第05讲 内能及其应用（课件+讲义+练习）2023年中考物理【热点·重点·难点】专练（全国通用）

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2023年中考物理重难点突破第5讲    内能及其应用【重难点与突破】一、分子动理论1.分子动理论：常见的物质是由大量分子、原子构成的，分子在永不停息地做无规则运动，分子间同时存在着引力和斥力。2.扩散现象是指不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象。它可以发生在任意两个物态之间，表明物质的分子在做不停息的无规则运动。3.物质存在的三态与分子间的作用力和距离有关。固体分子间的距离最小，作用力最大；气体分子间的距离最大，作用力最小。【例1】（2022镇江）端午节民间有戴香包的习俗，香包内有艾草，远远地就能闻到艾香，这是因为（　　）A．分子在不停地运动 B．分子间有空隙 C．分子间有引力 D．分子间有斥力【分析】分子在永不停息地做无规则运动，远远地就能闻到艾香，是因为艾分子在不停地做无规则运动，艾香分子扩散到空气中。【答案】A 【突破】1.分子动理论的适应范围是微观的分子。2.一般“色、香、味”这三类现象能用分子动理论来解释。二、热值  比热容1.热值：燃料完全燃烧放出的热量Q与燃料质量m的比。符号：q。定义公式：q=Q/m。单位：J/kg或J/m3。【注意】热值只与燃料的种类有关。与是否完全燃烧、是否燃烧、质量、物态等均无关。2.比热容：一定质量的某种物质，在温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和升高（或降低）的温度乘积之比。符号：c；定义公式：C= ；单位：J/（kg.℃）。【注意】比热容是反映物质吸收或放出热量的能力，是物质的一种重要特性，与物质的质量、吸收或放出热量的多少、温度等无关，只与物质的物态和种类有关。3.计算公式：Q吸=cm（t末-t初）；Q放=cm（t初-t末）。【例2】（2022德阳）100g水温度从20℃升高到70℃需要吸收 　  　J的热量；汽油机燃气缸内完全燃烧10kg汽油可以放出 　   　J的热量[水的比热c水＝4.2×103J/（kg•℃），汽油的热值q＝4.6×107J/kg]。【分析】水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100×10﹣3kg×（70℃﹣20℃）＝2.1×104J；汽油机燃气缸内完全燃烧10kg汽油放出的热量：Q放＝m′q＝10kg×4.6×107J/kg＝4.6×108J。【答案】2.1×104      4.6×108【突破】1.计算时，需要将各量的单位统一成为国际单位。2.根据热值计算燃料放热多少时，若果热值的单位为J/m3，则公式应改为Q=vq。3.在利用比热容计算时，注意温度“升高”、“升高了”、“升高到”的区别：“升高”、“升高了”都是指该温度值为温度变化量，即Δt,而“升高到”指末温。4.注意：当气压为1标准大气压时，沸水的温度为100℃，此时吸热，但不会升高温度。三、温度  内能  热量物理量定义符号单位影响因素联系温度 物体的冷热程度t℃物体内分子运动的剧烈程度温度高的物体，内能不一定大内能 物体内所有分子的动能和分子间相互作用的势能的总和E内J分子数量的多少、种类、结构、状态、温度1.同一物体，温度越高，内能越大2.物体放出热量，温度不一定降低3.任何温度下，物体都有内能热量 在热传递过程中，转移内能的多少QJ热传递中转移内能的多少1.物体吸收热量，温度不一定升高2.热量是量度内能转移多少的量【例3】（2022毕节）2022年6月3日，是我国的传统节日——端午节。下列关于端午节煮粽子的说法中错误的是（　　）A．煮粽子的过程中，粽子的内能增大是通过热传递实现的 B．很远就能闻到煮熟的粽子香味是因为分子不停地做无规则运动 C．刚出锅的粽子，不能用手直接拿，是因为粽子含有的热量太多 D．用高压锅煮粽子，利用了液体的沸点随气压增大而升高的原理【分析】A.煮粽子是通过热传递的方式提高了粽子的内能，A正确。B.能闻到粽子的香味是由于分子的无规则运动产生的扩散现象，B正确。C.热量是过程量，可以说吸收、放出，但不能说含有，C错。D.压锅内气压高，所以液体的沸点也会升高，D正确。【答案】C【突破】1.注意根据上表的对比分析，对温度、内能、热量的联系与区别有深刻的认识。2.不能说物体“具有”、“含有”热量。四、改变内能的方式1.改变物体内能的方式：①做功—其它形式的能与内能之间的转化；②热传递—内能的转移。2.热传递发生的条件是：两物体间存在温度差。传递的是能量，不是温度！
【例4】（2022丹东）物理知识在生产和生活中的广泛应用，促进了社会的发展和进步。下列说法中不正确的是（   ）A. 图甲，钻木取火是用做功的方法来改变物体的内能
B. 图乙，汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能
C. 图丙，电热器在工作时将内能转化为电能
D. 图丁，太阳能汽车利用了太阳能，太阳能是可再生能源【分析】A.钻木取火是将机械能转化为内能的过程，是通过做功改变物体的内能，A正确。B.汽油机的做功冲程是利用内能转化为机械能的过程，B正确。C.电热器工作时，将电能转化为内能，C错。D.太阳能是可再生能源，太阳能汽车是利用太阳能转化为电能工作的，D正确。【答案】C【突破】区分改变内能的方式，一般分析变化前后的能量形式：热传递中传递前后都是内能；做功中，只有改变前或后是内能，另一种是其它形式的能。另一种方法是观察题目中是否有“做功”的词语出现，如“摩擦”等，若有，极有可能是做功的方式改变的。五、内燃机1.单缸四冲程内燃机的四个冲程冲程名称进气门排气门能量转化能量来源备注吸气冲程开闭 飞轮转动的惯性1个工作循环，飞轮转动2周，经历4个冲程，对外做功1次。压缩冲程闭闭机械能转化为内能飞轮转动的惯性做功冲程闭闭内能转化为机械能燃料燃烧释放的内能排气冲程闭开 飞轮转动的惯性2.汽油机与柴油机的区别比较项目结构点火方式吸气冲程吸入的物质燃料热机效率应用汽油机顶部有火花塞点燃式空气和汽油汽油26-40%轿车等较轻便的机械柴油机顶部有喷油嘴压燃式空气柴油34-45%轮船等较笨重的机械3.热机效率：热机所做的有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比。其值一定小于1。公式：η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt计算有用功；用Q放=mq或Q放=vq计算Q放。4.提高热机效率的一些途径：①让燃料燃烧更充分；②减轻热机的质量；③较少热机各部件之间的摩擦；④废气再利用等。【例5】（2022镇江）水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起，汽油机的四个冲程中，能量转化与之相同的是（　　）A．B．C．D．【分析】水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起，水蒸气的内能会转化为壶盖的机械能，与内燃机中做功冲程类似。A.汽油机进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，A错。B.汽油机进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，B错。C.汽油机进气门和排气门均关闭，活塞向下运动，是做功冲程，C正确。D.汽油机进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，D错。【答案】C【突破】区分单缸四冲程内燃机的四个冲程，关键是要抓住四个冲程的特点。【例6】（2022镇江）北京冬奥会上使用的氢燃料电池汽车，是利用氢与氧发生化学反应产生电能，供给电动机而驱动汽车行驶的。如图所示，该类型汽车甲在平直公路上从A地出发，以90km/h的速度行驶1h到达B地，消耗0.8kg氢燃料，所产生电能E电的80%用于维持汽车匀速行驶，所受阻力为1000N。已知每加注1kg氢燃料所需的费用为30元。（1）求A、B两地之间距离。（2）求此过程中产生的电能E电。（3）燃油汽车乙也在该公路上从A地出发，以90km/h的速度匀速行驶。所受阻力与甲车相同，汽油在气缸内完全燃烧，且燃烧所释放热量的30%用来维持汽车匀速行驶，汽油热值取q＝5×107J/kg。已知每加注1kg汽油所需的费用为12元。则在与甲车花费相同燃料费用的情况下：①求乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量。②请通过计算判断乙车能否到达B地。【分析】（1）由v=s/t可知，A、B两地之间距离：sAB＝vt＝90km/h×1h＝90km。（2）由二力平衡条件可知，汽车匀速行驶时的牵引力：F＝f＝1000N，汽车牵引力做的功：W＝FsAB＝1000N×90×103m＝9×107J。由η电＝×100%可知，此过程中产生的电能：E电＝ ＝ =1.125×108J；（3）①由每加注1kg氢燃料所需的费用为30元可知，消耗0.8kg氢燃料的费用为0.8kg×30元/kg＝24元，由每加注1kg汽油所需的费用为12元可知，在与甲车花费相同燃料费用的情况下，乙车消耗的汽油：m＝ ＝2kg，乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量：Q放＝mq＝2kg×5×107J/kg＝1×108J；②由η汽＝×100%可知，燃烧汽油时汽车获得的机械能：W机械＝η汽Q放＝30%×1×108J＝3×107J，由W＝Fs可知，汽车行驶的距离：s＝＝ ＝3×104m＝30km＜90km，因此乙车不能到达B地。【答案】（1）90km   （2）1.125×108J     （3）①1×108J  ②不能【突破】1.注意将知识综合运用。2.注意对公式η汽＝×100%的正确变形。3.注意区分“效率”和“功率”。【针对练习精编】1.（2022鄂州）做完广播体操后，来到餐厅，妈妈为你端上香喷喷的早餐。关于人能闻到食物的香味，下列说法不正确的是（　　）A．是一种扩散现象              B．是由于分子不停地做无规则运动产生的 C．温度越高，香味越浓          D．温度越高，香味越淡【解析】闻到了食物香味，这表明分子都在不停地做无规则运动，属于扩散现象；分子做无规则运动的快慢与温度有关，温度越高，热运动越剧烈，香味越浓。ABC正确，D错。【答案】D2.（2022黔西南）我国生产的克尔来福疫苗储存温度为2～8℃，远高于莫德纳（﹣20℃）和辉瑞（﹣70℃），方便储存和运输，有利于各国人民接种。关于新冠疫苗储存和接种过程中的一些热现象，下列说法正确的是（　　）A．储存时疫苗温度越低，疫苗分子热运动越剧烈 B．接种站周围弥漫着消毒水气味，是因为消毒水扩散到空气中 C．用酒精给接种的部位消毒，臂膀有凉的感觉是因为酒精升华吸热 D．戴口罩的护士，她的护目镜容易起“雾”，是水的汽化现象【解析】A.物体温度越高，分子的无规则运动越剧烈。疫苗储存温度越低，疫苗分子热运动越缓慢，A错。B.接种站周围弥漫着消毒水气味，是由于消毒水分子运动到空气中，进入人们的鼻腔，引起嗅觉，属于扩散现象，B正确；C.臂膀有凉的感觉，是因为酒精汽化吸热使皮肤降温，C错。D.戴口罩的护士，她的护目镜容易起“雾”，是水蒸气液化现象，D错。【答案】B3.（2022德阳）中华文明源远流长，博大精深。古诗词是我国传统文化瑰宝，有的优美词句还与我们物理知识有着联系。下列词句与对应的物理知识叙述正确的是（　　）A．“清寒小雪前”，雪的温度很低，它的内能为零 B．“沙暖睡鸳鸯”，同水相比沙的比热容大些 C．“床前明月光，疑是地上霜”，霜实际是固态，由水蒸气凝华形成 D．“大地阳和暖气生”，大地内能的增加是太阳通过做功方式实现的【解答】A.一切物体在任何温度下都有内能，冰山的温度虽低，但是仍然具有内能，A错。B.在同一时间，河水和沙滩吸收太阳的热量相同，由于水的比热容较大，所以水温升高幅度较小，因此水温较低；而沙石比热容小于水，所以沙滩升温幅度较大，因此沙滩温度较高，导致“沙暖睡鸳鸯”，B错。C.霜是空气中水蒸气遇冷凝华形成的冰晶，C正确。D.大地吸收热量，大地内能增加，通过热传递的方式实现的，D错。【答案】C4.（2022永州）关于热现象，下列说法正确的是（　　）A．八月蘋岛，丹桂飘香，说明了分子之间存在引力 B．“钻木取火”是通过热传递改变物体的内能 C．暑假同学们在家学做菜，厨房里菜香四溢，说明了分子在不停地做无规则运动 D．冬天用热水袋暖手，是通过做功改变物体的内能【解析】A.八月蘋岛，丹桂飘香，属于扩散现象，说明分子不停地做无规则运动，A错。B.“钻木取火”是将机械能转化为内能，因此是通过做功的方式改变物体的内能，B错。C.厨房里菜香四溢，是饭菜分子不停地做无规则运动的结果，属于扩散现象，C正确。D．冬天用热水袋暖手，手吸收热量，是通过热传递的方式改变物体的内能，D错。【答案】C5.（2022湘潭）如图，蒸粽子时，锅盖被水蒸气顶起而发生“跳动”，下列说法正确的是（　　）A．水沸腾时，温度继续升高 B．蒸锅烫手，因为它含有的温度多 C．闻到粽香，说明加热后分子才运动 D．水蒸气顶起锅盖过程的能量转化与内燃机做功冲程相似   【解析】A.水沸腾时，吸热温度保持不变，A错。B.温度不能说“含有”，B错。C.一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动，温度越高无规则运动越剧烈，C错。D.水蒸气顶起锅盖是内能转化为机械能，内燃机做功冲程也是内能转化为机械能，D正确。【答案】D6.（2022柳州）下列关于热机的说法正确的是（　　）A．热机的效率为100%                B．热机只有汽油机和柴油机两种 C．好的热机工作时不排放废气        D．热机工作时都要利用燃料的化学能【解析】A.在使用热机过程中，废气会带走一部分热量、燃料不可能完全燃烧、不可避免的要克服机器部件摩擦做额外功，效率不可能达到100%，A错。B.根据热机的概念，只要将内能转化为机械能的机械都属于热机，蒸汽机、火箭、柴油机、汽油机等都属于热机，B错。C.任何热机工作时都会排放废气，C错。D.热机是把内能转化为机械能的装置，所以热机工作时都要利用燃料的化学能，D正确。【答案】D7.（2022济宁）某柴油机工作一段时间后，油箱里的柴油没有发生变化的是 　       　（选填序号：①质量；②密度；③比热容；④热值）。完全燃烧10kg柴油放出的热量Q＝　　J。（q柴油＝4.3×107J/kg）【解析】某柴油机工作一段时间后，由于一部分柴油燃烧，使得油箱力的柴油的质量减少；密度、比热容、热值的大小与质量无关，所以密度、比热容、热值的大小不变。完全燃烧10kg柴油放出的热量Q放＝mq柴油＝10kg×4.3×107J/kg＝4.3×108J。【答案】②③④     4.3×1088.（2022丹东）小丹做家务，在厨房炒菜时，身边的妈妈闻到“菜香”欣然地笑了。妈妈闻到“菜香”是______现象，说明分子在不停地做无规则运动；饭后，小丹刷碗时发现多用些劲，碗刷得更干净，说明增大______可以增大摩擦力。【解析】妈妈闻到“菜香”是因为分子在不停地运动，即扩散现象。接触面粗糙程度一定时，压力越大，摩擦力越大，所以小丹刷碗时发现多用些劲，碗刷得更干净。
【答案】扩散   压力9.（2022阜新）我市在“创建文明城市”活动中，同学们在老师的带领下一起到居民小区劳动。“小广告”粘在建筑物上不易被清除掉，因为分子间存在 　  　；用钢丝球清除“小广告”，过了一会儿钢丝球发热，这是通过 　  　方式改变内能的，其能量转化方式与热机中的 　  　冲程相同。【解析】“小广告”粘在建筑物上不易被清除掉，因为分子间存在引力；清除“小广告”时，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，这是通过做功方式改变内能的，其能量转化方式与热机中的压缩冲程相同。【答案】引力    做功    压缩10.（2022济宁）小明家新购置了一个额定功率为3200W的电热水龙头。经过测试，正常工作时进水温度为20℃，出水温度为45℃，30s内的出水量为800mL，则这800mL水吸收的热量Q＝　    　J，电热水龙头的加热效率η＝　   　。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]【解析】水的体积为：V＝800mL＝800cm3，水的质量为：m＝ρ水V＝1.0g/cm3×800cm3＝800g＝0.8kg。水吸收的热量为：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.8kg×（45℃﹣20℃）＝8.4×104J；由P＝W/t得消耗的电能为：W＝Pt＝3200W×30s＝9.6×104J，电热水龙头的加热效率为：η＝ ×100%＝×100%＝87.5%。【答案】8.4×104    87.5%11.（2022张家界）如图是汽油机工作过程中的 　  　冲程。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒内对外做功 　 　次。【解析】图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程；汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是3600r/min＝60r/s，所以飞轮每秒转动60周，则汽油机每秒钟对外做功30次。【答案】做功    3012.（2022湘潭）磨刀时刀发热，此过程中主要是 　  　（选填“做功”或“热传递”）改变了刀的内能；用相同的力切菜时，刀口越薄，对菜的压强越 　  　（选填“大”或“小”）。【解析】磨刀时外力对刀做功，机械能转化为内能，所以刀会发热；压强与压力和受力面积有关，用相同的力切菜时，压力一定，刀口越薄，也就是受力面积越小，所以产生的压强越大。【答案】做功    大13.（2022阜新）某旅游大巴进行安全检测，在一段平直公路上匀速行驶18km，用时15min。已知汽车及驾驶员的总质量是3×103kg，车轮与地面的总接触面积为0.2m2。此过程消耗燃油4.5kg。假设燃油完全燃烧。（燃油热值q＝4.0×107J/kg，g取10N/kg）。求：（1）汽车匀速行驶时的速度是多少？（2）汽车静止时对地面的压强是多少？（3）该汽车燃油完全燃烧产生的热量是多少？【解析】解：（1）汽车匀速行驶时的速度为：v＝＝ ＝72km/h。（2）因为汽车静止时对地面的压力等于汽车及驾驶员的总重力，则：F压＝G总＝m总g＝3×103kg×10N/kg＝3×104N，所以汽车静止时对地面的压强为：p＝ ＝ ＝1.5×105Pa。（3）燃油完全燃烧产生的热量为：Q放＝mq＝4.5kg×4.0×107J/kg＝1.8×108J。【答案】（1）72km/h   （2）1.5×105Pa    （3）1.8×108J14.（2022六盘水）小明发现篮球的气压不足，于是用打气筒给篮球打气。在收起打气筒时发现外壁有些发热。于是他想，是什么原因导致打气筒的外壁发热呢？小明就这个问题与同学小红进行了交流，联系所学物理知识，他们提出了以下两个猜想：A．活塞在筒内往复运动时，与筒壁摩擦导致发热B．活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热于是他们设计了实验进行探究，选用的实验器材有：打气筒、测温枪、计时器、气压不足的篮球等，分别在打气筒的上部和下部标注两个测温点，如图所示。请回答下列问题：（1）打气筒内壁的热量是通过 　    　的方式传递到外壁。（2）活塞在打气筒内向下运动时的能量转化过程，与四冲程内燃机的 　  　冲程相同。（3）用打气筒往气压不足的篮球内打气，10秒内使活塞在筒内往复运动20次，立即用测温枪测出此时两个测温点的温度。待打气筒外壁温度降至室温（25℃）后，放出篮球中的部分气体，重复上述操作。实验数据记录如下表：实验次数时间t/s活塞往复次数上部温度t/℃下部温度t/℃1102030.736.62102030.236.23102030.536.3小明分析上表实验数据得出：导致打气筒外壁发热的原因是 　                    　。（4）小红回顾整个实验过程，分析实验数据，认为小明得出的结论不够严谨，理由是 　                                                                      　。于是他们对实验进行改进，对猜想A再次进行探究，你认为他们的改进方法是 　                                                                   　。【解析】（1）打气筒内壁的热量是通过热传递的方式传递到外壁。（2）活塞在打气筒内向下运动时，活塞对筒内的空气做功，机械能转化为空气的内能，能量转化情况与内燃机压缩冲程相同。（3）由表中数据可知，打气筒下部温度高于上部温度，说明活塞在打气筒内向下运动时，活塞对筒内的空气做功，空气内能增加，温度升高，造成下部温度高于上部温度，故导致打气筒外壁发热的原因是活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热；（4）在实验过程中，活塞向下运动时既克服摩擦做功，又压缩空气做功，无法准确的确定外壁发热的原因；根据控制变量法，要探究猜想A，应让活塞只克服摩擦做功，而不压缩空气做功，故他们的改进方法是：打气筒不与篮球连接，直接让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度与打气筒往气压不足的篮球内打气时打气筒外壁的温度进行比较，进而得出结论。【答案】（1）热传递   （2）压缩  （3）活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热  （4）在实验过程中，活塞向下运动时既克服摩擦做功，又压缩空气做功，无法准确的确定外壁发热的原因     打气筒不与篮球连接，直接让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度与打气筒往气压不足的篮球内打气时打气筒外壁的温度进行比较，进而得出结论。