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第十三章 内 能
考点一 温度、热量和内能之间的关系
典例1 关于热量、温度、内能之间的关系,下列说法中正确的是( )
A. 物体内能增加,温度一定升高
B. 物体吸收热量,温度一定升高
C. 物体温度升高,内能一定增加
D. 对物体做功,物体的内能一定增加
解析:物体吸收热量,内能增加,但温度不一定升高,如冰熔化成水的过程中吸收热量,内能增加,温度保持不变,故A、B错误;物体温度升高,分子的无规则运动加剧,其内能一定增加,故C正确;对物体做功,物体同时向外放出热量,物体的内能不一定增加,故D错误。
答案:C
易错警示
正确理解温度、热量与内能之间的关系
解决问题的诀窍:物体吸热或温度升高,内能一定增大;但物体的内能增大,不一定是由物体吸热或温度升高引起的。
1. 在冰的熔化过程中,下列判断正确的是( D )
A. 内能减少,质量不变
B. 吸收热量,温度升高
C. 温度不变,内能不变
D. 温度不变,内能增加
D
2. 如图所示,用塞子塞紧瓶口,再用打气筒向瓶内打气,当瓶内气压达到足够大时,塞子从瓶口冲出。下列关于瓶内气体的说法,正确的是( A )
A. 向瓶内打气,外界对气体做功,气体内能增加
B. 向瓶内打气,气体对外界做功,气体内能不变
C. 塞子从瓶口冲出,气体对外界做功,气体内能增加
D. 塞子从瓶口冲出,外界对气体做功,气体内能减少
A
考点二 比热容、热量的计算
典例2 小明同学用酒精灯给冰块加热,研究冰的熔化现象。他依据实验数据绘制了如图所示的甲、乙两条图线中的一条。已知m冰=0.1kg,c水=4.2×103J/(kg·℃),c冰=2.1×103J/(kg·℃),酒精灯在相同时间内的加热效果相同。下列分析中,正确的是( )
A. 小明绘制的是甲图线
B. 1~3min内,温度不变,说明冰块没有吸收热量
C. 0~1min内,冰块吸收的热量为1.05×103J
D. 1~3min内,冰水混合物吸收的热量为2.2×103J
解析:由图可知,在0~1min内,冰吸收热量,温度升高了5℃;冰化成水后,质量不变,根据题意可知,水的比热容是冰的比热容的2倍,根据Q=cmΔt可知,水升高5℃所需的热量为冰升高5℃所需热量的2倍,即水升高5℃,所需的加热时间为2min,故乙图线是水的升温图象,故A错误;由图可知,冰在熔化的过程中,温度保持不变,为晶体,这个过程中,冰会吸收热量,内能增大,故B错误;冰吸收的热量Q冰=c冰m冰Δt=2.1×103J/(kg·℃)×0.1kg×5℃=1.05×103J,故C正确;酒精灯在相同时间内的加热效果相同,2min放出的热量是1min放出热量的2倍,1~3min内,冰水混合物吸收的热量Q=2Q冰=2×1.05×103J=2.1×103J,故D错误。
答案:C
3. 如图所示为食品级不锈钢速冻“冰块”,冷冻后直接放入饮料中可以迅速给饮料降温,由于其具有清洗方便,制冷迅速,可穴环使用以及不会熔化而影响饮料口感等优点,因此深受消费者喜爱。某次小明将4颗质量均为50g的不锈钢速冻“冰块”从-18℃的冷冻室取出后立即放入一杯26℃的水中,达到热平衡后,水温变为了3℃。不考虑热传递过程中的热量损失,c不锈钢=0.46×103J/(kg·℃),则杯中水的质量是 20 g。
20
4. 质量、初温均相同的甲、乙两物体,将甲投入一杯热水中,达热平衡后水温降低5℃,将甲取出,接着把乙投入这杯水中,达到热平衡后水温又降低5℃,下列说法中,正确的是( B )
A. c甲>c乙 B. c甲<c乙
C. c甲=c乙 D. 无法确定
B
1. 下列说法中,正确的是( D )
A. 吸盘能牢牢吸在玻璃上,说明分子间存在引力
B. 尘土飞扬,说明分子在不停地运动
C. 弹簧能够被压缩,说明分子间有间隙
D. 将糖放入水中,不久后整杯水变甜了,属于扩散现象
2.甲、乙两杯水的温度各为40℃、80℃,下列说法中,正确的是( D )
A. 只有加热才能使水升温
B. 甲杯中水的内能一定比乙杯中的小
C. 甲杯中的水分子运动一定比乙杯中的剧烈
D. 乙杯中水的温度降低,水的内能一定减小
D
D
3. 将“气压火箭”发射筒内充满气体,并在发射筒外安装好纸火箭外壳。如图所示,按下发射气阀,随着“砰”的一声响,火箭飞出,同时看到下端管口出现了明显的“白气”。下列叙述中,正确的是( D )
A. “白气”是水蒸气
B. “白气”是由于外界水蒸气吸热而产生的
C. 发射筒内气体与外界气体发生热传递,内能增加
D. 发射筒内气体对发射筒做功,内能减小
D
4. 如图所示为某种物质在熔化过程中温度随时间变化的图象,下列说法中,正确的是( C )
A. 该物质的熔点是-20℃
B. 该物质是非晶体
C. 该物质固态时的比热容比液态时小
D. 该物质在2~6min内,温度和内能都保持不变
C
5. A、B两物体质量相等,温度均为10℃,甲、乙两杯水质量相等,温度均为50℃,现将A放入甲杯,B放入乙杯,热平衡后,甲杯水温降低了4℃,乙杯水温降低了8℃,则A、B两种物质的比热容之比为( C )
A. 2∶3 B. 3∶5 C. 4∶9 D. 1∶2
C
6. 把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面,读出测力计的示数。如图所示,使玻璃板水平接触水面,然后稍稍用力向上拉玻璃板,弹簧测力计的示数 变大 (填“变大”“变小”或“不变”),原因是 分子间存在引力 。若把分子看成一个小球,则分子直径的数量级一般为10-10m,合 0.1 nm。
(第6题)
7. 打开香油瓶盖,会闻到浓浓的香味,这属于 扩散 现象,说明香油分泌的芳香分子在不停地做 无规则运动 ,温度越高,分子热运动越 剧烈 。
变大
分子间存在引力
0.1
扩散
无规则运动
剧烈
8. 如图所示为分子间作用力与距离关系的图象,r0表示引力和斥力大小相等时分子间的距离,F斥表示斥力曲线,F引表示引力曲线,F表示合力曲线。当r>r0时,分子间的作用力表现为 引力 。固体和液体很难被压缩,说明分子之间存在 斥力 ,分子间的F斥和F引都随r的增大而 减小 。
引力
斥力
减小
9. 切割机切割钢筋时冒出许多“火花”,同时切割片也会迅速“发烫”,这一过程是通过 做功 的方式增大了切割片的内能。
做功
10.汽车发动机工作时,需要对它进行冷却。人们常常选用水作为冷却液,这是因为水的 比热容 较大,冷却效果好;当水吸收发动机缸体的热量后温度升高,这是通过 热传递 方式来改变水的内能的。
11. 某实验小组利用酒精灯对500g冰进行均匀加热,他们每隔相同时间记录一次温度计的示数,并观察物质的状态,如图所示为他们根据记录的数据绘制的温度—时间图象,由图可知,CD段物质的比热容 大于 (填“大于”“小于”或“等于”)AB段物质的比热容,在AB段,冰的内能增加了 2.1×104 J。在BC段,物质吸收的热量是 1.68×105 J。[已知c冰=2.1×103J/(kg·℃),c水=4.2×103J/(kg·℃)]
比热容
热传递
大于
2.1×104
1.68×105
12. 将一温度为20℃、质量为4.2kg的铁块升温至80℃,需要吸收 1.1592×105 J的热量;然后将其放入一个装有温度为10℃、质量为1.15kg水的量热器中,最后水的温度将升高到 30 ℃。[忽略量热器吸收的热量,c水=4.2×103J/(kg·℃),c铁=0.46×103J/(kg·℃)]
13. 李奶奶家有一只小狗,李奶奶每周要用40℃的温水给它清洗一次。现有10℃的冷水和90℃的热水若干,李奶奶需要20kg的温水。请你计算一下,需要冷水 12.5 kg,热水 7.5 kg。[不计配水过程中的热损失,水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
1.1592×105
30
12.5
7.5
物质 质量/g 升高温度/℃ 加热时间/s
沙子 50 20 120
水 50 20 200
14.去年暑假,小明在父母的陪同下去邵水河畔玩耍。他发现赤脚踩在水里清凉舒服,回到岸上踩在沙子上却很烫,对此很好奇,他设计了如图甲所示的装置探究“水和沙子谁的吸热本领大”。实验数据记录如表所示:
(1) 实验中,把沙子或者水吸收热量的多少转换为 加热时间的长短 (填“升高温度的多少”或“加热时间的长短”)。
(2) 分析实验数据可得:质量相同的水和沙子,升高相同的温度,水吸收的热量大于沙子吸收的热量,说明 水 (填“水”或“沙子”)的吸热本领大。
(3) 粗心的小明实验完成后忘记熄灭酒精灯,发现烧杯中的水已经沸腾,此时温度计的示数如图乙所示,请读出此时水的温度是 98 ℃。
(4) 由(3)可知,当地气压 小于 (填“大于”“小于”或“等于”)标准大气压。
加热时间的长短
水
98
小于
15. 在“探究不同物质吸热能力”的实验中,实验装置如图甲、乙所示。
(1) 实验中应取 质量 (填“质量”或“体积”)相同的甲、乙两种液体,分别倒入相同的烧杯中,使用规格 相同 (填“相同”或“不同”)的电加热器加热。实验中通过 加热时间 (填“升高的温度”或“加热时间”)来比较甲、乙两种液体吸收热量的多少。
质量
相同
加热时间
(2) 实验数据如表所示, 甲 液体的吸热能力强。若要在甲、乙两种液体中选择一种液体作为冷却剂,则选择 甲 液体较为合理。(填“甲”或“乙”)
加热时间/min 0 1 2 3 4
甲的温度/℃ 30 34 38 42 46
乙的温度/℃ 10 18 26 34 42
(3) 图丙中①是乙加热时温度随时间变化的图线,如果将初温相同的乙物质的质量增加到原来的2倍,不考虑热损失,用相同的加热器加热,再绘制出一条温度随时间变化的图线,则图线为图丙中的 ③ (填“①”“②”或“③”)。
甲
甲
③
16. 如图所示为用电磁炉烧水时的情形。已知该电磁炉每分钟能提供9×104J的热量,壶的容积为2.5L。[水的密度为1.0×103kg/m3,水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
(1) 将壶中装满水后,水的质量是多大?
解:(1) 壶中装满水后,水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×2.5×10-3m3=2.5kg
(第16题)
(第16题)
(2) 在壶中装满25℃的水,用这种电磁炉给水加热9min20s,壶中水的温度将升高多少?(不计热量损失,当时大气压为一个标准大气压)
解:(2) 加热时间为9min 20s=min,由于不计热量损失,壶中的水吸收热量后最多升高的温度Δt===80℃,t=t0+Δt=25℃+80℃=105℃,由于在一个标准大气压下水的温度不会高于100℃,因此,水实际升高的温度Δt'=100℃-25℃=75℃