第12讲 内能、内能的利用（思维导图+考点精讲+例题精析）-2023年中考物理一轮复习讲练测（全国通用）

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第12讲—内能，内能的利用2023年中考物理一轮复习讲练测一、思维导图二、考点精讲考点1 分子热运动1. 扩散现象：定义：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。扩散现象说明：①一切物质的分子都在不停地做无规则的运动；②分子之间有间隙。固体、液体、气体都可以发生扩散现象，只是扩散的快慢不同，气体间扩散速度最快，固体间扩散速度最慢。汽化、升华等物态变化过程也属于扩散现象。扩散速度与温度有关，温度越高，分子无规则运动越剧烈，扩散越快。由于分子的运动跟温度有关，所以这种无规则运动叫做分子的热运动。2. 分子间的作用力：分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的。（1）当分子间距离等于r0（r0=10-10m）时，分子间引力和斥力相等，合力为0，对外不显力；（2）当分子间距离减小，小于r0时，分子间引力和斥力都增大，但斥力增大得更快，斥力大于引力，分子间作用力表现为斥力；（3）当分子间距离增大，大于r0时，分子间引力和斥力都减小，但斥力减小得更快，引力大于斥力，分子间作用力表现为引力；（4）当分子间距离继续增大，分子间作用力继续减小，当分子间距离大于10 r0时，分子间作用力就变得十分微弱，可以忽略了。3. 分子热运动与机械运动的理解及实例考点2  内能1. 内能：定义：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。任何物体在任何情况下都有内能。内能的单位为焦耳（J）。内能具有不可测量性。2. 影响物体内能大小的因素：（1）温度：在物体的质量、材料、状态相同时，物体的温度升高，内能增大，温度降低，内能减小；反之，物体的内能增大，温度却不一定升高（例如晶体在熔化的过程中要不断吸热，内能增大，而温度却保持不变），内能减小，温度也不一定降低（例如晶体在凝固的过程中要不断放热，内能减小，而温度却保持不变）。（2）质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大。（3）材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同。（4）存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。3. 改变物体内能的方法：做功和热传递。（1）做功：做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加（将机械能转化为内能）。物体对外做功物体内能会减少（将内能转化为机械能）。做功改变内能的实质：内能和其他形式的能（主要是机械能）的相互转化的过程。如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。（2）热传递：定义：热传递是热量从高温物体传到低温物体或从同一物体的高温部分传到低温部分的过程。热量：在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量。热量的单位是焦耳。（热量是变化量，只能说“吸收热量”或“放出热量”，不能说“含”、“有”热量。“传递温度”的说法也是错的。）热传递过程中，高温物体放出热量，温度降低，内能减少；低温物体吸收热量，温度升高，内能增加；注意：在热传递过程中，是内能在物体间的转移，能的形式并未发生改变；在热传递过程中，若不计能量损失，则高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量；因为在热传递过程中传递的是能量而不是温度，所以在热传递过程中，高温物体降低的温度不一定等于低温物体升高的温度；热传递的条件：存在温度差。如果没有温度差，就不会发生热传递。做功和热传递改变物体内能上是等效的。注：热量是一个过程量，不能说物体中含有多少热量，只能用“吸收”和“放出”来描述． 温度热量内能定义宏观上表示物体的冷热程度；微观上反映物体中大量分子无规则运动的剧烈程度热传递过程中传递能量的多少热运动的分子动能和分子势能的总和 量的性质状态量过程量状态量表述用“降低”“升高”“降低到”“升高到”“是”等表述用“放出”“吸收”、等表述用“具有”“改变”“增加”“减少” 等表述 单位摄氏度(℃)焦耳(J)焦耳(J)联系(1)同一个物体温度越高，内能越  大  ; (2)一切物体在任何时候任何状态下都具有内能，内能增加或减少，温度  不一定  (选填“一定”或“不一定”)改变(如晶体的熔化、凝固过程); (3)物体内能的变化，可能是吸收或放出了热量，也可能是外界对物体做了功或物体对外界做了功； (4)吸收热量，内能  不一定  (选填“一定”或“不一定”)增加  考点3 比热容1. 比热容：（1）定义：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量。比热容用符号c表示，它的单位是焦每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)比热容是表示物体吸热或放热能力的物理量。（2）物理意义：水的比热容c水＝4.2×103J/(kg·℃)，物理意义为：1kg的水温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量为4.2×103J。比热容是物质的一种特性，比热容的大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。水常用来调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。（3）比较比热容的方法：①质量相同，升高温度相同，比较吸收热量多少（加热时间）：吸收热量多，比热容大。②质量相同，吸收热量（加热时间）相同，比较升高温度：温度升高慢，比热容大。2. 热量的计算公式：（1）温度升高时用：Q吸＝cm（t－t0）      c＝      m＝      t＝+ t0                          t0＝t- （2）温度降低时用：Q放＝cm（t0－t）       c＝      m＝      t0＝+ t                        t＝t0- （3）只给出温度变化量时用：Q＝cm△t     c＝      m＝    △t＝Q—热量—焦耳（J）；c—比热容—焦耳每千克摄氏度（J/(kg·℃)）；m—质量—千克（kg）；t—末温—摄氏度（℃）；t0—初温—摄氏度（℃）由公式Q＝cm△t可知：物体吸收或放出热量的多少是由物体的比热容、质量和温度变化量这三个因素决定的。考点4 内能的利用1. 内能的利用方式（1）利用内能来加热：实质是热传递。（2）利用内能来做功：实质是内能转化为机械能。考点5 热机1. 热机：定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器。热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等2. 内燃机：内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。压缩冲程将机械能转化为内能。做功冲程是由内能转化为机械能。3. 汽油机和柴油机的比较：  （1）汽油机的气缸顶部是火花塞；柴油机的气缸顶部是喷油嘴。（2）汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物；柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气。（3）汽油机做功冲程的点火方式是点燃式；柴油机做功冲程的点火方式是压燃式。（4）柴油机比汽油及效率高，比较经济，但笨重。（5）汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。4. 热值燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能。（1）定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。用符号q表示。单位：固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg）、气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）。热值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、是否完全燃烧等无关。（2）公式： ①Q＝qm     m=    q= Q—放出的热量—焦耳（J）；q—热值—焦耳每千克（J/kg）；m—燃料质量—千克（kg）。②Q＝qV     V=     q=Q—放出的热量—焦耳（J）；q—热值—焦耳每立方米（J/m3）；V—燃料体积—立方米（m3）。（3）物理意义：酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。考点6 热机效率1. 影响燃料有效利用的因素：一是燃料很难完全燃烧，二是燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用。2. 有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末状、用空气吹进炉膛（提高燃烧的完全程度）；以较强的气流，将煤粉在炉膛里吹起来燃烧（减少烟气带走的热量）。3. 热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要标志，与热机的功率无关。4. 公式：         Q总=        Q有用= Q总η由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。5. 热机能量损失的主要途径：废气内内、散热损失、机器损失。6. 提高热机效率的途径：（1）使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失；（2）机件间保持良好的润滑，减小摩擦。（3）在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。7. 常见热机的效率：蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45%内燃机的效率比蒸汽机高，柴油机的效率比汽油机高。考点7 能量转换和守恒1. 能量：能量存在多种形式，如机械能、内能、电能、化学能、光能、核能等. 2. 能量的转化：在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的(如图).3. 能量守恒定律：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变.  4. 能量转移、转化的特点：具有方向性．三、例题精析1．图所示为某四冲程内燃机的一个工作循环中的四个冲程。其中，做功冲程是（　　）A． B．C． D．【答案】D【详解】A．进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，故A不符合题意；B．进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故B不符合题意；C．进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故C不符合题意；D．进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，故D符合题意。故选D。2．按如图所示进行实验，当观察到热水大面积变成红色时，冷水中只有品红周围变成红色。对该现象的微观解释合理的是（　　）A．温度越高，分子运动越快 B．温度越高，分子体积越大C．温度越高，分子间隔越小 D．温度越高，分子质量越小【答案】A【详解】由分子动理论可知，分子在不停的做无规则运动，分子的运动与温度有关，温度越高，分子运动的越快，温度越低，分子运动的越慢。故当热水大面积变成红色时，冷水中只有品红周围的溶液变成了红色，因此可得出分子运动速度与温度有关的结论。故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。3．如图为四冲程汽油机工作过程中某冲程的示意图，下列说法正确的是（　　）A．该冲程能量转化是内能转化为机械能 B．这是压缩冲程C．该冲程能量转化是化学能转化为内能 D．这是吸气冲程【答案】A【详解】由图得，该冲程两气阀关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，做功冲程中燃料燃烧产生高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化活塞的机械能，故A正确，BCD错误。故选A。4．医生将质量和初温相同的铁、陶瓷（）两种材料制成的工具浸没在沸水煮足够长一段时间进行消毒，则消毒结束时两者温度关系为t铁___________t陶瓷（选填“>”“=”或“<”），吸热更多的是___________工具。【答案】     =     陶瓷【详解】[1]水沸腾后温度不再升高，则将铁、陶瓷两种材料制成的工具浸没在沸水中煮足够长一段时间，二者的温度一定相同，与沸水的温度相同。[2]在质量相同、初温相同，最后温度相同，则升高的温度相同，根据吸热公式可知，比热容大的吸收的热量多；由题意可知，两工具的质量相同、升高的温度相同，且，所以陶瓷吸收的热量多，内能增加得多。5．在如图所示的四幅图中，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的其中两个冲程示意图。利用内能来做功的冲程是 ___________图，与压缩冲程原理相同的是 ___________图所示的演示实验。有一台四缸汽油发动机，其主要技术指标如表所示，其中排量等于四个气缸工作容积的总和，气缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离。则该发动机在1s内做功 ___________J，单缸排量V=___________L；在每个做功冲程里，发动机做功W0=___________J；在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p=___________Pa。排量2.0L输出功率120kW转速6000r/min 【答案】     丁     甲     1.2×105     0.5     600     1.2×106【详解】[1][2]甲图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，这是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程；乙图对试管中的水加热，使试管中水的内能增大，加快了水的汽化，水蒸气体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；丙图两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，压缩冲程是把机械能转化为内能；丁图两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能。因此，汽油机中利用内能来做功的冲程是丁；与压缩冲程原理相同的是甲实验。[3]已知输出功率是120kW，所以发动机1秒内做功W=Pt=1.2×105W×1s=1.2×105J[4]因为四缸总排量为2.0L，单缸排量为 [5]根据前面计算可知，发动机在1s内做功1.2×105J，因为发动机有四个缸同时工作，所以每个缸1s内做功由表格信息可知，转速为6000r/min=100r/s因为四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，所以1s内做功50次，所以在每个做功冲程里，发动机做功[6]单缸排量V=0.5L=5×10﹣4m3燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，所以燃气对活塞的压强为6．司机在加油站给小轿车加油时闻到汽油味，这是______现象，小轿车汽油机在______冲程中将机械能转化为内能。【答案】     扩散     压缩【详解】[1] 司机在加油站给小轿车加油时闻到汽油味，是因为汽油分子在不停地做无规则运动，这是扩散现象。[2]在汽油机的压缩冲程中，活塞压缩气体做功使气体的内能增大，温度升高，机械能转化为内能。7．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量和初温也相同。（1）为了比较不同物质吸热升温的特点，应选择______两图进行实验；（2）不同物质吸热的多少是通过______（选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的；（3）关于该实验的变量控制，下列要求中还正确的是______；A．采用相同的加热方法  B．烧杯中分别装入相同体积的物质  C．使用相同的烧杯（4）如果质量和初始温度均相同的A、B两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图像如图丁所所示，由图可以看出，______液体的比热容较大【答案】     甲、丙     加热时间     AC     B【详解】（1）[1]比较不同物质吸热升温的特点，要控制相同质量的不同物质吸收相同的热量，比较温度变化的特点，为保证不同物质吸收相同的热量，故应控制燃料相同，只改变吸热物质的种类，选择甲、丙两图进行实验。（2）[2]根据转换法，不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的，加热时间越长，液体吸收的热量越多。（3）[3]AC采用相同的加热方法、使用相同的烧杯，都是为了控制不同物质吸收的热量相同，故AC正确，B、烧杯中分别装入相同体积的不同液体，因不同物质的密度不同，根据，故两种物质质量不相等，故B错误。故选AC。（4）[4]如图丁所示，由图可以看出，加热相同的时间，即吸收相同的热量，A液体的温度升高得较快，B液体的温度升高得慢，根据比较吸热能力的方法可知，B液体的比热容较大。8．东东同学学习了分子的热运动之后，做了以下的一些实验。(1)实验一：在比较一定量的水和酒精混合前后总体积大小的实验中，在直玻璃管中先后注入100ml的水和100ml的酒精，两种液体完全混合之后的总体积______(选填“大于等于或“小于”)200ml，这是因为分子之间______。为了使实验的现象更加明显，应选用内径较______(选填“粗”或“细”)的玻璃管。(2)实验二：东东为了研究液体的扩散现象，先在量筒里装一半清水，然后再用细管在水下面注入硫酸铜溶液。如图所示，是小明观察到的溶液在“实验开始时”、“静放10日后”、“静放30日后”所呈现的现象。其中______图是表示溶液静放30日后的实验现象。扩散现象说明______。如果这个实验在温度比较高的环境里进行，扩散现象的速度将______(选填“比较快”、“比较慢”或“一样”)(3〕实验三：将很干净的玻璃板挂在弹簧测力计下，使玻璃板水平接触水面，如图甲所示。然后稍稍用力向上拉动玻璃板，玻璃板并未与水面分离，却发现其边缘处的水面稍微向上弯曲，如图乙所示，此时弹簧测力计示数______(选填“大于”、“等于”或“小于”)玻璃板自身重力，这是因为______。【答案】     小于     有间隙     细     甲     分子不停地做无规则运动     比较快     大于     分子间有引力【详解】(1)[1][2][3]分子间存在着间隙，不同物质或同一种物质不同状态下分子间隙大小不同所以将100ml的水和100ml的酒精混合之后总体积小于200ml，为了跟清楚的观察混合后体积地变化应选用内径较细的试管，因为在体积变化相同的情况下内径较小的试管液面降低的高度更大，便于观察。(2)[4][5][6]把硫酸铜溶液注入清水中，硫酸铜溶液和水之间发生扩散现象，因为专分子始终不停的做无规则属运动，随着时间的增加，扩散现象越明显，时间越久，硫酸铜溶液和水的界限越模糊，所以“实验开始时”是图乙，“静放10日后”是图丙，“静放30日后”是图甲，温度越高分子热运动越剧烈扩散现象的速度也会增加。(3)[7][8]玻璃板和水接触在一起，并且玻璃分子和水分子间的距离在引力作用的范围内，故水分子和玻璃分子之间存在相互作用的引力，故向上拉玻璃时，弹簧测力计的读数将大于玻璃板的重力。9．贵南高铁北起贵州贵阳市，经河池市，南至广西南宁市，是广西境内第一条设计时速为350公里的客运专线，预计2023年年底建成通车。（1）若通车后，一列长200m的动车组（如图甲）以60m/s的速度匀速通过一座长1000m的高架桥。该列动车组通过高架桥所用的时间为多少？（2）若动车组以80m/s的速度匀速运动时电动机的总输出功率为5600kW，则此时动车组受到的阻力为多大？（3）位于河池市境内的界子良风电场于2021年初成功实现40台风机并网发电（如图乙）。已知当地每秒每平方米面积吹过的风的能量约为200J，若风机有效迎风面积约为，风机把风能转换为电能的效率为。请估算一台风机一天的发电量可以供一列总输出功率为4800kW的动车组以250km/h的速度运动多远距离？（忽略其它能量损耗）【答案】（1）20s；（2）；（3）【详解】解：（1）列车全部通过高架桥所行驶的路程列车全部通过高架桥的时间 s（2）匀速运动时车受到的阻力等于动力，动车组受到的阻力为 （3）40台风机一天产生的电能一台风机产生的电能可供一列动车组运行的时间 动车组运行的距离答：（1）该列动车组通过高架桥所用的时间为20s；（2）此时动车组受到的阻力为；（3）一台风机一天的发电量可以供一列总输出功率为4800kW的动车组以250km/h的速度运动的距离为31.25km。10．经验表明，自制家用太阳能热水器的效率在夏天可达50%；从太阳能手册中查到，在地球表面，晴天时垂直于阳光的表面接收到的热辐射为 1.26×103J/(m2•s)。如果晒水箱内的水大约有40kg，晒水箱接收阳光垂直照射的面积始终是1.5m2，请计算，（1）要使水温上升30℃需要多少热量？（2）至少得吸收太阳辐射多长时间？【答案】（1）5.04×106J；（2）5333s【详解】解：（1）晒水箱内的水大约有40千克，要使水温上升30℃水吸收的热量Q吸=cm∆t=4.2×103J/(kg•℃)×40kg×30℃=5.04×106J（2）设需要的时间为t，由题知，Q吸=1.26×103J/(m2•s)×1.5m2×t×50%则所需的时间答：（1）要使水温上升30℃需要5.04×106J；（2）至少得吸收太阳辐射5333s。11．小明家新买来一台燃气热水器，如图所示，该燃气热水器主要是利用天然气燃烧来加热水的，假设该燃气热水器每秒能放出100mL、末温为50℃的热水，水的初温为15℃，某次洗漱时小明放了10s的水，该过程消耗了0.014m3的天然气（只有有水流出时，该热水器才会工作）[q天然气=4.2×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃）]。求：（1）10s内放出的水吸收的热量；（2）该过程中热水器加热水的效率；（假设该过程中天然气完全燃烧）（3）若天然气完全燃烧产生的热量全部由干木柴来提供，需要完全燃烧0.049kg干木柴，则干木柴的热值。【答案】（1）1.47×105J；（2）25%；（3）1.2×107J/kg【详解】解：（1）燃气热水器10s内放出水的体积V=100mL/s×10s=1000mL=1L=1×10﹣3m3由知道，燃气热水器10s内放出水的质量m=ρV=1×103kg/m3×1×10﹣3m3=1kg10s内放出的水吸收的热量Q吸=c水m（t﹣t0)=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（50℃﹣15℃)=1.47×105J（2）天然气完全燃烧放出的热量Q放=Vq天然气=0.014m3×4.2×107J/m3=5.88×105J该过程中热水器加热水的效率 （3）由题意可知，干木柴完全燃烧放出的热量Q干木柴=Q放=5.88×105J则干木柴的热值答：（1）10s内放出的水吸收的热量为1.47×105J；（2）该过程中热水器加热水的效率为25%；（3）干木柴的热值为1.2×107J/kg。