明一切物质的分子都在不停地做无规则运动;同时也说明了分子间存在间隙;
② 分子间同时存在着相互作用的引力和斥力;
③ 分子运动的快慢与温度有关,温度越高,分子运动越剧烈。
1.东亚文化之都﹣﹣泉州,风景秀丽。能说明分子无规则运动的是( )
A.天柱山薰衣草落叶归根。B.虹山村油菜花花香阵阵
C.清源山缤纷秋叶色彩梦幻D.九仙山雾淞 玉树琼花
2.公共场所都贴了如图所示的标志,这主要是考虑到一人吸烟,多人受害。原因是( )
A.物质是由分子组成的B.分子在不停地做无规则的运动
C.分子之间存在斥力D.分子之间存在引力
3.在下列现象中,说明温度越高分子无规则运动越剧烈的是( )
A.煮饭时,看见饭粒在水中翻滚
B.花丛中闻到花的香味
C.洗衣粉放入冷水中很长时间才能溶解完,放在热水中很快就溶解完了
D.室内扫地时,在暖暖的阳光照耀下,看见灰尘在空中飞
4.“花气袭人知骤暖,鹊声穿树喜新晴。”从物理学的角度可以这样理解:当时周边的气温突然变暖,花朵分泌的芳香油分子的 运动就越 (选填“快”或“慢”),因此花香就特别浓郁,这是一种 现象。
5.如图,要探究分子热运动的剧烈程度与温度是否有关,应选甲、乙两个 (选填“相同”或“不同”)的透明玻璃水杯放置在水平桌面上,分别盛有质量 的纯净水(选填“相等”或“不等”),同时向两个水杯中分别滴入一滴红墨水,过一会儿观察到温度高的杯中墨水扩散的 (选填“快”或“慢”)。
考点2:内能
1.物体的内能:
(1)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,叫做物体的内能。
(2)单位:焦耳(J),各种形式能量的单位都是焦耳。
2.影响物体内能大小的因素
3.热传递和做功的区别
4.温度、热量、内能是热学中的三个基本物理量,应正确理解三者之间的区别与联系。
【例1】如图是某物体由液态变为固态过程温度随时间变化的图象,下列说法正确的是( )
A.t4时刻物体内能为零B.t2、t3时刻物体内能相等
C.t2时刻物体内能比t3小D.t1时刻物体分子动能比t2 时刻大
【例2】一个物体的内能增加了,表明( )
A.该物体一定做了功 B.该物体一定吸收了热量
C.物体的机械能增加了 D.可能是外界对物体做了功,也可能是物体吸收了热量
【例3】关于温度、热量和内能,下列说法中正确的是( )
A.物体内能增加时,温度一定升高 B.物体温度不变时,物体的内能就一定不变
C.物体的温度越高,所含热量越多 D.内能小的物体也可能将热量传给内能大的物体
一切物体在任何温度、任何状态下都有内能.
改变物体内能的方法有两种:一是做功,二是热传递.两种方式在改变物体内能上是等效的.
热传递的条件:物体之间存在着温度差.
热传递是传递热量,而不是传递温度,更不是传递某种物质;热传递是把热量由温度高的物体传递给温度低的物体,不是由内能多的物体传递给内能少的物体.
与内能有关的因素:温度(影响分子无规则运动的剧烈程度)、质量(影响分子个数)、体积和状态(影响分子势能).
1.(2021·四川成都市·中考真题)成都正以新发展理念创建公园城市,让市民可以出门见绿意,抬头望雪山。对下列美好生活场景的分析,正确的是( )
A.春天,蒲江品茗春茶暖;热茶暖手,是通过做功改变手的内能
B.夏天,龙泉戏水浸心凉;水比岸边石头凉,说明水的比热容小
C.秋天,新都赏桂满城香;花香袭人,是分子无规则运动的结果
D.冬天,郫都望雪西岭上;山顶积雪常年不化,积雪的内能为零
2.(2021·云南中考真题)据悉,联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP15)将于2021年10月在云南省昆明市召开,届时远方的宾客将有机会品尝云南特色小吃“过桥米线”。以下说法正确的是( )
A.热汤表面的油层加快了汤汁的蒸发
B.加入米线后,热汤从米线吸收热量
C.放入热汤中的肉片很快熟了,是通过做功的方式增加了内能
D.汤的香气扑鼻,说明分子在不停地做无规则运动
3.关于温度、内能、热量三者之间的关系,下列说法正确的是( )
A. 温度高的物体,内能一定大 B. 同一物体温度升高,一定吸收了热量
C. 同一物体吸收了热量,温度一定升高 D. 同一物体温度升高,内能一定增加
4.关于热量,下列说法正确的是( )
A.热水比冷水含的热量多 B.一大桶水比一小桶水含的热量多
C.一个物体内能越多,它具有的热量越多 D.热量是热传递过程中物体内能的改变量
5.蒸馒头的师傅在用手从蒸笼里拿刚蒸熟的馒头时,为了避免手被烫伤,要先用手蘸一下凉水,他这样做的主要道理是( )
A.利用凉水是热的不良导体,把手和热馒头分开
B.利用凉水温度低,能快速降低蒸笼内水蒸气的温度
C.利用凉水蒸发要吸热,能降低水的温度
D.利用凉水先对手进行冷却,同时又由于水的比热容较大,避免手被烫伤
6.如图所示的事例中,不是通过做功的方式改变物体内能的是( )
考点3:实验探究
1.实验探究:不同物质的吸(放)热本领探究
①设计实验:在比较不同物质吸热的情况时可以采取以下两种方法:
a、选取质量相同的不同物质,让他们吸收相同的热量,比较它们升高的温度,温度升高少的物质吸热本领强;b、选取质量相同的不同物质,使它们升高相同的温度,比较他们吸收热量的多少,吸收热量多的物质吸热本领强。
②实验器材及需要测量的物理量
实验器材:相同规格的电加热器、烧杯、温度计、天平、停表、水、煤油等
实验需要测量的物理量:
a、用温度计测水和煤油的初温t0、末温t末;
b、用天评测水和煤油的质量m;
c、用停表记录加热时间t。
③实验记录表格
④实验过程
实验装置如图所示,取两只相同的烧杯分别装入500g水和500g煤油,他们的初温都与室温相同,用相同的电加热器加热。
a、对水和煤油加热相同的时间,观察并读出温度计的示数;
b、让水和煤油升高相同的温度,记录并比较加热时间。
⑤分析论证:给质量、初温相同的水和煤油加热,是他们吸收相同的热量(加热时间相同),煤油的温度升的比水高;使它们升高相同的温度,对水加热的时间更长一些,表明水与煤油的吸热本领不同。
⑥探究归纳:质量相等的不同物质,升高相同的温度,吸收的热量不同;质量相等的不同物质,吸收相同的热量,升高的温度不同。实验说明不同种类的物质吸热的本领不同。
2.【注意】:(1)试验中水和煤油的质量相同,而非体积相同。
(2)电加热器要放在烧杯底部,以使整杯水或煤油受热均匀。
(3)温度计的玻璃泡高度适当,全部浸入液体中且玻璃泡不能碰到容器底、容器壁和电加热器。
(4)为了使探究结论具有普遍性,可以让几个小组选用不同的液体进行试验,这样可以减小实验中偶然因素造成的误差,使实验结论更具有普遍意义。
【例1】(2021·云南昆明市·中考真题)图是探究“物质吸热规律”的实验装置:
(1)取质量相同的水和煤油分别放入两个______的容器里,用两盏同样的酒精灯对它们进行加热,升高______温度时比较它们吸收热量的多少,来衡量谁吸热能力更强;
(2)取相同质量的水和煤油的目的,是为了______(选填“便于比较”或“控制变量”);
(3)在对水和煤油加热的方式上,有酒精灯和电加热器两种热源可供选择,选用______更容易控制让煤油和水吸收的热量相同;
(4)如果甲、乙两组同学进行分工合作,甲组对水进行加热和记录,乙组对煤油进行加热和记录。他们加热的水和煤油的初温、末温、质量、电加热器的功率和加热时间等都不相同。若温度差用表示、质量用m表示、电加热器的功率用P表示、加热时间用t表示,忽略热损失,则吸收的热量为。此时要衡量水和煤油谁的吸热能力更强,他们应该用______(用已给物理量写出表达式)分别进行计算,得到的______水和煤油、温度升高______吸收的热量,就可以进行比较了。
实验中用到的科学方法有转换法和控制变量法.
① 转换法:相同的加热器加热相同的时间(即质量相同的不同物质吸收相同的热量),温度升高得少的物质,吸热能力强;质量相同的不同物质升高相同的温度,相同的加热器加热时间越长(即吸收更多的热量)的物质,吸热能力强.
② 控制变量法:为了能简单地从后来温度的多少来反映物质的吸热能力,在实验中一定要保证两种物质的质量相同,初温相同.
如图所示,在两个相同的烧杯中分别装有质量、初温都相同的水和沙子,用两个相同的酒精灯对其加热。
(1)加热相同时间后,分别测量两者的温度,发现沙子的温度明显高于水,这是因为 ;加热时搅拌沙子,目的是 。
(2)在两烧杯上方分别盖上玻璃片,过一会儿发现装水烧杯上方的玻璃片内侧有小水珠,用手摸两个玻璃片,发现装 (选填“沙子”或“水”)烧杯上方的玻璃片温度比较高,原因是 。
考点4:比热容
1.五点透析比热容
①比热容是物质自身的性质之一,它反映了不同物质吸、放热本领的强弱,比热容大的物质吸、放热本领强,比热容小的物质吸、放热本领弱。
②比热容的物理意义:如水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),其物理意义是:质量为1kg的水,温度升高(或降低)1℃时,所吸收(或放出)的热量为4.2×103J。
③对于同一物质,比热容的数值还与物质的物态有关,在不同物态下,比热容是不同的。如:水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),而冰的比热容是2.1×103J/(kg·℃).
④物质的比热容不随物质的质量、吸收(或放出)热量的多少及温度的变化而变化;只要是相同的物质,在物态相同时,不论其形状、质量、温度高低、放置地点如何,比热容一般都相同。
⑤不同物质的比热容一般不同,同种物质(物态相同)的比热容相同
2.热量的计算公式
① 吸热公式: ② 放热公式:
式中c表示物质的比热容,m表示物体的质量,t0表示物体原来的初温,t表示放热后的末温,“t0-t”表示降低的温度,有时可用△t表示,此时吸热公式可写成。
【例1】(2021·四川泸州市·中考真题)位于泸州国家高新区的渔子溪生态湿地公园,秉承生产、生活、生态的理念,下列涉及的物理知识判断正确的是( )
A.湖底看起来比实际的浅,这是因为光的折射形成的
B.戴着蓝色玻璃墨镜的游客看见湖面的荷叶是绿色的
C.高楼在湖面所成的像是光沿直线传播形成的
D.烈日当空,湖中水温要比岸边鹅卵石的温度低,是因为水的比热容比鹅卵石的小
【例2】(2021·安徽中考真题)沙漠地区昼夜温差大,主要原因是砂石的比热容较小。初温为20℃,质量为50kg的砂石吸收3.6×106J的热量后,温度升高到______℃ 。[砂石的比热容为0.9×103J(kg·℃)]。
【例3】物理兴趣小组的同学在研究“沙子和水谁的吸热本领大”时,选用了两只完全相同的酒精灯分别给质量都是200g的沙子和水加热。他们绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图象如图所示。已知水的比热容是4.2×103J/(kg•℃),那么请问:
(1)图中a图和b图哪个是沙子吸热升温的图象?
(2)加热满2min时,水吸收了多少热量?
(3)试求出沙子的比热容。
进行热量计算时应注意的四个问题
① 正确理解公式中各量的物理意义。
② 统一公式中各物理量的单位务必统一。
③ 公式适用于物态不发生变化时物体升温(或降温)过程中吸热(或放热)的计算。
如果吸、放热过程中存在着物态变化,则不能使用这几个公式。
④ 解题时要认真审题,注意文字叙述中升高t(℃),升高了t(℃),降低t(℃),降低了t(℃)对应的是温度的改变量,而升高到t(℃),降低到t(℃)对应的是物体的末温为t(℃)。
1.质量和初温都相同的水和铜块,分别吸收相同的热量后将铜块投入水中(c水>c铜,不计热损失),则( )
A.水的温度升高,铜块的温度降低,且水升高的温度和铜块降低的温度相同
B.水的温度降低,铜块的温度升高,且水降低的温度和铜块升高的温度相同
C.水的温度升高,铜块的温度降低,且水增加的内能和铜块减少的内能相同
D.水的温度降低,铜块的温度升高,且水减少的内能和铜块增加的内能相同
2.两个质量不同的金属块,放出相同热量,降低相同温度,则( )
A.质量大的金属块的比热容一定大 B.质量大的金属块的比热容一定小
C.质量大的金属块的比热容可能大 D.两个金属块的比热容有可能相同
【答案】 B
3.1 kg 20 ℃的水吸收4.2×105 J的热量后,它的末温在下列给出的四个温度中,最多有几个可能( )
①80 ℃②100 ℃③120 ℃④130 ℃
A.1B.2C.3D.4
4.酒精和水充分混合后总体积小于混合前的总体积,此现象说明组成物质的分子间有 。汽车发动机常用水做冷却剂,这是因为水的 较大。
5.在烈日当空的海边玩耍,你会发现沙子烫脚,而海水却是凉凉的,这是因为海水的 较大;沙子的温度升高,是通过 的方式改变内能的。
6.一壶水在炉火上加热,水温升高,其内能 (选填“增大”、“不变”或“减小”),改变物体内能有两种方式,这是通过 方式改变其内能的。2千克的水温度升高10 ℃,水吸收的热量为 焦。[c水=4.2×103焦/(千克·℃)]
7.一个热水袋内装有1 kg的水,水的温度是90 ℃,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),问热水袋内的水放出1.68×105 J的热量后,水的末温是多少?
8.质量500 g的某金属块,当温度升高80 ℃时,吸收了1.84×104 J的热量,该金属块的比热容是多少?可能是哪种金属?
9.随着人们生活水平的提高,越来越多的家庭采用“水地暖”进行取暖。其原理是:在房间地面装饰层下铺设散热管道,通过管道内的热水散热提高室温。当供水温度为45 ℃时,单位面积的散热功率与地面装饰层材料、散热管材料的对应关系见下表:
(1)若该地暖系统的总水量为2×103 kg,将全部的水从5 ℃加热至45 ℃,水至少需要吸收多少热量?[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)某家庭木地板的面积为80 m2,散热管材料为聚丁烯(PB),供水温度为45 ℃,则该供暖系统每小时的散热量为多少焦耳?
(3)“水地暖”散热量除与散热时间、面积有关外,你认为还与哪些因素有关?请至少写出两点。
决定因素
物体内能大小的解释
物体的质量
它反映了物体内部分子数的多少。在其他条件相同的情况下,分子数目越多,分子动能和分子势能的总和越大。例如同样是20℃的一桶水和一杯水,一桶水的内能就比一杯水的内能大的多。所以,同温度、同物态、同一种物质组成的物体的内能与它的质量有关,质量越大,内能就越大;质量越小,内能就越小
物体的温度
它一方面反映了物体内部分子运动的剧烈程度,温度越高,分子平均速度越大,分子动能就越大。另一方面,对于固体和液体,分子平均速度越大,分子偏离平衡位置的距离也越大,也就是热胀冷缩现象,此时物体体积变大,分子势能也变大。所以物体的温度越高,内能越大。
物体的体积
它反映了分子间平均距离的大小,因此分子间距离的大小变化引起分子力大小的变化,从而影响到分子势能的大小,也影响了物体内能的大小。
物质的种类
因为不同物质的分子大小、结构不同,分子间作用力也不同,在温度相同时,它们的分子动能、分子势能也不相同。
物体的物态
物体的物态不同,其分子间的距离不同,相互作用力也不同,分子势能就会不同。因此,物体的物态不同,其内能也不同。例如,100g0℃的冰与100g0℃的水比较,冰熔化成水时需吸收热量,故水的内能更大
实质
条件
方式(方法)
举例
热传递
内能的转移过程
不同的物体或物体的不同部分之间存在温度差
热传导、热对流、热辐射
烧红的铁块放入冷水中,内能从高温铁块转移到低温的水,铁块的内能减少,水的内能增加
做功
其他形式的能与内能之间的相互转化过程
外界对物体做功,物体的内能增加
压缩体积、摩擦生热、锻打物体、拧弯物体
打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折细金属丝
物体对外界做功,物体的内能减少
体积膨胀等
装着开水的暖水瓶内的水蒸气将瓶盖顶起来,水蒸气的内能减少
温度
热量
内能
定义不同
宏观上:表示物体的冷热程度。微观上:反应物体内大量分子无规则运动的剧烈程度
在热传递过程中,传递能量的多少
构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和
量的性质
状态量
过程量
状态量
表述
可以用“降低”“升高”“降低到”“升高到”“是”等表述
可以用“吸收”或“放出”等表述
可以用“有”“具有”“改变”“增加”“减少”等表述
单位
摄氏度(℃)
焦耳(J)
焦耳(J)
关系
热传递可以改变物体的内能,使其内能增加或减少,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
物质
质量m/kg
初温t0/℃
末温t末/℃
升高的温度△t/℃
加热时间t/min
水
煤油
两个角度
物质的吸热本领
物质温度改变的难易程度
具体说明
比热容大的表示吸热本领强
比热容大的表示温度难改变
比热容小表示吸热本领弱
比热容小表示温度容易改变
解释
相同质量的不同物质升高相同的温度,比热容越大,吸收的热量越多,比热容越少,吸收的热量越少
相同质量的不同物质吸收相等的热量,比热容越大温度升高的越少,比热容越小温度升高的越多
应用
某些机器设备用水做冷却剂
沿海地区昼夜温差较小,内绿地去昼夜温差较大
物质
比热容c/[J/(kg·℃)]
铝
0.88×103
铁、钢
0.46×103
铜
0.39×103
汞
0.14×103
散热管/地面
装饰层材料
陶瓷
塑料
木地板
聚乙烯(PE-RT)
136.6 W/m2
103.5 W/m2
93.5 W/m2
聚丁烯(PB)
125.7 W/m2
96.9 W/m2
90.0 W/m2
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