第六讲 热和能
一、复习策略
1、分子动理论
（1）物质是由大量分子组成的（分子直径：10－10m）
（2）分子在永不停息地做无规则运动（扩散）
（3）分子间存在相互作用的引力和斥力
2、内能
（4）比热容及其计算
①定义：单位质量的某种物质、温度升高（或降低）1℃时所吸收（放出）的热量．
②单位：J/(kg·℃)（意义）
③应用：水的比热容最大
④计算
（5）内能的利用
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①汽油机和柴油机
b．内燃机每完成四个冲程时，做功一次，（曲轴）飞轮转动两周．
②燃料的热值及效率
a．Q放=mq=Vq（理想状况下：完全燃烧）．
b．内燃机效率
3、能量的转化和守恒
（1）能量
（2）能量守恒定律：能量既不能创生，也不能消灭，它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体．在转移和转化过程中，能量的总量总保持不变．
（理解能量守恒定律与节约能源之间的关系）．
二、典例剖析
例1、(黄冈市)晴天，几位大学生在森林中迷路了，下面四种利用风向引导他们走出森林的说法中，正确的是(图中虚线为空气流动形成风的路径示意图)（ ）
A．森林吸热，温度升高较慢，空气温度低、密度大，地面空气从森林流向外界，应顺风走
B．土地吸热，温度升高较快，空气温度高、密度小，地面空气从外界流向森林，应顺风走
C．森林吸热，温度升高较慢，空气温度低、密度大，地面空气从森林流向外界，应迎风走
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D．土地吸热，温度升高较快，空气温度高、密度小，地面空气从外界流向森林，应迎风走
解析：本题考查了与热现象相关的诸多知识．题中“晴天”表明了森林和土地在吸热相同的情况下，比较两地温度变化情况：森林与土地相比，湿度大，加上植物的水分蒸发也要吸热，因而温度升高较慢；空气的温度比土地处低；又由于热胀冷缩，热空气较易上升，森林的空气温度低，密度大，就会从森林流向外界，故要走出森林应顺风走．应选A．
答案：A
例2、(北京市)做功和热传递都能改变物体的内能．下列实例中，属于通过热传递方式改变物体内能的是（ ）
A．双手因摩擦而发热 B．用火烧水时水温升高
C．锯木板时锯条发烫 D．古人钻木取火
解析：改变物体的内能有两种方式：做功和热传递．而且两种方式在改变内能时是等效的，做功包括对物体做功和物体对外做功，其中对物体做功，物体的内能会增加，物体对外做功时，物体的内能会减少．热传递指物体吸收或放出热量，在以上各选项中，摩擦发热、锯条发烫和钻木取火都是做功使物体的内能增加，只有B选项用火烧水使水温升高是通过热传递使水的内能增加．故应选B．
答案：B
例3、(厦门市)中国幅员辽阔，相同纬度上内陆地区昼夜温差比沿海地区大．其主要原因是（ ）
A．地势的高低不同 B．水和陆地的比热容不同
C．日照的时间不同 D．离太阳的远近不同
解析：本题考查的是与比热容相关的知识．比热容是物质的特性，不同物质的比热容一般不相同．题中“在相同纬度上”的沿海地区和内陆地区实际上指明了在相同的温度条件下，而区别在于沿海地区有大量的水存在，而内陆地区主要是干泥土．水的比热容比干泥土的大，所以在吸收或放出相同热量的情况下，水的温度比干泥土升高或降低得少，故水的昼夜温差比干泥土温差改变小．故本题应选B．
答案：B
例4、(大连市)如图所示，关于水和煤油内能的大小，以下说法正确的是（ ）
A．甲容器中水的内能大于乙容器中水的内能
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B．甲容器中水的内能小于乙容器中水的内能
C．丙容器中煤油的内能大于丁容器中煤油的内能
D．丙容器中煤油的内能小于丁容器中煤油的内能
解析：本题考查了内能及内能的影响因素的相关知识．内能是指物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，它的主要影响因素是分子数目(即物体的质量)和温度(分子动能的标志)．比较甲和乙可知，质量相同的水温度越高，内能越大，比较丙和丁可知，温度相同的煤油质量越大，内能也越大．由此可知，正确的选项应为B和C．
答案：BC
例5、(海南省)下列现象能说明分子永不停息地做运动的是（ ）
A．破镜不能圆
B．显微镜下微生物到处移动
C．灰尘在空中飞舞
D．花香扑鼻
解析：一切物体的分子都在永不停息地做无规则运动是分子动理论的重要内容，能够说明这一点的包括物体内分子的微观运动，比如扩散现象，而一些固体颗粒的运动则属于宏观运动，宏观运动并不能说明宏观物体内每个分子都在运动．比如灰尘在空中飞舞属宏观运动，它并不能说明构成灰尘内的每个分子都在不停地做运动．而显微镜下微生物的移动同样也不能说明构成微生物的分子都在不停运动．另外，惟一能用宏观运动证明微观运动的只有布朗运动，布朗运动中花粉颗粒的运动正好说明了水分子在不停地撞击花粉颗粒所至，因而可以说明水分子在不停地做无规则运动．而本题A选项中破镜不能重圆主要说明了分子间距离较大，作用力太微弱．故本题答案应选D．花香扑鼻属扩散现象，说明花香分子在运动．
答案：D
例6、下列关于分子动理论的说法中，正确的是（ ）
A．物体运动得越快，物体内部分子无规则运动也越快
B．液体凝固成固体后，分子无规则运动就停止了
C．固体被压缩到分子之间无间隙才不能被压缩
D．温度越高，分子无规则运动越剧烈
解析：本题考查根据分子动理论知识来判
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断各选项正确与否的能力．物体内部大量分子的无规则运动是微观粒子的一种运动，它跟物体的宏观运动是两种不同性质的运动．当物体静止速度为零时，分子的运动并未停止，所以A选项不正确．无论物体是固态、液态或气态，大量分子都是处于不停的无规则运动状态，当液体凝固成固体时，分子运动并未停止，选项B不正确．分子间同时存在引力和斥力作用，当分子间距离小于一定的距离时，分子间斥力起主要作用，因此分子间距离不能被无限压缩，选项C也不正确．实验表明：物体温度升高，分子无规则运动速度增大，所以选项D正确．
答案：D
例7、关于做功、热传递和内能，下列说法中错误的是（ ）
A．对物体做功一定能使物体的内能增加
B．做功和热传递对改变物体的内能是等效的
C．0℃的物体也具有内能
D．物体吸热，内能增加，温度可能升高
解析：本题考查对改变物体内能两种方法的理解．做功和热传递都可以改变物体的内能，两者是等效的，选项B正确．一切物体的分子都在不停地做无规则运动而都具有内能，选项c正确．物体吸热，内能一定增加，但温度不一定升高．例如：冰在熔化过程中吸热，内能增加而温度不变，故选项D也正确．对物体做功，如：克服摩擦、压缩物体可以使物体内能增加，但若将物体举高对物体做功，其内能并没有增加．因此对物体做功物体内能可能增加，也可能不增加，故选项A错误．
答案：A
例8、据有关专家预测，我国目前最大的水电站——三峡水电站建成后，三峡水库区的气温会受到一定的影响：夏天将比原来下降2℃左右，而冬天将比原来升高2℃左右．请你解释发生这个现象的原因．
解析：本题是密切联系我国建设实际，运用物理知识分析实际问题的试题，考查在常见物质中水的比热最大这一特点在实际中的作用．水的比热大表明在质量相同，吸收热量相同时，水的温度升高的低．
答案：水电站建成后，库区水量大大增加，因为水的比热比干泥土气砂石的大，夏天当吸收相同热量时，水升高的温度比干泥土、砂石的低，所以库区的气温较原来的有所下降．冬天当水和干泥土、砂石放出相同热量时，水降低的温度比干泥土、砂石降低的少，所以库区的气温较原来的有所升高．
例9、焦炭的热值为3.0×l07J/kg，它的物理意义是_________，完全燃烧________kg的焦炭放出的热量能把200kg的水温度升高50℃．
解析：燃料燃烧时放出的热量可用公式Q放=qm来计算．(q表示热值，m表示质量)有关热值与热量的计算总称为热学计算，计算过程中主要用Q放=qm与热量的计算公式，通过Q吸=Q放或Q吸=ηQ放(η为吸热的百分比)来进行解题．
答案：由定义可知，热值就是1kg某种燃料完全燃烧放出的热量．焦炭的热值为3.0×107J/kg，它的物理意义是1kg焦炭完全燃烧放出的热量为3.0×107J．
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200kg的水温度升高50℃吸热的热量：
Q吸=c水m水△t水=4.2×103J/(kg·℃)×200kg×50℃=4.2×107J
因为焦炭完全燃烧放出的热量Q放=Q吸=4.2×107J
所以有
例10、(大连)小明猜想“液体的密度ρ越大，其比热容c也越大”．他查到了一些液体的密度值如下表：
物质
密度ρ(kg·m－3)
物质
密度ρ(kg·m－3)
水
1.0×103
柴油
0.8×103
煤油
0.8×103
汽油
0.71×103
植物油
0.9×103
酒精
0.8×103
由于不知道表中各种液体之间比热容的大小关系，需要用实验方法得到．
实验器材：
铁架台(带铁圈)、石棉网、温度计、细线、火柴、烧杯、秒表、天平和砝码(以上每一种器材数量足够、规格相同)；火焰相同的酒精灯若干；密度表中所给出的各种液体足量．
实验中，小明选取的三种液体分别是煤油、植物油和水．
(1)请完成以下实验要求：
a．实验原理是：________________________________．
b．实验中你准备测量哪个物理量来间接知道液体的比热容大小?
c．实验中要控制的变量是：液体的质量和________________________________．
d．实验中，怎样操作才能使烧杯在单位时间内吸收的热量都相等?
(2)如果测量的结果与小明的猜想相矛盾，则测出的三个物理量大小关系会有很多种，请写出其中的一种．________________________________．
(3)如果小明选取煤油、酒精和水这三种液体做实验，会存在哪些问题?
解析：(1)物质的比热容c大小虽然由物质种类决定，但由 可知，在一定条件下，c的大小可以由Q、△
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t或m的大小体现．在实验中，Q的大小可以通过加热时间长短反映；由于温度变化大小和加热时间长短的改变容易实施；而要保持Q和△t不变，改变m，不易操作．因此，在实验中，有两个方案：一是m相同，Q相同(加热时间相同)，测出温度变化，比较温度变化大小．温度变化越大，c越小；二是m相同，△t相同，测出加热时间长短．加热时间越长，吸热越多，c越大．
(2)要让三种液体在相同时间内吸收的热量相同，现在酒精灯相同，则装置其他部分安装必须相同．如可以使用同一套装置，只换用不同烧杯和液体；或三个铁架上的烧杯摆放相同，确保加热时，相同时间内吸热相同．除了小明猜想外，还有“液体密度ρ越大，比热容c越小”；“液体密度ρ相同，比热容也相同”；“液体密度不同，比热容相同”；“液体密度大小与比热容大小无关”等．表现出的测量的温度变化△t或加热时间的关系就很多．
(3)首先小明的猜想是“液体密度ρ越大，比热容c也越大”，酒精与煤油的密度相同无法进行比较；其次酒精的易蒸发、易燃烧无法用于实验．
答案：(1)a． ；b．可用“温度变化量△t”(也可以用“加热时间”)；c．液体加热时间，保证吸热相同；d．用同一个装置加热烧杯或调整铁架台上放烧杯的铁圈的高度，使酒精灯的火焰与烧杯底部的距离相等.
(2)△t煤油=△t植物油=△t水(t煤油=t植物油=t水)(注：只要不是△t煤油>△t植物油>△t水或t煤油
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