初中物理竞赛讲座14：分子动理论、内能

分孑劫理粉、向能••:

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【考点导析】对物体做功，物体的内能增加;物体双外做功

1.分子动理论的基本内容物体的内能减小.热传递的实质是内能发生

（1）物质是由分子组成的;（2）一切物质转移.内能从高温物体（或同一物体的高温部

的分子都在不停地做无规则的运动;（3）分子分）传到低温物体（低温部分）;高温物体放热

间存在相互作用的引力和斥力.而内能减小，低温物体吸热而内能增加.物体

注意:（1）分子的直径非常小，用10-田m内能改变的多少可以用传递的热量和做功的

来量度，分子的质量约为10-27-IO-25kg.（2）多少来量度.

分子运动有三个特点:①永不停息;②无规3.内能和机械能的比较

则;③温度越高，分子无规则运动越激烈.（3）内能是微观量，由物体内部分子运动和

扩散现象在气体、液体、固体中均能进行.（4）相互作月决定，跟温度有关;机械能是宏观

分子间的引力和斥力同时存在.当「="时,量，由整个物体的机械运动状态决定，跟物体

尸引=F斥处于平衡位置；当r<r0时,斥力起运动的速度、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

主要作用；当r>r0时，引力起主要作用.当

分子间的距离大于这个距离的10倍以上时，能和机械能可以相互转化.

分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不4.比热容和热值

计.（1）理解比热容和热值的意义:比热容是

2.内能及改变内能的两种方法反映物质吸热（或放热）本领大小的物理量,

（1）内能:一切物体在任何情况下都有内它是物质的一种特性之一.任何物质都有自

能，一定质量的物体的内能由它的体积和温己的比热容，它与物体的质量、体积、吸收的

度所标志.热量和温度的变化无关，但会随物态的变化

（2）一个物体的温度升高，它的分子运动而变化.如水的比热是4.2x103”（坨・七）,

加快，它的内能就增加.同一个物体，内能的而冰的比热容是2.1x103J/（kg・P）.燃料的

多少可以从温度的高低反映出来，温度高时热值是燃料的一种特性,它与燃料种类有关,

具有的内能多，温度低时具有的内能少，但是而与燃料的质量、是否燃烧、燃烧是否充分无

不同物体温度的高低并不直接表示具有内能关.

的多少.例如一杯100V的水与一大桶40t（2）水的比热容最大，即水的吸、放热能

水所具有的内能相比，则不能说一杯水的内力最强，应用有:①作冷却剂、取暖;②调节气

能比一桶水的内能多.候、改变生态环境.

（3）改变内能的两种方法:做功和热传5.热量的计算

递,这两种方法在改变物体的内能上是等效（1）进行热量计算时要能区分温度和温

的.做功的实质是机械能和内能的转化.外界度差（即变化的温度）如,,温度升高到（或降低

•竞赛直通车-----------------------------

到)多少度”指的是物体后来的温度,也就是少？在下列四个答案中选出正确的序号，并

末温度；而“温度升高了(或降低了)多少度”说明选择该答案的理由().

指的是温差，温差总是用高温减去低温，因此A.80X：B.100七

Q吸=cm(z-£o)，Q放=cm(tQ-t).C.120tD.130%：

(2)在热传递过程中，高温物体与低温物命题意图本题主要考查学生对热量计

体相互接触，如不计热量损失,那么高温物体算公式的应用以及影响水的沸点的因素.

放出的热量等于低温物体吸收的热量，即Q吸解题点拨根据热平衡方程得Q二所

=Q放.如有热量损失Q损，则应有Q项+Q损△1,即4.2xIO5J=4.2xICPjAkg-T)x1kg

=Q放，这个方程叫热平衡方程，它反映了在xZXj所以△/二100cC,即如果没有热量损

热传递过程中能量是守恒的.失，在1标准大气压下，末温为1="+△，=

(3)解有关热值的计算问题，应弄清哪个20七+100t=120七，所以D是错误的.乂

物体吸热,哪个物体放热.对于燃料燃烧放热因为1标准大气压卜一的纯水的沸点是100七，

以及太阳能的利用问题，应弄清是全部被物则末温应是100t.如果有热量损失，则t=

体吸收还是部分被吸收，然后通过Q吸=Q放80t也是可能的.因水的沸点与气压有关，压

或Q吸=加放(V为吸热的百分比)计算.强越大，沸点越高，故在3个标准大气压下,

6.能量守恒定律沸点可达到134t.也就是说,在一定的大气

理解能量守恒定律的内容时要注意两压下，末温/=120t也是可能的，所以正确选

点：(1)能量守恒守律是自然界最普遍、最重项为A、BC

要的定律之一，只要有能量的转化或转移就例2(浙江省第八t温度

届初赛试题)已知1g甲I/甲

一定遵循这一定律.(2)能量的转化通过做功

液体温度升高1霓需/上乙

来实现,能量的转移通过热传递来实现.

2.1J的热量，1g乙液体\111

7.内燃机:以汽油或柴油为燃料,在汽缸

温度升高It需4.2J的匕----------►

内燃烧产生高温高压的燃气，对汽缸内活塞

热量，1g丙液体温度升圉"时间

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、压缩冲高1七而2.8J的热量.

程、做功冲程和排气冲程.每一个循环，活塞分别取甲、乙两种液体各60g,以相同的热源

往复工作，飞轮转动两周,对外做功一次，其加热，其温度与加热时间的关系图像如图

中压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程14-1所示.若取90g的丙液体，以相同的热

对外做功,把一部分内能转化为机械能.汽油源加热，则其温度与加热时间的关系图像

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.A.落在I区B.落在n区

8.热机的效率:热机里用来做有用功的C.与用重叠D.与乙重叠

那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之命题意图本题主要考查学生对比热容

比，常用百分数表示，它是热机性能的重要标概念的理解、对图像的识别能力及数学知识

志之一.同容量的柴油机比汽油机的效率高，的应用.

汽油机的效率为20%~30%,柴油机的效率解题点拨根据题意，可分别求出这三

为30%~45%.种液体的比热容，即

【赛题选讲】Q甲2.1JO1

,甲％甲诉二祈gx”=2」XI"

例1(全国复赛试题)1kg、20t的水吸

收4.2xIO,J的热量后，它的可能温度是多j/(kg-r)

io

htip://

RN-ril...(u\u61623XQhttp://www./

用类似的方法可求出乙和丙液体的比热子吸收热水的热量，怎样注入热水可以获得

容分另U为C乙=4.2xlOVRkg・t),C丙二2.8最佳冷却效果呢？［方法一［把热水平均注入

xIO3J/(kg・t),结合题意和图像可知，用相五个杯子中，每个杯子分配1/5杯热水.［方

同的热源加热相同的时间，即甲、丙吸收相同法二］先把热水整杯注入第二个杯子,等到杯

的热量，它们升高的温度关系由Q甲二Q丙，得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.

甲_m丙c丙_90gx2.8_2

△1丙m甲c甲60gx2.1(1)你选择哪个方法，写出你选择的理

甲二2△，内山.

类似可求出乙和丙升高温度的关系：(2)如果热水的质量为100g,温度90七，

△［乙m丙c丙90gx2.8.玻璃杯质量50g.温度10t，玻璃的比热容

△［丙一小乙c乙-60gx4.2-0.84xUj/dcrt),计算能使热水降低到的

.・.△匕二△E，也就是说丙液体与乙液最低温度.

体升高的温度相同,故正确答案为D.命题意图此题主要考查比热容、热量

评注解答本题时,应注意：以相同的热知识在实际生活中的运用.

源加热，说明甲、乙、丙液体在相同的时间内解题点拨(1)选择方法二•方法二中前

吸收热量相同.几个杯子倒入热水后，杯子升高的温度都会

例3试利用地理和物理知识解释我国比方法一中的杯子温度升得高，表明吸收的

夏季多东南风，冬季多西北风的原因.热量比第一种方法中吸收的多，所以热水降

命题意图此题主要考查学生对比热容温多.

知识的应用，同时也考查到地理知识,它是跨(2)方法二:第一杯升高的温度：

学科知识的综合应用题，这也是近几年来中。吸=。放

考和竞赛中的热点之一.

c杯m杯(0-10(C)=c水m水(90“)

解题点拨我国东南沿海多水,西北一

90c水m水+10c杯m杯90,420+420

带多为陆地,而水的比热容较大，陆地沙石的1-C杯川杯+c水m水.462

比热容较小.夏季在阳光照射下，水和沙石同=82.7X.

样吸收热能,水的温度升高得不多，水面附近第二杯:Q'吸二Q'放，得

气温升高得也不多;而西北地区沙石温度升c杯m杯(上一10cC)二c水加水(八一与)

高较多，地面附近气温较高，热空气上升，东

c水小水4+。杯小杯x10

南的冷空气流向西北填补，形成东南风.冬季f2二

C杯m杯+c水小水

陆地和海洋同样散热，西北陆地上的沙石温同理可得：

度下降较多,气温较低;东南海洋的温度降低c水m水G-i+c杯小杯x10

2=-------------------------------

不多，气温较高.由于热空气上升，西北的冷(,杯m杯+c水血水

空气流向东南沿海填补,形成西北风.由此可得出：

420x82.7+420”.s

发散联想本题也可以要求学生解释为“二二76.1V

什么内陆地区的夏季比沿海地区炎热，冬季

420x76.1+420

比沿海地区寒冷这一现象.=―462=70.1t

例4(第14届复赛B卷)有六个完全相£4=64.6%：,£5=59.7X

同的杯子，其中一个盛满热水，其余的是空即能使热水降低到的最低温度是57.9t.

的.如果利用杯子的吸热作用把热水的温度例5汽车的功率是73.5千瓦,汽油机

降低，可以把热水注人其余五个杯子中，让杯的效率为25%,油箱内存有密度为0.8x103

N-«\u61623XdeY€2N--Ahttp://www.zgjhjy.com^

11

・竞赛直通车-------------------------------

kg/n?、热值为4.6x1。7J/3的汽油2UL,当2.当今解决能源问题的途径，一是

汽车以10m/s的速度行驶时.它还能行驶多―，二是.

远的距离？3.西部地区的昼夜温差比沿海地区的昼夜温

命题意图本题考查到的知识点较多,差大,其主要原因是.昼

涉及到功率、热机的效率、密度知识的应用和夜温差大的现象对植物生命活动的意义是

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：4.在完全隔热的装

3333

m=（oV=0.8xl0kg/mx2OxlO-m置内，用同一热

=16kg源给100g水和

汽油完全燃烧所放出的热量为：

100g油分别加

7

Q二qm=4.6xIOJ/kgx16kg=7.36x热，其温度随时

8

IO1间变化关系如图

这些热量中有25%转化为有用功，即

14-2所示，则

卬=m=25%x7.36xl08J=l.84xl08J

100g水每分钟

汽车行驶的时间为：

吸热—J,油的比热容是—J/（kg,七）.

t=W/P=1.84x108J/73500W^25O3s

5.冬天，安装供暖用的散热器时应安装在房

汽车还能行驶的距离

间的，而夏天安装制冷用的空调

5==10m/sx2503s=2503025km

器，空调器应安装在房间的（分别

发散联想本题也可以改为求解功率、

选填“上方”或“下方”）.为了取暖,每小时

热机效率、消耗汽油量等问题,还可以涉及到

需给某房间供热4.2x1心J,若流进散热器

当今的环保、新能源的利用等筝.

【题型及解法归类】的水温度为80t，流出水的温度是70r,

由此可知，半天内有的水流经

1.本章所涉及到的题型主要是:填空题、kg

散热器.

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6.内燃机的大量使用，

的考试，它要求学生要有扎实的基本功，要对促进了社会的进步，

周围环境中与之相关的现象多看多想，特别使人们享受了现代

是环境保护及新能源的利用，比如太阳能、液文明.但在使用内燃

体石油气、天然气、电热的综合利用等.机的同时，又给人类

2.随着“能力与素质教育”的深入，对实带来了污染,这主要

是污染和

验操作能力及实验现象的分析与判断能力将图14-3

有更高的要求.污染.在内

3.常用的解题方法有:概念辩析法、观察燃机工作过程中，由图14-3所示的能流

比较法、比例法和公式法等.图可以看出,它的能量损失所占的百分比

【过关检测】是:废气内能35%,散热损失30%,机械损

1.铜的比热容是铅的3倍，质量相同的铜块失10%，则内燃机的效率是.因此

和铅块，吸收相同的热量后，铅块升高的温我们在有效利用能源的同时，也必须重视

度是铜块的一倍.如果它们升高相同的环境的保护.

温度，铜块吸收的热量是铅块的倍.

7.将比热容不同的两种物质同时放进电冰箱

12

【考点导析】子内部的正、负电荷量是相等的，原子对外呈

（一）简单的电现象中性，因此物体通常也呈中性.如果原子失去

1.电现象的本质或得到电子,那么原有的正负电荷平衡被打

电现象的本质在于构成物质的原子本身破，就对外显示电性.原子失去电子,就带正

具有电的结构.一切原子是由带正电的原子电，叫正离子;原子得到电子.就带负电，叫负

核和带负电的核外电子组成.通常情况下原离子.物体的带电现象正是由它的原子失去

里，则（）.绍,一公倾森林每天吸收的太阳能约为

A.比热容大的一定放出热量多LO7xlOioj,若这些能量被面积为一公

B.温度高的一定放出热量多倾、一定厚度、质量为3.96x106kg的干泥

C.质量大的一定放出热量多土吸收，可使地面的温度升高多少？［干

D.无法比较两者放热的多少泥土的比热容为0.84x103J/（kg・七）］

8.将质量相同、温度都是95t的甲和乙两个金12.有一种太阳能、电能两用热水器,它接收

属块，分别投入到质量相同、初温为15七的太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为

a、b两杯水中,达到热平衡时，测得。杯中1.25m2,能将接收的太阳能的50%转化为

水的温度为35t,6杯中水的温度为55t,水的内能，它的电热器铭牌见下表：

则甲、乙两金属块的比热容之比为（）.

型号EU1I-80B

A.l：3B.3：lC.2：9D.9：2额定功率1500W

9.把质量为100g的铁块放入火炉里烧足够额定电压220V

长的时间,然后取出立即投入到温度为15容量80L

外形尺寸

t、质量为200g的水中，混合后共同温度842nrnx463nmx415mm

为59七,则火炉里的温度是多少？（1）晴天时，用太阳能加热,每年的7月份,

［铁的比热容是O.垢xlCj“kg-t）］某地区向着阳光的地方平均每平方米的

10.某科研活动小组自制一个太阳能热水器,面积在1h内得到太阳辐射能为3.2x1伊

它的反射面的有效面积是2.5n?,太阳光J,如果每天接收太阳能的时间以8h计

对此镜面福射的能量平均每小时为2.5x算,可以将100kg、初温为25七的水加热

如果整个装置的效率是50%,则到多少t?

在一标准大气压下,这个热水器每小时可（2）如果遇到雨天用电能加热，在额定电

把多少千克、初温为25七的水烧开？压下工作时,将上述同质量、初温的水加

11.在西部大开发中，国家提出“退耕还林”的热到同样的温度需多长时间？（假定所消

伟大举措，对改善西部生态环境有重要意耗的电能全部转化为水的内能）

义.大量植树造林可调节气温，据资料介（3）结合本题,谈谈使用太阳能的优缺点.

13

参考答案

第十二讲功x9.8牛/千克工需'9器二池牛；

(2)拉力F做功的功率为P=A=1750牛x2x2

【巩固练习】

米/秒=7000瓦.

1.129600J,216m2.8m3.3xl(/,3x1074.3700

J5.40,206.A7.BCD8.B第十三讲机械能

9.解:人对滑轮组做功

F=G/3=12O牛s=3h=3O米1=60秒，

1.D；做功

强生生沐—go瓦

〃-I-60秒-凶兄.2.动;势能;重力势;动;动;弹性势;动;弹性势

人对地面压力F压=6人+户=600牛+120牛=3.重力势;动;动;弹性势；

720牛,人字=悬需=3惊4.C

5.(1)增大;增大;内;机械;做功.(2)机械;内;减小;

10.解：卬有用=G^h-p^gV^h

减小;减小.(3)15%