专题05 热和能
考点一：分子热运动
1.分子动理论：物质是由分子或原子组成的；分子在永不停息地做无规则运动，分子之间存在着相互作用的引力和斥力。
2.扩散：不同物质互相接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散，不同物质之间都可以发生扩散现象。扩散现象表现分子不停地做无规则运动，分子间存在间隙。扩散现象证明分子运动利用了转换法。
3.热运动：分子运动快慢与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈。所有分子的这种无规则运动叫做分子热运动。
考点二：内能
1.内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能，一切物体在任何情况下都具有内能，同一物体，内能与温度有关，温度升高，分子运动越剧烈，内能越越大，此外，内能还与物体质量、种类、结构、状态有关。
2.热传递：内能从高温物体转移到低温物体或者从物体的高温部分转移到低温部分的现象，叫做热传递，发生热传递的条件是物体之间或物体各部分之间存在温度差，热传递达到平衡时温度相同。
3.热量：在热传递的过程中，物体传递内能的多少叫热量，物体吸收热量，内能增大，放出热量，内能减小。
4.改变内能的途径是：做功和热传递，它们在改变物体内能上是等效的，做功改变内能实质上是能的转化，热传递改变内能实质是能量的转移。
5.温度、热量和内能的关系
(1)温度是一个状态量，常用“是”、“物体的”等词描述。物体的温度升高，内能增大，但不一定是吸了热。
(2)热量一个过程量，不能离开热传递，常用“吸收”、“放出”等词修饰，不能用“有”、“含有”、“物体的”等词修饰。物体吸收热量，内能增加，但温度不一定升高。如晶体熔化、液体沸腾的过程。
(3)内能是一个状态量，常用“物体的”、“物体有”等词修饰。物体内能增加，不一定是吸收了热量。
考点三：比热容
1.比热容：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容，其单位是J/(kg·℃)。比热容反映了物质吸热能力和放热能力。
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2.比热容的特性：比热容是物质的特性之一，不同物质的比热容一般不同，比热容与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度和吸(放)热的多少无关。
3.热量计算：物体温度升高吸收热量Q吸＝cm(t－t0)，物体温度降低时放出热量Q放＝cm(t0－t)。
①物体吸收或放出热量的多少由物质的比热容、物体质量和物体温度变化量的乘积决定，跟物体温度高低等无关。
②公式中，升高t ℃、升高了t ℃、降低t ℃或降低了t ℃对应的是温度的改变量，而升高到t ℃或降低到t ℃对应的是物体的末温度。
4.水的比热容大的应用
(1)制冷剂：如汽车的发动机用循环水来冷却。
(2)散热剂：如在寒冷的北方让水经过散热器放出较多的热量。
(3)调节气温：如三峡水电站建成后，水库周边地区“冬暖夏凉”。
并非所有的跟水有关的应用都应用了水比热容大的这一特性。
考点四：热机
1.热机：利用内能做功的机械叫热机，其工作原理图是
2.热机的工作过程：汽油机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，完成一个工作循环曲轴转两圈，对外做功一次，压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能。
3.四冲程内燃机的一个工作循环中只有做功冲程是靠燃气推动活塞做功的，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
考点五：热机的效率
1.热值：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值，其单位是J/kg(或J/m3)，燃料完全燃烧放热公式Q放＝mq。热值反映了燃料在燃烧过程中化学能转化为内能本领的大小。
2.热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系。
3.热机效率：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率，提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；减少各种热损失；减少机械磨损消耗的能量。
4.热机造成的污染主要表现在大气污染和噪声污染。
考点六：能量的转化和守恒
1.能量的转化和守恒定律的内容：能量既不会凭空消灭，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另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
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2.能的转化是通过物体做功来实现的。能的转化过程中，能量的形式发生了改变。能的转移过程中能量的形式没有发生变化。
3.能量守恒定律不同于机械能守恒定律。所有的能量转化和转移过程，都遵循能量守恒定律，而机械能守恒是有一定条件的。
考点一 分子热运动
【典例】（2018•南通）“便利贴”的背面有粘性，可方便地贴在课本上，其利用的物理知识是
A．分子间有引力 B．分子间有斥力 C．分子间有空隙 D．分子是运动的
【答案】A
【点评】本题考查学生对分子动理论内容的了解情况，需要结合具体生活实例进行分析，并掌握用物理语言解释物理现象的能力。
【跟踪练习】
1．（2018•郴州）关于分子运动理论知识，下列说法中不正确的是
A．端午节粽子飘香，是扩散现象
B．盐放到热汤里，“化”得更快一些，说明扩散现象与温度有关
C．50ml酒精和50ml水混合，总体积小于100ml
D．液体很难被压缩，说明液体分子间只存在斥力
【答案】D
【解析】A、能闻到粽子的香味，是扩散现象，说明分子在不停做无规则运动。故A正确；B、分子扩散约温度有关，温度越高，分子无规则运动越剧烈，扩散越快。所以盐放到热汤里，“化”得更快一些。故B正确；C、50ml的酒精和50ml的水混合之后，总体积小于100ml，这是由于分子间存在间隙，水分子与酒精分子相互进入对方分子间的空隙，从而使总体积变小。故C正确；D、液体很难被压缩，说明分子间有斥力；同时液体分子之间也存在引力。故D错误。故选D。
2．（2018•常州）液体很难被压缩，主要是因为
A．液体分子不停地运动 B．液体分子间存在引力
C．液体分子间存在斥力 D．液体分子间没有空隙
【答案】C
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【解析】固体、液体分子间的距离比较小，由于分子间存在斥力，所以固体、液体很难被压缩，故C正确。故选C。
3．（2018•柳州）在一杯清水中滴入一滴红墨水，不一会儿，整杯水变成了红色这一现象能说明
A．分子在不停地运动 B．分子数量巨大
C．分子一直在膨胀中 D．分子间互相吸引又互相排斥
【答案】A
考点二 内能
【典例】（2018•江西）如图所示，是课间同学们在教室里嬉戏的场景，恰巧被老师用手机拍下。上课后，老师形象地将图中①的动作描述为热传递中的传导，其②和③可分别描述为热传递中的________和________。
【答案】对流；辐射。
【解析】读图可知，①是通过直接接触来传递，故可描述为热传递中的传导；②是通过运动来带动传递，可描述为热传递中的对流；③是在不接触的情况下，直接进行传递，可描述为热传递中的辐射。
【点评】了解热传递的三种方式，同时会根据其特点分析图中的情形，有一定的新意。
【跟踪练习】
1．（2018•广安）关于物体的内能，下列说法中正确的是
A．物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量 B．0℃的冰熔化成0℃的水内能不变
C．汽油机的压缩冲程是把内能转化为机械能 D．热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移
【答案】A。
2. （2018•郴州）下列事例中，属于内能转化为机械能的是
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A．用气筒给自车打气时、气筒会发 B．两手互相摩擦，手心变热
C．水壶中水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起 D．流星与空气摩擦生热发光
【答案】C。
【解析】A、用打气筒给自行车打气时，活塞压缩空气做功，空气内能增加，温度升高，机械能转化为内能；故A错误；B、两手相互搓一搓，手心变热是摩擦生热，也就是做功的方式使内能增加，是把机械能转化为内能；故B错误；C、烧水时蒸气把壶盖顶起，是水蒸气的内能转化为壶盖的机械能；故C正确；D、流星与空气摩擦，温度升高，发光发热，是机械能转化为内能；故D错误。故选C。
3．（2018•锦州）下列关于内能、热量和温度的说法，正确的是
A．物体温度升高，一定吸收热量
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．发生热传递时，热量总是从内能大的物体传递到内能小的物体
【答案】C。
【解析】A、物体温度升高，可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，故A错误；B、物体吸收热量，温度不一定升高；比如，在晶体的熔化和液体的沸腾时，物质虽然吸收热量但是温度不变，故B错误；C、物体温度升高，内能一定增加，故C正确；D、发生热传递时，热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，故D错误。故选C。
考点三 比热容
【典例】（2018•烟台）炎炎夏日，烈日下海滩的沙子热得烫脚，而海水很清凉，傍晚落日后，沙子凉了，海水却依然暖暖的，这主要是因为海水和沙子具有不同的
A．密度 B．内能 C．热量 D．比热容
【答案】D
【解析】水的比热容比沙子的比热容大，同样受热或冷却的情况下，吸收或放出相同热量，水的温度变化比沙小，因此，在受太阳照射条件相同时，海水比沙滩的温度低，放出相同热量时，海水比沙滩的温度高，故D正确。故选D。
【点评】本题主要考查学生对水的比热容大在生活中的应用的了解，是一道基础题。
【跟踪练习】
1．（2018•巴彦淖尔）根据表中的数据，下列判断正确的是一些物质的比热容[J/（kg•℃）]
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水
4.2×103
干泥土
0.84×103
冰
2.1×103
铜
0.39×103
砂石
0.92×103
铝
0.88×103
A．阳光照射下，干泥土比湿泥土升温慢
B．因为水的比热容较大，所以沿海地区比内陆地区昼夜温差大
C．同种物质状态改变，比热容不变
D．质量相同的铝块和铜块升高相同的温度，铝块吸收的热量多
【答案】D
2．（2018•宜宾）如图是干早地里的玉米，由于玉米植株内水的比例很高，有助于调节玉米自身的温度，以免温度变化太快对玉米造成损害。这主要是因为水的
A．凝固点较低 B．比热容较大 C．沸点较高 D．质量较小
【答案】B
【解析】因为水的比热容比较大，在吸收或放出相同的热量时，水的温度变化小，所以玉米植株内水的比例很高，有助于调节玉米植株自身的温度，以免温度变化太快对玉米植株造成损害，故B正确。故选B。
3．（2018•郴州）标准大气压下完全燃烧0.042m3的煤气放出的热量是________J．若50%的热量被水吸收，能使质量为2.5kg初温为25℃的水升高________℃．[q煤气=4.0×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】1.26×106；75。
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考点四 热机
【典例】（2018•镇江）下列表示四冲程汽油机处于压缩冲程的是
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】A、进气门开启，排气门关闭，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，故A不符合题意；B、两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，故B不符合题意；C、两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故C符合题意；D、进气门关闭，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，故D不符合题意。故选C。
【点评】此题考查了对内燃机四个冲程的判断，要结合气门和活塞运动情况进行判断。
【跟踪练习】
1．（2018•兰州）下列关于四冲程内燃机的说法中正确的是
A．热机效率越高，所做的有用功就越多 B．汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气
C．一个工作循环对外做功一次 D．压缩冲程中将内能转化为机械能
【答案】C。
2．（2018•邵阳）小型汽车上的四冲程汽油机中，主要把机械能转化为内能的冲程是
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
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【答案】B。
【解析】汽油机的压缩冲程中，压缩汽油和空气的混合物做功，使汽油和空气的混合物得温度升高、内能增大，把机械能转化为内能，故B正确。故选B。
3．（2018•成都）在四冲程汽油机的工作循环中，将内能转化为机械能的冲程是
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C。
【解析】四冲程汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；其中压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能，故C正确。故选C。
考点五 燃料的热值
【典例】（2018•益阳）下列关于热值的说法正确的是
A．2kg煤的热值大于1kg煤的热值 B．燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C．热量燃烧不完全时热值变小 D．燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关
【答案】D。
【解析】A、燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度、质量都无关，故A错误；B、燃料的热值越大，只有在相同质量并且完全燃烧的情况下，放出的热量才越多，质量少、燃烧不完全放出的热量就少，故B错误；C、热值与燃料是否完全燃烧无关，故C错误；D、热值是燃料本身的特性，与燃料的质量无关，不同的物质热值一般不同，故D正确。故选D。
【点评】此题主要考查的是学生对燃料热值是燃料特性的理解和掌握，常见题目。
【跟踪练习】
1．（2018•临沂）小明用煤气灶烧水时，进行了如下思考，正确的是
A．煤气燃烧越充分，其热值越大 B．加热过程中水的比热容变大
C．壶内水温度升高的过程中内能增大 D．水沸腾过程中吸收热量，温度不断升高
【答案】C。
【解析】A、热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，故A错误；B、比热容是物质本身的一种属性，与温度无关，故B错误；C、物体温度升高，分子运动加剧，内能增大，故C正确；D、水沸腾过程中吸收热量，温度保持不变，故D错误；故选C。
2．（2018•眉山）以下说法正确的是
A．物体吸收热量，温度一定升高 B．热机的大量使用有利于环境的保护
C．燃料的热值与燃料的质量没有关系 D．热机的工作过程只是将内能转化成机械能的过程
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【答案】C。
3．（2018•河北）有如图所示的两套相同装置，分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料，点燃后加热质量相等的同种液体，通过比较燃料________（选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”）后温度计示数的变化，来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧，________转化为内能，用比热容________的液体可以使实验现象更明显。（实验中液体没有沸腾）
【答案】全部燃烧；化学能；小。
【解析】（1）比较不同燃料热值的实验中，同时点燃料后，需等待燃料充分燃烧，通过观察温度计示数的示数上升来比较两种燃料热值大小；（2）燃料燃烧时将化学能转化为内能；（3）在吸收相同热量的情况下，比热容小的物质温度要升的高，所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显。
考点六 热机的效率
【典例】（2018•益阳）关于热机的效率，下列说法正确的是
A．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C．热机的效率越高说明做功越快
D．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
【答案】A
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【点评】此题是一道与热机有关的综合题，考查了热机的构造、效率及能量损失的途径。难度不大，熟悉基础知识即可正确解答。
【跟踪练习】
1．（2018•泰安）某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是
①汽车行驶速度是20km/h ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J
③汽车牵引力做功的功率是30kW ④汽车发动机的效率是20%
A．只有①和② B．只有②和③ C．只有①和④ D．只有②和④
【答案】D。
【解析】①汽车的行驶速度：，故①错误；（2）消耗的燃油完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J，故②正确；（3）该汽车牵引力所做的功：W=Fs=2×103N×6.9×103m=1.38×107J，该汽车牵引力所做功的功率：，故③错误；（4）汽车消耗燃油的产生的热量：Q放=mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J，该汽车的效率：，故④正确。故选D。
2． （2018•达州）小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶，在额定功率下行驶1小时至少需要_______L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）；若行驶的速度为72km/h，则汽车受到的阻力为_______N，汽油属于_______能源（选填“可再生”或“不可再生”）。
【答案】12；1750；不可再生。
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3．（2018•南充）某台汽油机飞轮的转速为1800r/min，在1s内，汽油机完成了________个工作循环。如果汽油机在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量________J．（q汽油=4.6×107J/kg）
【答案】15；2.3×l07。
【解析】（1）四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，活塞往复2次，四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，所以1s内，飞轮转30圈，共15个工作循环，60个冲程，做功15次。（2）500g=0.5kg汽油完全燃烧产生的热量：Q放=mq=0.5kg×4.6×l07J/kg=2.3×l07J。
考点七 能量的转化和守恒
【典例】（2018•内江）根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是
A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的
B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去
D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
【答案】B
【解析】A、永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误；B、两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，由于具有动能，会继续冲上右斜面，故B正确；C、在电水壶的使用过程中，消耗了电能，而水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，故C错误；D、子弹射穿木板的情景，子弹高速运动，说明子弹具有动能，由于摩擦生热会使动能减小，它的速度减慢，故D错误。故选B。
【点评】熟知能量守恒定律，并知道能量的转化和转移的方向性是解答此类问题的关键。
【跟踪练习】
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1．（2018•柳州）下面所列电池或电站中，能把光能转换成电能的是
A．干电池 B．太阳能电池 C．核电站 D．水电站
【答案】B。
2．（2018•株洲）智轨列车融合了有轨电车和公共汽车的优势，零排放、无污染。智轨列车的动力系统在输出动力的过程中
A．电能转化为机械能 B．内能转化为机械能 C．机械能转化为电能 D．机械能转化为内能
【答案】A。
【解析】根据题意可知，智轨列车的动力系统在输出动力的过程中，消耗了电能，得到了机械能，是依靠电动机实现能量转化的。故选A。
3．（2018•温州）某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是
A．电能→机械能→光能 B．光能→机械能→电能 C．光能→电能→机械能 D．机械能→电能→光能
【答案】C。
【解析】太阳能板，在光照时发电，即把太阳能转化为电能；电能供给电动机，转化为机械能，调节百叶窗的开合；故该过程中发生的能量转换是光能→电能→机械能。故选C。
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