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第15课时 内能 内能的利用
真题回顾 把握考向
命题点一 分子热运动
1.[2018·呼和浩特,20题4分]小丽和小亮在学习了“分子热运动”的知识后,知道“一切物质的分子都在不停地做无规则运动”。为此,小丽说“放在我家衣柜里的樟脑丸过几天就变小甚至消失,就是这个原因。”小亮说:“阳光照到屋子里,有时能看到许多的灰尘在空中飞舞,也是这个道理。”请分别判断小丽和小亮的说法正确吗?并分别说出理由。
命题点二 探究不同物质的吸热能力
2.[2018·呼和浩特,12题3分]为了比较水和食用油的吸热能力,某同学选取相同质量的水和食用油各200 g,用如图15-1甲所示两组相同的器材进行了实验,水和食用油在相同时间内吸热相同,实验数据记录如下表所示。
图15-1
物质
初始温度/℃
加热时间/min
最后温度/℃
水
20
6
45
食用油
20
6
70
(1)请在图乙中根据上表两组实验数据作出两物质的温度-时间图像。
(2)分析实验数据可知, (选填“水”或“食用油”)的吸热能力强。
(3)若加热到相同的温度后停止加热,冷却相同的时间后 (选填“水”或“食用油”)的末温高。
3.[2016·呼和浩特,20题4分]在“比较水和煤油吸热能力”的实验中,使用了相同的酒精灯、相同的设备,在实验室,首先分别对质量相同的水和煤油加热相同的时间,然后分析温度的变化量得出结论,这种实验探究方法叫 ,该实验是利用 (选填“热传递”或“做功”)的方法来改变水的内能,若被加热水的质量为0.2 kg,加热时间为5 min,温度升高了50 ℃,则水吸收的热量是 J[c水=4.2×103 J/(kg·℃)],若某同学测出了加热前、后酒精灯质量的变化量为m,并利用上述数据算出了水吸收的热量Q,通过公式q=Qm计算出了酒精的热值,则该热值与酒精的实际热值相比 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
命题点三 热量、热效率的相关计算
4.[2019·呼和浩特,16题4分]热量的计算公式Q吸=cm(t-t0),Q放=cm(t0-t),已知铁的比热容为0.46×103 J/(kg·℃),铝的比热容为0.88×103 J/(kg·℃)。
(1)一根烧红的铁钉,质量为2 g,温度从800 ℃降低到700 ℃,放出多少热量?
(2)相同质量的铁和铝,吸收相同的热量,上升温度较高的是 (选填“铁”或“铝”)。
5.[2015·呼和浩特,20题4分]王大刚同学和家人在郊外野餐,用木炭烧水。铁锅内装有5 kg水,把水从18 ℃加热至98 ℃,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果木炭的热值为3.4×107 J/kg,它燃烧放出的热有10%被水吸收。求:
(1)在这个过程中水吸收的热量。
(2)在这个过程中用掉多少木炭。
6.[2014·呼和浩特,20题4分]“YK-15B”型电热水壶内装有3 kg水,插在220 V的家用电源上。水从20 ℃加热至98 ℃,已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)。求:
(1)水在这个过程中是吸热还是放热。
(2)在这个过程中由什么能向什么能转化。
(3)这个过程中水吸收或放出的热量。
7.[2014·呼和浩特,22题8分]2013年中国房车锦标赛分站赛于7月5日至7月7日在鄂尔多斯国际赛车场举行。某一型号的房车在一段平直公路上匀速行驶了56 km,用时0.5 h,车的总质量为3×103 kg,受到的阻力为车重的110。求:
(1)该房车的行驶速度。
(2)该房车牵引力所做的功。
(3)已知这一过程消耗燃油1.5×10-2 m3,求热机在这一过程中消耗的总能量。(假设燃油完全燃烧,燃油密度ρ=0.8×103 kg/m3,燃油热值q=4.5×107 J/kg)
(4)若将该房车改装成纯电动汽车,则可使二氧化碳排放量,由每消耗1 kg汽油排放2.2 kg二氧化碳降为零。已知改装后的房车每行驶一百公里能耗为160 kW·h,求该房车的效率。
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一、选择题
1.[2019·娄底]学习了分子动理论之后,小明总结了很多生活中与分子动理论有关的现象,下列总结中不正确的是 ( )
A.“花气袭人知骤暖”说明分子的热运动与温度有关
B.人造木板黏合剂中的甲醛扩散到空气中造成环境污染
C.用透明胶带揭下纸上写错的字,是因为胶带与纸之间有相互的斥力
D.“破镜不能重圆”是分子间的距离太大,作用力变得十分微弱
2.[2019·绵阳]分子之间既有引力又有斥力。其中,分子之间的斥力大小F斥随着分子间距离r变化的情况如图15-10所示。根据图像可知,分子之间斥力的大小 ( )
图15-10
A.随着分子间距离的增大先增大后减小
B.随着分子间距离的增大先减小后增大
C.随着分子间距离的减小而减小
D.随着分子间距离的减小而增大
3.[2019·威海]关于内能、热量和温度,下列说法正确的是 ( )
A.温度高的物体,含有的热量一定多
B.物体内能增加,一定吸收了热量
C.热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体
D.物体吸收热量,温度不一定升高
4.(多选)[2019·营口]生活中很多现象与物理知识息息相关,下列说法中正确的是 ( )
A.“端午深情,粽叶飘香”,能闻到米粽的香味是一种扩散现象
B.海边昼夜温度变化比内陆小,是因为水的比热容大
C.塑料吸盘能牢牢地吸在玻璃上,说明分子间存在引力
D.北方冬天室内用暖气取暖,是用热传递的方式改变室内空气的内能
5.[2019·泸州]西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭,于2019年4月20日将第四十四颗北斗导航卫星成功送上太空。下列说法中正确的是( )
A.火箭使用液氢燃料,主要是利用了液氢的比热容大
B.火箭升空过程中,燃料燃烧将机械能转化为化学能
C.北斗导航卫星加速升空过程中,其动能和重力势能均增大
D.北斗导航卫星加速升空过程中,其惯性增大
6.(多选)[2019·日照]如图15-11所示,烧瓶内水上方存在着水蒸气,瓶口用软木塞塞住,用小打气筒缓慢向瓶内加压,达到一定程度时塞子跳起来,瓶内出现白雾。下列说法正确的是 ( )
图15-11
A.瓶内出现白雾,是因为瓶子外部温度低
B.出现白雾的过程是一个吸热的物态变化过程
C.该实验能说明气体膨胀对外做功,内能减小
D.这个实验展示了蒸汽机的工作原理
7.[2019·武汉]如图15-12所示是四冲程汽油机的剖面图,下列对于其四个冲程的描述正确的是 ( )
图15-12
A.吸气冲程中,汽油和空气的混合物进入汽缸
B.压缩冲程中,通过做功的方式使汽缸内物质的内能减小
C.做功冲程中,燃料释放的能量绝大部分转化为机械能
D.排气冲程中,废气带走了燃料释放的能量的极少部分
8.[2019·淄博]下列关于如图15-13所示四幅图的说法正确的是 ( )
图15-13
A.图甲:活塞压缩空气,硝化棉燃烧,此过程与热机的压缩冲程原理相同
B.图乙:瓶内空气推开瓶塞,内能减少,瓶口出现的“白雾”是汽化现象
C.图丙:抽出玻璃板,下瓶中出现红棕色二氧化氮气体,表明气体间可以发生扩散现象
D.图丁:悬挂重物不能把两铅块分开,说明分子间存在引力,没有斥力
9.[2019·鄂州]小曦用高压锅帮妈妈煲鸡汤时,联想到了许多物理知识。下列说法不正确的是( )
A.高压锅煲鸡汤更快是因为液面上方的压强越大,液体的沸点越高
B.鸡汤沸腾过程中吸收热量,温度不变,内能不变
C.煲鸡汤过程中,限压阀转动,此过程的能量转化与内燃机的做功冲程相似
D.限压阀口“烟雾缭绕”,这是水蒸气液化形成的小水珠
10.[2019·宜昌]前段时间,“加水就能跑的神车”事件一度成为舆论热点,该汽车实际是利用车内水解制氢技术获得氢气,通过氢燃料电池给车提供动力(该技术成本很高,目前仍处在试验阶段),但被曲解为“加水就能跑”。下列对该事件的看法错误的是 ( )
A.氢燃料电池是将氢气的化学能转化为电能
B.水解技术制取氢气的过程一定要消耗其他能量
C.对于热点事件要遵从科学原理,不能盲从更不能以讹传讹
D.该车行驶的能量最终来源于水,水是一种能源
二、实验题
11.[2019·贵港]为了探究相同质量的不同物质在升高相同温度时,吸收热量的多少是否相同,某实验小组取相同质量的水和煤油放入两个相同的容器中,用同样的热源分别对它们加热,比较它们升高相同温度时吸收热量的多少。实验装置如图15-14甲所示。
图15-14
(1)加热时,某一时刻水中的温度计示数如图乙所示,则此时水的温度是 ℃。
(2)实验数据记录如下表:
液体名称
液体质量m/g
液体初温t1/℃
液体末温t2/℃
加热时间t/min
水
200
20
30
12
煤油
200
20
30
6
分析以上实验数据可得:相同质量的不同种物质,升高相同的温度,吸收的热量 (选填“相同”或“不同”),
(选填“水”或“煤油”)的吸热本领更强。
(3)根据以上表格的数据计算,当加热时间为12 min 时,这些水吸收的热量是 J。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
12.[2019·镇江]在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中,小林选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。
(1)小林将天平放在水平桌面上并将游码归零后,分度盘上指针静止时的位置如图15-15甲所示,则他应将平衡螺母向 端调节;图乙是正确测量所用碎纸片质量时的场景,此时游码所处位置如图丙所示,则他还应称量 g的酒精。
图15-15
(2)小林组装的实验装置如图丁所示,他在器材安装中的一处错误是 。
(3)本实验中,燃料完全燃烧放出热量的多少是通过 来反映的。
(4)正确组装实验装置后,小林用(1)中所称量的碎纸片和酒精分别进行实验,正确采集的数据如下表所示,根据实验数据,小林却得出了与事实相反的实验结论:质量相同的碎纸片和酒精完全燃烧后,碎纸片放出的热量较多。你认为他在实验中最有可能遗漏的操作是 。
温度
燃料
加热前的水温/℃
燃料燃尽时的水温/℃
水温的变化/℃
酒精
20
65
45
碎纸片
20
80
60
三、计算题
13.[2017·常州]如图15-16甲所示,标准大气压下,普通煤炉把壶内20 ℃、5 kg水烧开需完全燃烧一定质量的煤,此过程中,烧水效率为28%,为提高煤炉效率,浙江大学创意小组设计了双加热煤炉,如图乙所示,在消耗等量煤烧开壶内初温相同、等质量水的过程中,还可额外把炉壁间10 kg水从20 ℃加热至40 ℃,根据以上过程中,问:[q煤=3×107 J/kg, c水=4.2×103 J/(kg·℃)],
(1)普通煤炉烧开水完全燃烧煤的质量是多大?
(2)双加热煤炉的烧水效率有多大?
图15-16
14.[2019·潍坊]一定气压下,某种晶体熔化成同温度液体时所吸收的热量与其质量之比叫该晶体的熔化热,用字母 λ表示。在标准大气压下,用一个热效率为40%的酒精炉为热源,将500 g初温为0 ℃的冰全部熔化为0 ℃的水,共燃烧了14 g酒精,酒精的热值为3×107 J/kg。求:
(1)冰熔化过程中吸收的热量。
(2)在标准大气压下,冰的熔化热 λ冰。
15.[2019·通辽]我国自主研发的某品牌汽车进行技术测试,已知该车在某段长1.2 km的水平路面上做匀速直线运动,用时40 s,汽车在行驶过程中受到的阻力为4000 N,汽车在此过程中发动机效率为48%,汽油的热值为q=4.6×107 J/kg。在该段测试过程中:
(1)汽车的功率为多少?
(2)燃烧了多少汽油?(计算结果保留两位小数)
【参考答案】
真题回顾 把握考向
1.小丽的说法正确,因为分子运动是看不见,摸不着的,放在衣柜里的樟脑丸过几天变小甚至消失,说明了分子在不停地做无规则运动;小亮的说法错误,阳光照到屋子里时看到灰尘在空中飞舞属于机械运动,不是分子的运动,不能说明分子在不停地做无规则运动。
2.(1)如图所示
(2)水
(3)水
3.控制变量法 热传递 4.2×104 偏小
4.解:(1)铁钉放出的热量Q放=c铁m铁(t-t0)=0.46×103 J/(kg·℃)×2×10-3 kg×(800 ℃-700 ℃)=92 J。
(2)铁
5.解:(1)水吸收的热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(98 ℃-18 ℃)=1.68×106 J。
(2)由题可知,Q吸=10%Q放=10%qm木炭,
用掉的木炭质量
m木炭=Q吸10%q=1.68×106 J10%×3.4×107 J/kg≈0.49 kg。
6.解:(1)将水从20 ℃加热至98 ℃的过程中吸热。
(2)用电加热器加热是由电能向内能转化。
(3)水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(98 ℃-20 ℃)=9.828×105 J。
7.解:(1)该房车的行驶速度
v=st=56km0.5h=112 km/h。
(2)该房车做匀速直线运动,所受牵引力等于受到的阻力,则牵引力所做的功
W牵=Fs=fs=110mgs=110×3×103 kg×10 N/kg×56×103 m=1.68×108 J。
(3)热机消耗的总能量
W总=mq=ρVq=0.8×103 kg/m3×1.5×10-2 m3×4.5×107 J/kg=5.4×108 J。
(4)房车行驶100 km过程中牵引力做的功
W牵'=W牵×100km56km=1.68×108 J×100km56km=3×108 J,
电动房车行驶100 km所消耗的电能
W电=160×3.6×106 J=5.76×108 J,
电动房车的效率
η=W牵'W电=3×108 J5.76×108 J=52%。
达标检测 巩固提升
1.C [解析]花气袭人说明扩散现象很明显,这是由于分子运动更剧烈导致的,温度越高,分子热运动越剧烈,故A正确,不符合题意。一切分子都在不停地做无规则运动,故黏合剂中的甲醛也会扩散到空气中,从而造成环境污染,故B正确,不符合题意。用胶带揭下纸上的错字,是因为胶带与错字之间有相互作用的引力,故C错误,符合题意。分子间距离越大,分子间作用力越小;当分子间的距离大于分子直径10倍时,分子间的作用力已经微弱到几乎可以忽略,故D正确,不符合题意。
2.D [解析]由图像知,分子间的距离增大时,分子间的斥力减小,分子间的距离减小时,分子间的斥力增大,故A、B、C错误,D正确。
3.D [解析]热量是过程量,不能说含有热量,故A错误;物体内能增加,可能是吸收了热量,也可能是外界对物体做了功,故B错误;发生热传递的条件是存在温度差,不是存在内能差,故C错误;物体吸收热量,温度不一定升高,如:晶体熔化过程中吸收热量,但温度保持不变,故D正确。
4.ABD
5.C
6.CD
7.A
8.A [解析]活塞压缩空气,硝化棉燃烧,机械能转化为内能,此过程与热机的压缩冲程原理相同,故A正确;瓶内空气推开瓶塞,内能减少,瓶口出现的“白雾”是液化现象,故B错误;图丙中,上方的二氧化氮气体的密度较大,抽去玻璃板后,下瓶中出现的红棕色二氧化氮气体,可能是扩散现象,也可能是重力作用的结果,故C错误;悬挂重物不能把两铅块分开,说明分子间存在引力,分子间的引力和斥力是同时存在的,故D错误。
9.B
10.D [解析]该车行驶的能量最终来源于水制出的氢气,水在该车中是一种重要的物质,但这种情况下不能直接说水是能源,故选D。
11.(1)23 (2)不同 水 (3)8.4×103
[解析](1)由图乙知,温度计的分度值为1 ℃,温度计中的液面刚好对齐20上方第3条刻度线,则对应的温度为23 ℃。(2)由表中数据分析知,用同样的热源,单位时间内水和煤油吸收的热量相同,水和煤油升高相同的温度时,所用的加热时间不同,所以水和煤油吸收的热量不同;又因为水的加热时间较长,所以在升高相同的温度时,水吸收的热量较多,说明水的吸热本领更强。(3)当加热时间为12 min时,这些水吸收的热量为Q=c水m(t2-t1)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(30 ℃-20 ℃)=8.4×103 J。
12.(1)左 6.5 (2)温度计的玻璃泡接触了容器底
(3)温度计的示数变化 (4)没有控制被加热水的质量相等
13.解:(1)水吸收的热量
Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.68×106 J,
需要煤完全燃烧放出的热量
Q放=Q吸η=1.68×106J28%=6×106 J,
需要煤的质量m煤=Q放q煤=6×106J3×107J/kg=0.2 kg。
(2)两处水吸收的总热量
Q吸'=Q吸+c水m'水(t'-t0)=1.68×106 J+4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(40 ℃-20 ℃)=2.52×106 J,
双加热煤炉烧水的效率
η'=Q吸'Q放=2.52×106J6×106J=42%。
14.解:(1)14 g酒精完全燃烧放出的热量
Q放=q酒精m酒精=3×107 J/kg×0.014 kg=4.2×105 J,
由η=Q吸Q放可得,冰熔化成水共吸收的热量
Q吸=Q放×η=4.2×105 J×40%=1.68×105 J。
(2)冰的熔化热
λ冰=Q吸m冰=1.68×105J0.5 kg=3.36×105 J/kg。
15.解:(1)汽车匀速直线行驶,汽车牵引力等于所受阻力,即F=f=4000 N,
发动机做的功
W=Fs=4000 N×1.2×103 m=4.8×106 J,
汽车的功率P=Wt=4.8×106 J40s=1.2×105 W。
(2)由η=WQ放得,汽油燃烧放出的热量
Q放=Wη=4.8×106 J48%=1×107 J,
燃烧汽油的质量
m=Q放q=1×107 J4.6×107 J/kg≈0.22 kg。
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