初中物理竞赛讲座14分子动理论、内能.pdf

黄永庄 考点导析 1 分子动理论的基本内容 1 物质是由分子组成的 2 一切物质 的分子都在不停地做无规则的运动 3 分子 间存在相互作用的引力和斥力 注意 1 分子的直径非常小 用 1 0 0 m 来量度 分子的质量约为 1 0 一 1 0 一 k g 2 分子运动有三个特点 永不停息 无规 则 温度越高 分子无规则运动越激烈 3 扩散现象在气体 液体 固体中均能进行 4 分子问的引力和斥力同时存在 当 r r n 时 l F 斥处于平衡位置 当 r r 时 引力起主要作用 当 分子问的距离大于这个距离的1 0 倍以上时 分子问的作用力变得十分微弱 可以忽略不 计 2 内能及改变内能的两种方法 1 内能 一切物体在任何情况下都有内 能 一定质量的物体的内能由它的体积和温 度所标志 2 一个物体的温度升高 它的分子运动 加快 它的内能就增加 同一个物体 内能的 多少可以从温度的高低反映出来 温度高时 具有的内能多 温度低时具有的内能少 但是 不同物体温度的高低并不直接表示具有内能 的多少 例如一杯 1 0 0 的水与一大桶 4 0 水所具有的内能相比 则不能说一杯水的内 能比一桶水的内能多 3 改变内能的两种方法 做功和热传 递 这两种方法在改变物体的内能上是等效 的 做功的实质是机械能和内能的转化 外界 一 对物体做功 物体的内能增加 物体对外做功 物体的内能减小 热传递的实质是内能发生 转移 内能从高温物体 或同一物体的高温部 分 传到低温物体 低温部分 高温物体放热 而内能减小 低温物体吸热而内能增加 物体 内能改变的多少可以用传递的热量和做功的 多少来量度 3 内能和机械能的比较 内能是微观量 由物体内部分子运动和 相互作用决定 跟温度有关 机械能是宏观 量 由整个物体的机械运动状态决定 跟物体 运动的速度 高度及弹性形变量有关 物体可 以同时具有内能和机械能 在一定条件下 内 能和机械能可以相互转化 4 比热容和热值 1 理解比热容和热值的意义 比热容是 反映物质吸热 或放热 本领大小的物理量 它是物质的一种特性之一 任何物质都有自 己的比热容 它与物体的质量 体积 吸收的 热量和温度的变化无关 但会随物态的变化 而变化 如水的比热是 4 2 l O 3 J k g 而冰的比热容是 2 1 l O 3 J k g 燃料的 热值是燃料的一种特性 它与燃料种类有关 而与燃料的质量 是否燃烧 燃烧是否充分无 关 2 水的比热容最大 即水的吸 放热能 力最强 应用有 作冷却剂 取暖 调节气 候 改变生态环境 5 热量的计算 1 进行热量计算时要能区分温度和温 度差 即变化的温度 如 温度升高到 或降低 9 能 论 翌 动一 孑 分 讲 初中物理辅导网h t t p w w w w u l i f u d a o c n 京翰教育中心h t t p w w w z g j h j y c o m 6j 9 且J 十 到 多少度 指的是物体后来的温度 也就是 末温度 而 温度升高了 或降低了 多少度 指的是温差 温差总是用高温减去低温 因此 Q 吸 c m t t o Q 放 c m t o t 2 在热传递过程中 高温物体与低温物 体相互接触 如不计热量损失 那么高温物体 放出的热量等于低温物体吸收的热量 即 Q 吸 Q 放 如有热量损失 Q 损 则应有 Q 吸 Q 损 9 放 这个方程叫热平衡方程 它反映了在 热传递过程中能量是守恒的 3 解有关热值的计算问题 应弄清哪个 物体吸热 哪个物体放热 对于燃料燃烧放热 以及太阳能的利用问题 应弄清是全部被物 体吸收还是部分被吸收 然后通过 Q 吸 Q 放 或Q 吸 放 为吸热的百分比 计算 6 能量守恒定律 理解能量守恒定律的内容时要注意两 点 1 能量守恒守律是自然界最普遍 最重 要的定律之一 只要有能量的转化或转移就 一 定遵循这一定律 2 能量的转化通过做功 来实现 能量的转移通过热传递来实现 7 内 燃机 以汽油或柴油为燃料 在汽缸 内燃烧产生高温高压的燃气 对汽缸内活塞 做功 把一部分内能转化为机械能 四冲程内 燃机的一个工作循环包括 吸气冲程 压缩冲 程 做功冲程和排气冲程 每一个循环 活塞 往复工作 飞轮转动两周 对外做功一次 其 中压缩冲程将机械能转化为内能 做功冲程 对外做功 把一部分内能转化为机械能 汽油 机和柴油机有相同的工作原理 相同的工作 过程以及相似的结构 8 热机的效率 热机里用来做有用功的 那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之 比 常用百分数表示 它是热机性能的重要标 志之一 同容量的柴油机比汽油机的效率高 汽油机的效率为 2 0 3 0 柴油机的效率 为3 0 4 5 赛题选讲 例 1 全国复赛试题 1 k g 2 0 c c的水吸 收d 2 X l o 5 J 的热量后 它的可能温度是多 l 0 少 在下列四个答案中选出正确的序号 并 说明选择该答案的理由 A 8 0 c c B 1 0 0 c c C 1 2 0 c c D 1 3 0 c c 命题意图本题主要考查学生对热量计 算公式的应用以及影响水的沸点的因素 解题点拨 根据热平衡方程得 Q c m t 即d 2 X l o 5 J d 2 X l o 3 J k g oC X 1 k g X t 所以 t 1 0 0 c c 即如果没有热量损 失 在 1 标准大气压下 末温为 t t 0 t 2 0 cc 1 0 0 c c 1 2 0 c c 所以 D是错误的 又 因为 1 标准大气压下的纯水的沸点是 1 0 0 c c 则末温应是 1 0 0 cc 如果有热量损失 则 t 8 0 c c 也是可能的 因水的沸点与气压有关 压 强越大 沸点越高 故在 3 个标准大气压下 沸点可达到 1 3 4 cc 也就是说 在一定的大气 压下 末温 t 1 2 0 cc 也是可能的 所以正确选 项为 A B C 例 2 浙江省第八 届初赛试题 已知 1 g甲 液体温度升高 1 c c 需 2 1 J 的热量 1 g 乙液体 温度升高 1 c c 需d 2 J 的 热量 1 g 丙液体温度升 高 1 c c 而 2 8 J的热量 时间 分别取甲 乙两种液体各 6 0 g 以相同的热源 加热 其温度与加热时间的关系图像如图 l 4 一 l 所示 若取 9 0 g 的丙液体 以相同的热 源加热 则其温度与加热时间的关系图像 A 落在 I 区 B 落在 区 C 与甲重叠 D 与乙重叠 命题意图 本题主要考查学生对比热容 概念的理解 对图像的识别能力及数学知识 的应用 解题点拨根据题意 可分别求出这三 种液体的比热容 即 c 甲 盟 2 1 l o 3 mz A t 唧 J k g c c 初中物理辅导网h t t p w w w w u l i f u d a o c n 京翰教育中心h t t p w w w z g j h j y c o m 用类似的方法可求出乙和丙液体的比热 容分别为 C z 4 2 l 0 3 J k g o C c N 2 8 l 0 3 J k g o C 结合题意和图像可知 用相 同的热源加热相同的时间 即甲 丙吸收相同 的热量 它们升高的温度关系由 Q 甲 Q 丙 得 一 亘 亘一 g 墨 一 1 丙 一m p c 甲 一6 0 g 2 1一 t 甲 2 A 丙 类似可求出乙和丙升高温度的关系 一 亘 亘一2 g 墨 一 丙 一 n 乙c 乙 一6 0 g 4 2一 t 7 丙 也就是说丙液体与乙液 体升高的温度相同 故正确答案为 D 评注 解答本题时 应注意 以相 同的热 源加热 说明甲 乙 丙液体在相同的时间内 吸收热量相同 例3 试利用地理和物理知识解释我国 夏季多东南风 冬季多西北风的原因 命题意图 此题主要考查学生对比热容 知识的应用 同时也考查到地理知识 它是跨 学科知识的综合应用题 这也是近几年来中 考和竞赛中的热点之一 解题点拨我国东南沿海多水 西北一 带多为陆地 而水的比热容较大 陆地沙石的 比热容较小 夏季在阳光照射下 水和沙石同 样吸收热能 水的温度升高得不多 水面附近 气温升高得也不多 而西北地区沙石温度升 高较多 地面附近气温较高 热空气上升 东 南的冷空气流向西北填补 形成东南风 冬季 陆地和海洋同样散热 西北陆地上的沙石温 度下降较多 气温较低 东南海洋的温度降低 不多 气温较高 由于热空气上升 西北的冷 空气流向东南沿海填补 形成西北风 发散联想本题也可以要求学生解释为 什么内陆地区的夏季比沿海地区炎热 冬季 比沿海地区寒冷这一现象 例4 第 l 4 届复赛B卷 有六个完全相 同的杯子 其中一个盛满热水 其余 的是空 的 如果利用杯子的吸热作用把热水的温度 降低 可以把热水注入其余五个杯子中 让杯 子吸收热水的热量 怎样注入热水可以获得 最佳冷却效果呢 方法一 把热水平均注入 五个杯子中 每个杯子分配 1 5杯热水 方 法二 先把热水整杯注入第二个杯子 等到杯 子不再吸热时再注入第三个杯子 如此类推 最后注入六个杯子 1 你选择哪个方法 写出你选择的理 由 2 如果热水的质量为 1 0 0 g 温度 9 0 c c 玻璃杯质量 5 0 g 温度 l 0 cc 玻璃的比热容 0 8 4 l 0 3 J k g cc 计算能使热水降低到的 最低温度 命题意图 此题主要考查比热容 热量 知识在实际生活中的运用 解题点拨 1 选择方法二 方法二中前 几个杯子倒入热水后 杯子升高的温度都会 比方法一中的杯子温度升得高 表明吸收的 热量比第一种方法中吸收的多 所以热水降 温多 2 方法二 第一杯升高的温度 Q 吸 Q 放 杯m杯 t 1 1 0 o C 水m 水 9 0 c c t 1 9 0 水m水 l Oc t m杯 9 0 4 2 0 4 2 0 L 1一 杯 m杯 c g m水 一4 6 2 8 2 7 o C 第二杯 Q 吸 Q 放 得 杯m杯 t 2 1 0 c C c 水m 水 t l t 2 水m水t l 杯m杯 1 0 c 杯 m 杯 c 水 m 水 同理可得 c 水m水t n 一 1 杯m杯 1 0 I n c 杯 m杯 c 水 m 水 由此可得出 t 2 4 2 0 x 8 2 7 4 2 0 7 6 1 o C2 4 6 2 7 0 1 o C3 一4 6 2 一 t 4 6 4 6 o C t 5 9 7 o C 即能使热水降低到的最低温度是5 7 9 o C 例5 汽车的功率是 7 3 5 千瓦 汽油机 的效率为2 5 油箱内存有密度为 0 8 l 0 3 1 1 维普资讯 初中物理辅导网h t t p w w w w u l i f u d a o c n 京翰教育中心h t t p w w w z g j h j y c o m 竞赛直通车 k g m3 热值为4 6 1 0 7 J k g 的汽油2 0 L 当 汽车以 1 0 m s 的速度行驶时 它还能行驶多 远的距离 命题意图 本题考查到的知识点较多 涉及到功率 热机的效率 密度知识的应用和 速度等多个知识点 要求学生能综合运用所 学知识灵活解决实际问题 解题点拨油箱内汽油的质量为 孔 p V 0 8 l O 3 k g m3 2 0 1 0 3 m3 1 6 k g 汽油完全燃烧所放出的热量为 Q q r a 4 6 1 0 7 J k g 1 6 k g 7 3 6 l O 8 J 这些热量中有2 5 转化为有用功 即 It 2 5 X 7 3 6 X 1 08 J 1 8 4 1 08 J 汽车行驶的时间为 t W P 1 8 4 1 08 J 7 3 5 0 0 W 2 5 0 3 s 汽车还能行驶的距离 s v t 1 0 m s 2 5 0 3 s 2 5 0 3 0 m 2 5 k m 发散联想本题也可以改为求解功率 热机效率 消耗汽油量等问题 还可以涉及到 当今的环保 新能源的利用等等 题型及解法归类 1 本章所涉及到的题型主要是 填空题 选择题 简答题 说理题和计算题等 对于这 些题型 我们虽然很常见 但竞赛不同于一般 的考试 它要求学生要有扎实的基本功 要对 周围环境中与之相关的现象多看多想 特别 是环境保护及新能源的利用 比如太阳能 液 体石油气 天然气 电热的综合利用等 2 随着 能力与素质教育 的深入 对实 验操作能力及实验现象的分析与判断能力将 有更高的要求 3 常用的解题方法有 概念辩析法 观察 比较法 比例法和公式法等 过关检测 1 铜的比热容是铅的 3 倍 质量相同的铜块 和铅块 吸收相同的热量后 铅块升高的温 度是铜块的 倍 如果它们升高相同的 温度 铜块吸收的热量是铅块的 倍 1 2 2 当今解决能源问题的途径 一是 二是 3 西部地区的昼夜温差比沿海地区的昼夜温 差大 其主要原因是 昼 夜温差大的现象对植物生命活动的意义是 4 在完全隔热的装 置内 用 同一热 源给 1 0 0 g 水和 1 0 0 g油分另 U 加 热 其温度随时 间变化关系如图 1 4 2所示 则 1 0 0 g水每分钟 油 水 f f 4 8 2 恫 吸热 J 油的比热容是 J k g 5 冬天 安装供暖用的散热器时应安装在房 间的 而夏天安装制冷用的空调 器 空调器应安装在房间的 分别 选填 上方 或 下方 为了取暖 每小时 需给某房间供热 4 2 X l O 6 J 若流进散热器 的水温度为 8 0 c c 流出水的温度是 7 0 c c 由此可知 半天内有 k g 的水流经 散热器 6 内 燃机的大量使用 促进了社会的进步 使人们享受了现代 文明 但在使用内燃 机的同时 又给人类 带来了污染 这主要 是 污染和 内燃机的能流图 图 1 4 3 污染 在内 燃机工作过程中 由图 1 4 3 所示的能流 图可以看出 它的能量损失所占的百分比 是 废气内能 3 5 散热损失 3 0 机械损 失 1 0 则内燃机的效率是 因此 我们在有效利用能源的同时 也必须重视 环境的保护 7 将比热容不同的两种物质同时放进电冰箱 初中物理辅导网h t t p w w w w u l i f u d a o c n 京翰教育中心h t t p w w w z g j h j y c o m 十五讲 于兰英申耀勋 电 路 鼍 考点导析 一 简单的电现象 1 电现象的本质 电现象的本质在于构成物质的原子本身 具有电的结构 一切原子是由带正电的原子 核和带负电的核外电子组成 通常情况下原 子内部的正 负电荷量是相等的 原子对外呈 中性 因此物体通常也呈中性 如果原子失去 或得到电子 那么原有的正负电荷平衡被打 破 就对外显示电性 原子失去电子 就带正 电 叫正离子 原子得到电子 就带负电 叫负 离子 物体的带电现象正是由它的原子失去 里 则 A 比热容大的一定放出热量多 B 温度高的一定放出热量多 C 质量大的一定放出热量多 D 无法比较两者放热的多少 8 将质量相同 温度都是9 5 的甲和乙两个金 属块 分别投入到质量相同 初温为 1 5 的 口 b 两杯水中 达到热平衡时 测得 杯中 水的温度为3 5 b 杯中水的温度为5 5 则甲 乙两金属块的比热容之比为 A 1 3 B 3 1 C 2 9 D 9 2 9 把质量为 1 0 0 g 的铁块放入火炉里烧足够 长的时间 然后取出立即投入到温度为 1 5 质量为 2 0 0 g 的水中 混合后共同温度 为 5 9 则火炉里的温度是多少 铁的比热容是0 4 6 x l o 3 J k g o C 1 O 某科研活动小组自制一个太阳能热水器 它的反射面的有效面积是 2 5 m 2 太阳光 对此镜面辐射的能量平均每小时为 2 5 l O 6 J m 2 如果整个装置的效率是 5 0 则 在一标准大气压下 这个热水器每小时可 把多少千克 初温为 2 5 的水烧开 1 1 在西部大开发中 国家提出 退耕还林 的 伟大举措 对改善西部生态环境有重要意 义 大量植树造林可调节气温 据资料介 绍 一公倾森林每天吸收的太阳能约为 1 0 7 X 1 0 m J 若这些能量被面积为一公 倾 一定厚度 质量为3 9 6 l O 6 k g 的干泥 土吸收 可使地面的温度升高多少 干 泥土的比热容为0 8 4 X l O 3 J k g o C 1 2 有一种太阳能 电能两用热水器 它接收 太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为 1 2 5 m 2 能将接收的太阳能的5 0 转化为 水的内 能 它的电热器铭牌见下表 型号 额定功率 额定电压 容量 外形尺寸 E WH 一8 0B 1 5 0 oW 2 2 OV 8 0L 8 4 2丌 T n 4 6 3 丌 T n 4 1 5 m 1 睛天时 用太阳能加热 每年的7 月份 某地区向着阳光的地方平均每平方米的 面积在 1 h 内得到太阳辐射能为 3 2 X l o 6 J 如果每天接收太阳能的时间以 8 h 计 算 可以将 1 13 0 k g 初温为 2 5 的水加热 到多少 2 如果遇到雨天用电能加热 在额定电 压下工作时 将上述同质量 初温的水加 热到同样的温度需多长时间 假定所消 耗的电能全部转化为水的内能 3 结合本题 谈谈使用太阳能的优缺点 1 3 初中物理辅导网h t t p w w w w u l i f u d a o c n 京翰教育中心h t t p w w w z g j h j y c o m 第十二讲功 参考答案 巩固练习 1 1 2 9 6 0 0 J 2 1 6 i n 2 8 i n 3 3 xl O 8 3 1 07 4 3 7 0 0 J 5 4 0 2 0 6 A 7 B C D 8 B 9 解 人对滑轮组做功 F G 3 1 2 0 牛 3 h 3 0米t 6 0秒 P 一 W 1 2 o 3 i 0 6 0瓦 一 t一 6 0 秒 一 人对地面压力 压 G 人 6 0 0牛 1 2 0牛 720 牛 P 等 18000 1 1 0 解 W e m G 水 h l D 水g h 出 17 入 Q 王壹 生 壹 Q 4 9 3 6 0 0秒 2 1 o 4 瓦 2 0千瓦 U 解 1 F 浮 lD 水g E 1 0 l O s 千克 米 9 8 牛 千克 0 1 米 9 8 0 牛 T G一 浮 6 8 6 O牛一 9 8 0牛 5 8 8 0 牛 2 1 G 动 滑 轮 5 8 8 o 1 20 z