专题05 内能、内能的利用（讲义）-中考物理一轮复习讲练测（广东专用）

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01考情透视·目标导航
02知识导图·思维引航
03考点突破·考法探究
考点一 分子热运动
考点二 内能
考点三 比热容
考点四 热机
考点五 热机效率
考点六 能量转化与守恒
04题型精研·考向洞悉
题型一 分子热运动
考向01：分子热运动与扩散现象
考向02：分子间相互作用力
题型二 内能
考向01：内能的概念与内能大小的比较
考向02：改变物体内能的方式
考向03：温度、内能与热量辨析
题型三 比热容
考向01：比热容概念及应用
考向02：探究不同物质吸热能力
考向03：比热容相关计算
题型四 热机
考向01：热机及其工作原理
考向02：汽油机、柴油机及相关计算
题型五 热机效率
考向01：热值及其相关计算
考向02：热机效率及其计算
题型六 能量转化与守恒
考向01：能量的转化与转移
考向02：能量守恒定律
05分层训练·巩固提升
基础巩固
能力提升
考点一 分子热运动
一、物质的构成
1．物质的构成：常见物质是由大量及其微小的粒子—分子、原子构成的。
2．分子的大小：分子的直径很小，通常以10-10m来量度，所以一个看似很小物质中都会包含大量的分子，如一个小水滴中含有约1021个水分子。
3．分子间有间隙
实验演示：取50ml的水与50ml酒精，倒入量筒中，轻轻摇晃几下，静止后观察量筒中液体体积，发现水喝酒精混合后的总体积小于100ml。
这是酒精与水的混合过程。实际上是酒精分散到了水中，从微观的角度看，酒精分子分散到了水分子中间，这一现象说明水分子和酒精分子间都有间隙。
二、分子热运动
1．探究实验：物质的扩散
2．扩散现象
（1）定义：不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象叫扩散。扩散现象的实质是分子(原子)的相互渗入。
（2）扩散现象表明：一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动，也说明物质的分子间存在间隙。
（3）影响扩散的因素：温度越高，扩散越快(即分子无规则运动跟温度有关，温度越高分子无规则运动越剧烈)。
扩散现象的物理意义：在扩散过程中，气体分子从密度较大的区域移向密度较小的区域，经过一段时间的掺和，密度分布趋向均匀。在扩散过程中，迁移的分子不是单一方向的，只是密度大的区域向密度小的区城迁移的分子数，多于密度小的区域向密度大的区域迁移的分子数。
扩散现象的实质：扩散现象是气体分子的内迁移现象。从微观上分析是大量气体分子做无规则热运动时，分子之间发生相互碰撞的结果。由于不同空间区域的分子密度分布不均匀，分子发生碰撞的情况也不同。这种碰撞迫使密度大的区域的分子向密度小的区域转移，最后达到均匀的密度分布。
判断扩散现象的方法：确认某种现象是否属于扩散现象时，关键是要看不同的物质彼此进入对方是自发形成的，还是在外力作用下形成的，是由于分子运动形成的，还是由于宏观的机械运动形成的。由于分子运动而自发形成的属于扩散现象，受外力作用下的宏观机械运动形成的现象就不属于扩散现象。例如，秋天，桂花飘香属于由于分子运动而形成的扩散现象，而冬天，雪花飘扬是由于雪花受重力和风力作用下的机械运动，它不属于扩散现象。
3．分子热运动
（1）探究实验：物质的扩散
三、分子间相互作用力
1．探究实验：分子间的作用力
2．对分子间引力和斥力的理解：邻近分子间同时存在相互作用的引力和斥力；实际表现出来的是分子引力和斥力的合力，称为分子力；分子间的引力和斥力都跟分子间距离有关系。
3．分子动理论：物质是由大量的分子或原子组成的，分子间有间隙；构成物质的分子在不停地做无规则热运动；分子间存在着引力和斥力。
考点二 内能
一、内能
1．分子动能和分子势能
(1)分子动能：分子在永不停息地做着无规则的热运动。物体内大量分子做无规则热运动所具有的能量称为分子动能。物体的温度越高，分子运动得越快，它们的动能越大。
（2）由于分子之间具有一定的距离，也具有一定的作用力，因而分子具有势能，称为分子势能。分子间距发生变化时，物体的体积也会变，所以分子势能与物体的体积有关。
2．内能
（1）内能：物体内部所有分子的分子动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。
（2）内能的单位：焦耳，简称焦，符号J。
3．对内能的理解：内能是物质分子的热运动能量，是由物质内部状况决定的能量。物质由大量分子、原子组成，储存在系统内部的能量是全部微观粒子各种能量的总和，即微观粒子的动能、势能等的总和。物体内部大量分子的无规则运动跟温度直接相关，物体内部大量做热运动的粒子之间也具有动能和势能，动能和势能的总和叫做内能。
4．影响物体内能大小的因素
（1）温度是影响物体内能最主要的因素，同一个物体，温度越高，它具有的内能就越大，物体的内能还受质量、材料、状态等因素的影响。
（2）物体的内能跟质量有关。在温度一定时，物体的质量越大，也就是分子的数量越多，物体的内能就越大。
（3）物体的内能还和物体的体积有关。在质量一定时，物体的体积越大，分子间的势能越大，物体的内能就越大。
（4）同一物质，状态不同时所具有的内能也不同。
5．内能与机械能的区别与联系
二、物体内能的改变
1．热传递改变物体的内能
（1）探究热传递改变物体内能
（2）对热传递的理解
2．热量
（1）热量（Q）：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。用符号Q表示。
（2）单位：在国际单位制中，热量单位是焦耳，符号是J。
3．做功改变物体的内能
4．热传递和做功改变物体内能的区别与联系
5．温度、热量、内能三者之间的区别于联系
考点三 比热容
一、比较不同物质的吸热能力
1．探究不同物质吸热能力
【实验目的】探究不同物体的吸热能力。
【实验器材】相同的铁台架、酒精灯、石棉网、烧杯、温度计、搅拌器两套，火柴、秒表、水和另一种液体（如煤油）。
【实验步骤】一、按图组装器材。
二、取质量相同的水和煤油（60g），常温下待温度稳定后（控制两种液体初温相同），测出两种液体的温度，并计入表格。
三、点燃酒精灯，同时给水和煤油加热，加热时间为5分钟，测量此时两种液体温度并计入表格。
四、实验表格（参考数据）
五、整理器材。
【实验结论】质量相同的水和另一种液体（如煤油），吸收相同的热量，煤油的温度升高较大。
二、比热容
1．定义：一定质量的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做这种物质的比热容，用符号c表示。
2．定义式：。
3．单位：焦耳每千克摄氏度，符号是：J/（kg·℃），比热容单位是由质量、温度和热量组成的组合单位。
4．物理意义：水的比热容是4．2×103J/(kg·℃)，表示的物理意义是：1千克的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。
5．对比热容的理解
（1）一定质量的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做这种物质的比热容，用符号c表示。比热容是物质的特性之一，所以某种物质的比热容不会因为物质吸收或放出热量的多少而改变，也不会因为质量的多少或温度变化的多少而改变。也就是说，比热容的大小只与物质的种类及其状态（固态、液态和气态）有关，与物质的质量、温度的变化无关。
（2）比热容的大小与物质的种类和物质的状态有关。不同物质的比热容一般不同。同种物质在同一状态下，比热是一个不变的定值。如果物质的状态改变了，比热容的大小随之改变，如水变成冰。
三、热量的计算
（1）物质吸热时热量的简单计算：Q吸=cm△t=cm(t-t0)；
（2）物质放热时热量的计算：Q放=cm△t= cm(t0-t)。
（3）其中：Q吸—吸收的热量，单位：焦（J），Q放—放出的热量。
c—比热容，单位：焦每千克摄氏度（J/(kg·℃)）
m—质量，单位：千克（kg）
△t—变化的温度（升高或降低的温度），单位：摄氏度（℃）；t0—初始温度、t—末温。
考点四 热机
一、热机
1．实验探究—热机工作原理
【实验现象】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。
【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。
【探究归纳】该实验装置就是一个简单的热机。其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。
2．热机
（1）热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。
（2）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。
（3）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。
二、汽油机
1．工作原理：利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。
2．构造
（1）主要结构：汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。
（2）冲程：活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。
3．工作过程
（1）汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。
（2）每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完成，周而复始，使汽油机连续转动下去。
（3）汽油机工作过程如下：
三、柴油机
1．工作原理：利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。
2．构造：柴油机构造和汽油机构造相似，所不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
3．工作过程：柴油机与汽油机工作过程大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，曲轴连续转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。见下表：
4．汽油机与柴油机的异同
相同点：
（1）基本构造和主要部件作用相似。
（2）每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
（3）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
（4）一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。
不同点：
（1）构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。
（2）燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。
（3）吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气和燃料混合物，柴油机只吸进空气。
（4）点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
考点五 热机效率
一、燃料的热值
1．燃料
（1）燃料的种类：燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。
（2）燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧时将化学能转化为内能。
2．燃料的热值：燃料种类很多，由于其燃烧成分不同，相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量不同，在物理学上用“热值”来表示燃料燃烧的放热本领。
（1）热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，与其质量的比值叫这种燃料的热值；用“q”表示。
（2）热值单位：J/kg。
（3）热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。
（4）燃料燃烧放出的热量：热量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg）
二、热机的效率
1．燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。
2．锅炉的效率
（1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。
（2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。
3．热机效率
（1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。
（2）计算公式：
对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。
（3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。
（4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。
4．提高热机效率的主要途径
①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）。
②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）。
③在热机设计和制造上，采用先进的技术。
④保障良好的润滑，减少机械摩擦。
考点六 能量转化与守恒
一、能量的转化与转移
1．能量的转化：在一定条件下，能量可以从一种形式的能量转化为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界转化各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。
2．能量的转移：能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。例如，在热传递过程中，内能从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，这属于能量的转移。
二、能量守恒定律
1．能量守恒定律
（1）能量守恒定律内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
（2）对能量守恒定律的理解
①能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。
2．永动机
（1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，从没有一种永动机成功过。
（2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机。
题型一 分子热运动
考向01：分子热运动与扩散现象
【例1】（2023·广东·中考真题）端午节期间，小明在家里煮粽子，粽香四溢说明（ ）
A．分子在不停地做无规则运动B．分子间存在引力
C．分子间存在斥力D．分子可以再分
【例2】（2024·广东肇庆·二模）如图所示，玻璃板下面瓶内装有红棕色二氧化氮气体，上面瓶内为空气。抽去玻璃板一段时间后，两瓶内气体颜色逐渐变为一样了，这是气体的 现象，此现象可以说明气体的分子间 （选填“有”或“没有”）间隙。温度高时，两瓶内气体颜色变化更快，说明了温度越高，分子运动越 。
考向02：分子间相互作用力
【例3】（2024·江苏盐城·中考真题）将两个表面光滑的铅块相互挤压，它们会粘在一起，不容易拉开，这一现象说明（ ）
A．分子间有空隙B．分子在运动
C．分子间有斥力D．分子间有引力
【例4】（2024·广东佛山·二模）物质由分子、原子构成，分子间同时存在引力和 力，原子由 和核外电子构成，电子带 电。
题型二 内能
考向01：内能的概念与内能大小的比较
【例1】（2024·广东广州·二模）甲、乙、丙为同种物质，已知甲的温度为10℃，乙的温度为0℃，丙的温度为－10℃。以下说法中正确的是（ ）
A．乙的内能为零
B．丙的内能有可能大于甲的内能
C．甲的内能最大
D．若甲和乙的内能相同，则它们之间不会发生热传递
【例2】临沂市是江北地区最大的物流基地。在快递运输水果、海鲜等易变质产品时，在没有冷源的情况下，为起保鲜作用，下列分析正确的是（ ）
A．冰袋温度很低，含有的热量很少
B．冰袋温度很低，没有内能
C．冰袋中的冰熔化时，质量不变
D．此过程中发生热传递的原因是产品的内能比冰袋大
考向02：改变物体内能的方式
【例3】（2024·宁夏·中考真题）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
【例4】（2024·四川乐山·中考真题）麻辣烫是乐山颇受欢迎的美食，食物在麻辣烫汤锅中温度升高是通过 的方式改变其内能，麻辣烫香味扑鼻这是 现象。
考向03：温度、内能与热量辨析
【例5】（2024·广东东莞·一模）关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ）
A．一块0℃的冰块，它的内能为零B．温度高的物体含有的热量一定多
C．热胀冷缩中的“冷热”是指内能D．物体的温度升高，内能一定增大
【例6】生活中的“热”含义非常丰富，物理学中，“天气很热”中的“热”是指 ；“两手相互摩擦手会发热”的“热”是指 ，物体受热，体积膨胀，这个“热”表示 （三个空均选填“温度”“热量”或“内能”）。
题型三 比热容
考向01：比热容概念及应用
【例1】（2024·湖北武汉·中考真题）下列事例中，与“水的比热容较大”这个特性无关的是（ ）
A．汽车发动机用水作冷却剂
B．人游泳之后从水中出来，风一吹感觉更冷
C．海边昼夜温度变化比沙漠中小，适于居住
D．生物体内水的比例很高，有助于调节生物体自身的温度
【例2】（2024·山东德州·中考真题）炎热的夏天路面被晒得发烫，这是通过 的方式改变内能，人们通过在城市中心修建人工湖来调节气温是利用了水的 大。
考向02：探究不同物质吸热能力
【例3】（2024·广东·模拟预测）为了比较水和食用油的吸热能力，小新同学做了如图甲所示的实验。
(1)实验前应按照 （选填“自下面上”或“自上而下”）的顺序组装实验器材，实验中取质量相同的水和食用油，用 （选填“升高的温度”或“加热的时间”）来反映两种物质吸收的热量；
(2)小新将记录的实验数据绘制成如图乙所示的温度－时间图像，已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），根据图像可计算出食用油的比热容为 J/（kg·℃）；
(3)小林同学受到小新实验的启发，设计了如下实验来比较铜和铝的比热容大小：
①小林先将质量相等的铜块和铝块放入沸水中加热足够长时间，如图丙所示（加热装置未画出）；
②再将铜块和铝块分别放入盛有质量相等、温度 （选填“相同”或“不相同”）的水的A、B两容器中，并将容器用隔热材料密封，如图丁所示；
③经过足够长的时间后，同时测量A、B两容器中水的温度，记录数据分别为40℃和47℃；
④分析比较铜块和铝块 （选填“吸收”或“放出”）的热量和其他相关的物理量，可以判断出 的比热容大。
【例4】（2024·广东广州·三模）在标准大气压下，探究“冰熔化时温度变化规律”，研究过程中被研究物质的质量不变，相同时间吸收的热量相同。
(1)如图1所示为实验装置图，图2为该物质温度随时间变化图像。该物质熔化过程所用时间是 min，通过 （选填“做功”、“热传递”）方式改变物体的内能。
(2)0~2min段物质的比热容为c1，6~8min段物质的比热容为c2，根据图2信息判断大小：c1 c2（选填“>”、“=”、“