第１４講 熱和能專題復(fù)習(xí)

本知識板塊的知識點有：分子熱運動；內(nèi)能和改變內(nèi)能的兩種方式；比熱容的概念、熱量的計算；燃料的熱值及計算；熱機的工作原理、熱機效率；能量的轉(zhuǎn)化與守恒.

本知識板塊的重點是分子熱運動、改變內(nèi)能的兩種方式、水的比熱容及其應(yīng)用、熱量的計算、四沖程汽油機的工作過程及能量轉(zhuǎn)化、燃料的熱值及其計算.

本知識板塊的難點是影響內(nèi)能大小的因素、比熱容的概念、熱機的效率.

本知識板塊的易錯易混點是宏觀的機械運動和分子的熱運動，內(nèi)能和機械能，溫度、熱量與內(nèi)能間的關(guān)系，溫度的改變量Δt的理解.

[重點考點解析]

本知識點的重點內(nèi)容是擴散現(xiàn)象和分子間的作用力.

本知識點的考點是識別擴散現(xiàn)象，根據(jù)擴散的快慢跟溫度有關(guān)，從分子運動的角度解釋生活中的有關(guān)現(xiàn)象；利用分子的引力和斥力解釋相關(guān)問題.中考題型主要是填空、選擇，常提供大量的生活實例，如劣質(zhì)的裝修材料污染環(huán)境、裝修的板材用膠粘在一起、很遠(yuǎn)聞到臭豆腐味等，要求利用分子熱運動理論給以解釋；另外，區(qū)別宏觀的機械運動和分子熱運動的題目較多.解題提示：分子熱運動是肉眼看不見的，如煙囪冒出的濃煙、空中飄動的塵埃都不是分子熱運動，是機械運動；有些物體斷裂后不能重新結(jié)合，不是分子間斥力的作用結(jié)果，實際是因為分子間距離太大，分子間沒有作用力了.

[中考常見題型]

例1 （2007年廣州）圖1所示的四個實驗現(xiàn)象中，能夠說明分子在不停地運動的是（）.

思路分析：此題通過識圖考查對分子熱運動理論的理解.A項中氣體混合均勻表明氣體分子在不停地做無規(guī)則運動；B項中用力才能把玻璃板拉離水面，D項中鉛塊結(jié)合在一起都是分子引力作用的結(jié)果；C項說明外界對物體做功，物體的內(nèi)能會增加.選A.

例2 （2007年常德）校門口新搬來一個烤臭豆腐的小攤，同學(xué)們遠(yuǎn)遠(yuǎn)就能聞到臭豆腐的味道，這屬于____現(xiàn)象；臭豆腐經(jīng)燒烤后，溫度升高，分子無規(guī)則運動____.（溫馨提示：請注意食品衛(wèi)生?。?/p>

思路分析：此題考查擴散現(xiàn)象和分子運動快慢跟溫度的關(guān)系.同學(xué)們遠(yuǎn)遠(yuǎn)就能聞到臭豆腐的味道，是因為分子運動到很遠(yuǎn)的地方，表明分子在不停地做無規(guī)則運動，是擴散現(xiàn)象；溫度升高，擴散加快，分子無規(guī)則運動加快.分別填“擴散”、“加快”.

[易錯易混題型]

例3 （2007年山東）下列現(xiàn)象用分子熱運動理論解釋正確的是（）.

A. 石灰石能被粉碎成粉末，說明分子很小

B. 空氣能被壓縮，說明分子間有引力

C. “破鏡不能重圓”，說明分子間有斥力

D. 堆煤的墻角時間久了會變黑，說明分子在不停地做無規(guī)則運動

思路分析：石灰石能被粉碎成粉末，是物體的形狀發(fā)生了變化，人眼可以直接看到粉末，分子是不能直接用眼看到的，選項A錯誤；空氣能被壓縮，說明分子間有間隙，選項B錯誤；“破鏡不能重圓”是因為分子間距離太大，分子間沒有作用力，選項C錯誤；堆煤的墻角時間久了會變黑，是因為煤分子擴散到了墻內(nèi)，表明分子在不停地做無規(guī)則運動.選D.

[重點考點解析]

本知識點的重點內(nèi)容是內(nèi)能和改變物體內(nèi)能的兩種方式.

本知識點的考點是判斷物體內(nèi)能改變的方式和內(nèi)能、溫度、熱量之間的關(guān)系.中考題都是列舉生活事例，讓識別是通過做功過程改變內(nèi)能的，還是通過熱傳遞過程改變內(nèi)能的.做功改變內(nèi)能是能的一種轉(zhuǎn)化，熱傳遞改變內(nèi)能是能的一種轉(zhuǎn)移.解答有關(guān)內(nèi)能、溫度、熱量之間關(guān)系問題的策略是真正理解概念：溫度是指物體的冷熱程度，溫度反映分子做無規(guī)則運動的程度，溫度不同是進行熱傳遞的條件；熱量是熱傳遞過程中物體內(nèi)能的改變量，是一個過程量，不能說“含有”、“具有”多少熱量，只能說吸收或放出多少熱量；內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子無規(guī)則運動的分子動能和分子勢能的總和，是一個狀態(tài)量，可以說“含有”、“具有”多少內(nèi)能.

[中考常見題型]

例4 若液化氣鋼瓶放在烈日下曝曬，將通過____的方式使它的內(nèi)能____（填“減小”或“增大”），具有一定的危險性，因此液化氣鋼瓶嚴(yán)禁曝曬.過春節(jié)時，同學(xué)們總喜歡燃放爆竹，其中有一種爆竹，不需用火去點燃，只要稍用力將它甩向地面，爆竹就可以爆響．爆竹與地面發(fā)生碰撞時，通過____的方式，使它的內(nèi)能____（填“增大”或“減小”）．

思路分析：此題考查做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能.液化氣鋼瓶放在烈日下曝曬，熱從太陽光傳給鋼瓶，通過熱傳遞的方式使鋼瓶的內(nèi)能增大；用力把爆竹甩向地面，爆竹跟地面碰撞，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能增大，溫度升高，點燃火藥，發(fā)生爆響，這是通過做功的方式改變了物體的內(nèi)能.分別填“熱傳遞”、“增大”、“做功”、“增大”.

例5 （2007年蘭州）下列現(xiàn)象中，利用做功改變內(nèi)能的是（）.

A． 曬太陽感到暖和 B. 用蒸籠餾冷饅頭

C． 感冒發(fā)燒，用冷毛巾敷額頭D. 插上電的電爐，爐絲燙了

思路分析：此題考查改變物體內(nèi)能的方式，是本考點最常見的題型.A、B、C所述都是常見的熱傳遞現(xiàn)象，是通過熱傳遞改變物體的內(nèi)能；插上電的電爐，爐絲燙了，是電流做功時把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.故D項正確.注意：做功不僅指力做功，也可以是電流做功等.

[易錯易混題型]

例6 （2007年黃岡）關(guān)于分子熱運動和內(nèi)能，下列說法正確的是（）.

A． 物體內(nèi)能增大，溫度一定升高

B． 物體的溫度升高，分子運動一定加劇

C． 分子之間存在引力時，就沒有斥力

D． 0 ℃的冰沒有內(nèi)能

思路分析：物體的內(nèi)能跟溫度有關(guān)，物體的溫度升高，內(nèi)能增大，但物體內(nèi)能增大，溫度不一定升高，如晶體熔化過程中，吸熱內(nèi)能增大，溫度卻保持不變，A項錯誤；物體的溫度升高，分子運動一定加劇，因為溫度反映分子做無規(guī)則運動的程度，B項正確；分子間相互作用的引力和斥力，是同時存在、同時消失的，C項錯誤；內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子無規(guī)則運動的分子動能和分子勢能的總和，一切物體在任何情況下都有內(nèi)能，故D項錯誤.選B.

[重點考點解析]

本知識點的重點是比熱容的概念、水的比熱容及其應(yīng)用.

本知識點的考點是對比熱容概念的理解，用比熱容解釋簡單的自然現(xiàn)象，探究比較不同物質(zhì)的吸熱能力的實驗（這是中考的亮點）.比熱容是物質(zhì)的一種特性，與物質(zhì)的種類、狀態(tài)有關(guān)，跟物體的質(zhì)量、升高的溫度無關(guān)，比熱容不隨物體的質(zhì)量、溫度和吸收、放出熱量的多少而改變；比熱容是反映物質(zhì)吸熱或放熱能力大小的物理量；用比熱容解釋簡單自然現(xiàn)象的關(guān)鍵是比熱容不同，在m、Q相同的條件下導(dǎo)致Δt不同；研究物質(zhì)的吸熱特性、吸熱能力、比熱容大小時，所用的原理基本相同，都采用了控制變量法，只不過控制的量較多，因為涉及質(zhì)量、溫度的變化、吸收的熱量和物質(zhì)的種類等因素，要針對不同的問題合理控制若干因素.

[中考常見題型]

例7 （2007年廣州）由Q＝cm（t－t0）可得c＝，關(guān)于同一種物質(zhì)的比熱容c，下列說法正確的是（）.

A． 若吸收的熱量增大一倍，則比熱容增大一倍

B． 若質(zhì)量增大一倍，則比熱容減至一半

C． 若加熱前后的溫度差增大一倍，則比熱容增大一倍

D． 無論質(zhì)量多大，比熱容都一樣

思路分析：此題考查對比熱容概念的理解.比熱容是物質(zhì)的一種特性，比熱容是反映物質(zhì)吸熱或放熱能力大小的物理量，它表示的是單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高（降低）1 ℃吸收（放出）的熱量的多少，跟物體的質(zhì)量、升高或降低的溫度無關(guān)，比熱容不隨物體的質(zhì)量、溫度和吸收、放出熱量的多少而改變.選項A、B、C都是錯誤的，只有D項正確.

例8 （2007年廣安）如圖2所示的是甲、乙兩種質(zhì)量相等的非燃料液體吸收的熱量與溫度變化情況的圖象，請根據(jù)圖象中提供的信息判斷，____液體的比熱容較大；如果要你在甲、乙兩種液體中選擇一種作為汽車的冷卻液，你認(rèn)為選擇____液體更好.

思路分析：此題是圖象信息處理題，解題的方法是：在圖上取相同的橫坐標(biāo)Q，讓甲、乙吸收相同的熱量，并分別找到甲、乙對應(yīng)的溫度變化Δt甲和Δt乙，然后根據(jù)公式c=分析，在Q、m相同時，因為Δt甲>Δt乙，所以，乙的比熱容大于甲的比熱容；在相同的條件下，比熱容大的液體吸收的熱量多，故選取乙液體作為汽車的冷卻液.

例9 （2007年哈爾濱）某同學(xué)6月8日聽收音機時，記下了部分內(nèi)陸與沿海城市的天氣預(yù)報信息，如圖3所示.請觀察并分析該信息，你所發(fā)現(xiàn)的問題是：____；請運用物理知識對發(fā)現(xiàn)的問題給出解釋：____.

思路分析：此題考查對生活中實際信息的處理能力，用所學(xué)物理相關(guān)知識加以解釋.解題的關(guān)鍵是認(rèn)真閱讀所給信息.從圖中可以發(fā)現(xiàn)廈門、青島的溫度變化比北京、哈爾濱小，原因是沿海城市水多，在相同條件下，溫度變化小.

參考答案：內(nèi)陸地區(qū)比沿海城市晝夜溫差大 沿海地區(qū)是海洋性氣候，海水的比熱容大，在相同條件下，沿海城市溫度變化小

[綜合應(yīng)用題型]

例10 （2007年揚州）為了比較水和沙子吸熱本領(lǐng)的大小，小明做了如圖4所示的實驗：在兩個相同的燒杯中分別裝有質(zhì)量、初溫都相同的沙子和水，用兩個相同的酒精燈對其加熱.實驗數(shù)據(jù)記錄如表所示.

（1） 在此實驗中，用加熱時間的長短來表示物質(zhì)____.

（2） 分析表中的實驗數(shù)據(jù)可知：質(zhì)量相同的水和沙子，升高相同的溫度時，水吸收的熱量____（填“大于”或“小于”）沙子吸收的熱量.

（3） 如果加熱相同的時間，質(zhì)量相同的水和沙子，____（填“沙子”或“水”）升高的溫度更多.

（4） 實驗中有些同學(xué)發(fā)現(xiàn)：剛開始加熱時，情況與（3）結(jié)論不符，你認(rèn)為可能的原因是：____.

思路分析：此題考查對不同物質(zhì)吸熱能力大小的比較，采用了控制變量法.用兩個相同的酒精燈加熱是為了保證加熱時間相同時水和沙子吸收的熱量相同；從表中可以看出，質(zhì)量相同的水和沙子，升高相同的溫度時，對水加熱的時間長，說明水吸收的熱量大于沙子吸收的熱量；轉(zhuǎn)換一下思維，質(zhì)量相同的水和沙子，如果吸收相同的熱量，那么沙子升高的溫度比水多；剛開始加熱時，情況與（3）結(jié)論不符，原因可能是水的導(dǎo)熱性能好，或沙子中的溫度計玻璃泡插入比較淺，或沒有用攪拌器攪動，也可能是沙子不干燥，沙子中的水分蒸發(fā)吸熱等.

參考答案：（1） 吸收的熱量（的多少） （2） 大于 （3） 沙子 （4） 水的導(dǎo)熱性能好

[重點考點解析]

本知識點的重點內(nèi)容是熱值的概念，物體溫度改變吸收或放出熱量、燃料燃燒放出熱量的計算.

本知識點的考點是熱值概念在實際中的意義和熱量的計算.燃料的熱值是燃料的特性之一，它的大小與燃料的質(zhì)量大小、是否完全燃燒、放出的熱量多少無關(guān)，燃料燃燒放出的熱量多少跟燃料的熱值、燃料的質(zhì)量、燃料是否充分燃燒有關(guān)；熱量的計算是中考的熱點之一，題目并不復(fù)雜，但經(jīng)常與電學(xué)綜合，要熟記幾個常用公式Q吸=cm（t－t0）、Q放=cm（t0－t）、Q放=mq、η=，要理解每個字母所代表物理量的含義，會對公式進行變形，注意對溫度的改變量Δt的理解.

[中考常見題型]

例11 （2007年蘇州）由于國際原煤價格上漲，少數(shù)不法商人把一種黑色石頭摻在優(yōu)質(zhì)煤中高價出售．客戶為了不上當(dāng)受騙，辨別煤中是否摻雜的最恰當(dāng)方法是檢測下面哪一個物理量？（）

A. 質(zhì)量 B． 溫度

C. 熱值 D. 比熱容

思路分析：優(yōu)質(zhì)煤的優(yōu)點就是熱值高，質(zhì)量相同時，熱值高的燃料完全燃燒放出的熱量多.若把一種黑色石頭摻在優(yōu)質(zhì)煤中，在燃燒過程中放出的熱量會大大減少，辨別煤中是否摻雜的最恰當(dāng)方法是檢測熱值.答案為C.

例12 （2007年哈爾濱）完全燃燒42 g焦炭放出的熱量，若有50%被2 kg、30 ℃的水吸收，則水溫可升高（）.（焦炭的熱值為3．0×107 J/kg，此時外界為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）

A. 70 ℃B. 75 ℃C. 100 ℃D. 105 ℃

思路分析：此題綜合考查燃料燃燒放出熱量的計算、水吸收熱量升高溫度跟1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點的關(guān)系.完全燃燒42 g焦炭放出的熱量為Q放=mq＝3．0×107 J/kg×42×10－3 kg＝1．26×106 J；水吸收的熱量為Q吸＝Q放×η＝1．26×106 J×50%＝6．3×105 J；水升高的溫度為Δt＝＝75 ℃；水升高到的溫度t＝t0＋Δt＝30 ℃＋75 ℃＝105 ℃＞100 ℃，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點為100 ℃，當(dāng)溫度達到100 ℃時，水吸熱溫度卻保持不變，因而Δt應(yīng)為70 ℃.

[綜合應(yīng)用題型]

例13 （2007年揚州）隨著“西氣東輸”，天然氣進入揚州市民家庭，小明家已經(jīng)開始使用天然氣了.小明家原來就有個電磁爐，小明想探究使用哪種能源更劃算.于是開始實驗并收集有關(guān)數(shù)據(jù).

（1） 小明在水壺里放入5 000 cm3、20 ℃的水，記錄下當(dāng)時的氣量表示數(shù)是134.731 m3；隨后點火并將火調(diào)至最大燒水，開始同步計時；當(dāng)水燒至沸騰時，氣量表讀數(shù)為134.871 m3，用時23 min.小明查到天然氣的熱值約為4.0×107 J/m3，單價為2.2元/m3.燒開這壺水，水需要吸收多少熱量？小明家天然氣爐具的效率是多少？［1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，c水＝4.2×103 J/（kg·℃）］

（2） 小明又取相同的水在電磁爐上加熱，使用功率為1 000 W擋電磁爐正常工作將水加熱至沸騰，用時30 min.揚州的電價為0．5元/度，使用電磁爐燒開這壺水，需消耗多少電能？花費多少電費？

（3） 你建議小明家使用哪種能源？請說明兩點理由.

思路分析：本題來自生活實際，考查綜合分析和計算能力，滲透節(jié)約能源和環(huán)保意識.

（1） 天然氣爐具的效率η＝，水吸收的熱量Q水吸＝c水m水Δt水＝4.2×103 J/（kg·℃）×1×103 kg/m3×5 000×10－6 m3×（100 ℃－20 ℃）＝1．68×106 J，天然氣燃燒放出的熱量Q燃放＝qV＝4.0×107 J/m3×（134.871 m3－134.731 m3）＝5．6×106 J，燒水效率η＝＝＝30％.

（2） 消耗電能W＝Pt＝1 kW×0．5 h＝0．5 kW·h，電費為0．5元/度×0．5度＝0．25元.

（3） 建議使用電能（若選天然氣也可以，但要理由合理）.電磁爐的燒水效率η＝＝93％>30％，天然氣費用為（134.871 m3－134.731 m3）×2.2元/m3＝0．31元>0．25元；使用天然氣會放出二氧化碳等氣體；使用電能清潔.

參考答案：（1） 水吸收的熱量是1．68×106 J；天然氣爐具的效率是30％.（2） 使用電磁爐燒開這壺水，需消耗電能0．5 kW·h，花費電費0．25元.（3） 建議使用電能，使用天然氣會放出二氧化碳等氣體，使用電能清潔.

[重點考點解析]

本知識點的重點內(nèi)容是熱機中的內(nèi)燃機和熱機的效率.

本知識點的考點是四沖程汽油機的工作過程及能量轉(zhuǎn)化.四沖程汽油機工作過程由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成，判斷沖程的方法：一看氣門的關(guān)閉，二看活塞運動方向.比如兩個氣門都關(guān)閉，可能是壓縮或做功沖程，活塞向上運動，一定是壓縮沖程，活塞向下運動，一定是做功沖程.內(nèi)燃機中能量的轉(zhuǎn)化：壓縮沖程中機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；做功沖程中燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，燃?xì)馔苿踊钊龉?，?nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能.熱機的效率是個難點，它是指用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比.提高熱機效率的途徑：盡量減小各種熱量散失；保持良好的潤滑減小摩擦；盡可能使燃料充分燃燒.

[中考常見題型]

例14 （2007年長春）美國《大眾科學(xué)》雜志評出2006—2007年度奇思妙想十大發(fā)明，其中最引人注意的是“六沖程引擎”，這種引擎在完成四沖程工作后，會把水注入汽缸，使水瞬間變成水蒸氣，從而推動活塞運動，產(chǎn)生第五沖程，為汽車提供動力.第六沖程是讓水蒸氣進入冷凝器，變成可再次注入汽缸的水.其中第五沖程相當(dāng)于四沖程內(nèi)燃機的____沖程，在第六沖程中發(fā)生的物態(tài)變化是____.請你指出該“六沖程引擎”的一個優(yōu)點：____.

思路分析：此題以“六沖程引擎”為切入點，考查對內(nèi)燃機工作原理的理解，題目新穎.四沖程工作后，把水注入汽缸，水瞬間變成水蒸氣，推動活塞運動，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，為汽車提供動力，相當(dāng)于內(nèi)燃機的做功沖程；水蒸氣進入冷凝器，變成水，是一種液化現(xiàn)象；“六沖程引擎”有效利用了廢氣的能量，提高了能源利用率，節(jié)約了燃料.

參考答案：做功 液化 節(jié)約燃料（或節(jié)約能源、提高效率等）

[重點考點解析]

本知識點的重點內(nèi)容是能量的轉(zhuǎn)化和能量守恒定律.

本知識點的考點是在一些綜合分析題中，穿插考查能的轉(zhuǎn)化.用能量守恒定律分析物理現(xiàn)象，計算能量的轉(zhuǎn)化效率，題目難度較大.考查內(nèi)容趨向于應(yīng)用性，解題的關(guān)鍵是對教材前后相關(guān)知識點的綜合應(yīng)用.

[中考常見題型]

例15 圖5展示了一個極具想象力的設(shè)想，其大意是：

上面水池中的水流下來，沖擊葉輪轉(zhuǎn)動；葉輪帶動打磨輪和水泵的軸轉(zhuǎn)動；人利用打磨輪打磨工件，同時，運轉(zhuǎn)的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一開始在上面水池中注滿水，就能通過水的上下循環(huán)，使機器不停地工作.

（1） 你認(rèn)為，上面水池中流下來的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？說明理由.

（2） 這個設(shè)想曾得到不少人的贊許，并把這個裝置譽為“永動機”.請運用你掌握的知識，說明這個裝置是否真能“永動”.

思路分析：用能量守恒定律分析物理現(xiàn)象，需注意能的轉(zhuǎn)化很難從一種形式完全轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化過程中，除了人們所需的能量形式外，總有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能損耗了.

參考答案：（1） 不能.因為高處水池中水的重力勢能，只有部分轉(zhuǎn)化為葉輪的動能；而葉輪的動能部分用來打磨物體及克服部分摩擦做功，不會全部提供給水泵用來提升水.或簡答為“用于水泵提升水的能量只是從上面流下的水的動能的一部分”.

（2） 不能.由于從上面流到下面水池中的水不能全部被抽送到上面的水池中（或“對外做功消耗能量”、“用來打磨物體消耗能量”、“克服裝置的摩擦要消耗能量”），上面水池中的水越來越少，一定時間后便不再有水從上面流下來，所以這個裝置不能夠“永動”.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>