考點1.溫度、熱量與內能的關係
【知識點的認識】
(1)內能和溫度的關係
物體內能的變化,不一定引起溫度的變化.這是由於物體內能變化的同時,有可能發生物態變化.物體在發生物態變化時內能變化了,溫度有時變化有時卻不變化. 如晶體的熔化和凝固過程,還有液體沸騰過程,內能雖然發生了變化,但溫度卻保持不變.溫度的高低,標誌著物體內部分子運動速度的快慢.
因此,物體的溫度升高,其內部分子無規則運動的速度增大,分子的動能增大,因此內能也增大,反之,溫度降低,物體內能減小.因此,物體溫度的變化,一定會引起內能的變化.
(2)內能與熱量的關係 物體的內能改變了,物體卻不一定吸收或放出了熱量,這是因為改變物體的內能有兩種方式:做功和熱傳遞.即物體的內能改變了,可能是由於物體吸收(或放出)了熱量也可能是對物體做了功(或物體對外做了功).
而熱量是物體在熱傳遞過程中內能變化的量度.當物體與外界不做功時,物體吸收熱量,內能增加,物體放出熱量,內能減少.因此物體吸熱或放熱,一定會引起內能的變化.
(3)熱量與溫度的關係 物體吸收或放出熱量,溫度不一定變化,這是因為物體在吸熱或放熱的同時,如果物體本身發生了物態變化(如冰的熔化或水的凝固).這時,物體雖然吸收(或放出)了熱量,但溫度卻保持不變.
物體溫度改變了,物體不一定要吸收或放出熱量,也可能是由於對物體做功(或物體對外做功)使物體的內能變化了,溫度改變了.
【命題方向】
溫度、熱量與內能的關係是中考的熱點,主要考查學生對溫度、內能、熱量關係的理解和掌握.
第一類常考題:
關於物體的內能,下列說法正確的是( )
A.溫度相等的1kg和100g的水內能相同
B.物體內能增加,一定要從外界吸收熱量
C.溫度為0℃的物體沒有內能
D.在相同物態下,同一物體溫度降低,它的內能會減少
分析:任何物體在任何溫度下都具有內能,內能與物體的質量、溫度、狀態等因素有關.
解:A、水的內能不僅與溫度有關,還和水的質量有關;故溫度相等的1kg水和100g水的內能不同;故A錯誤;
B、改變內能的方法有兩種,做功和熱傳遞;物體內能增加,可能是從外界吸收熱量,也可能外界對它做功;故B錯誤;
C、一切物體都有內能,故C錯誤;
D、物體的內能與溫度有關;同一物體溫度升高時,內能增加,溫度降低時,內能將減小;故D正確.
故選D.
點評:此題考查了物體內能方面的知識,包括內能的概念、改變內能的方法(做功、熱傳遞)等;溫度影響物體的內能,運用所學的內能方面知識可解決此題.
第二類常考題:
在物理學中常提到「熱」字,但其含義各不相同,請將下列「熱」的含義填入空格內.
(1)這盆水很熱,這裡的「熱」是指 溫度 .
(2)物體吸熱升溫,這裡的「熱」是指 熱量 .
(3)摩擦生熱,這裡的「熱」是指 內能 .
分析:根據三個物理量的概念進行分析.內能是指物體內部所有分子做無規則運動所具有的動能和分子勢能的總和;溫度指物體的冷熱程度;熱量是指在熱傳遞或做功的過程中,內能改變的多少.
解:這盆水很熱是反映水的冷熱程度,所以這個「熱」指溫度;
物體吸熱升溫是指物體吸收熱量時溫度升高,故這裡的「熱」指熱量;
摩擦生熱是通過克服摩擦做功,使物體的內能增加,所以這裡的「熱」指內能.
故答案為:溫度,熱量,內能.
點評:雖然同樣是」熱「,但在不同的語境中含義卻不一樣.本題要求學生知道溫度、熱量和內能的相同點和不同點,並且能夠區分溫度、熱量和內能.
【解題方法點撥】
內能和溫度是物體本身就具有的,而熱量是伴隨著熱傳遞存在的,內能和溫度都是狀態物理量,而熱量則是過程物理量.物體吸收熱量,內能一定增加,溫度不一定升高;物體溫度升高,內能一定增加.三個物理量之間既有密切聯繫,又有本質區別.
考點2.物體內能的改變
改變系統內能的兩種方式:做功和熱傳遞.
(1)做功和熱傳遞在改變物體的內能上是等效的. 做功和熱傳遞都能改變系統的內能,這兩種方式是等效的,都能引起系統內能的改變,但是它們還是有重要區別的.
(2)做功和熱傳遞在本質上是不同的.
做功使物體的內能改變,是其他形式的能量和內能之間的轉化(不同形式能量間的轉化).
熱傳遞使物體的內能改變,是物體間(或物體不同部分)內能的轉移(同種形式能量的轉移).
(3)內能改變的量度
①做功使物體內能發生改變的時候,內能的改變就用功數值來量度.外界對物體做多少功,物體的內能就增加多少;物體對外界做多少功,物體的內能就減少多少.
②熱傳遞使物體的內能發生改變的時候,內能的改變是用熱量來量度的.物體吸收了多少熱量,物體的內能就增加多少;物體放出了多少熱量,物體的內能就減少多少.
a.用功的數值來量度,在做功的過程中,外界對物體做了功,物體內能就增加;物體對外做功,物體內能就減少,此時有W=△E.
b.用熱量來量度,外界傳給物體熱量,或物體吸收熱量,物體內能就增加;物體傳給外界熱量,或物體放出熱量,物體內能減少,此時有Q=△E.
一個物體的溫度升高了,則( )
A.一定通過做功的方式使它的內能增加
B.一定通過熱傳遞的方式使它的內能增加
C.可能是通過做功的方式,也可能是通過熱傳遞的方式使它的內能增加
D.以上說法都不正確
分析:做功和熱傳遞都可以改變物體的內能,二者在改變內能上是等效的.前者是能量的轉化過程,後者是能量的轉移過程.
解:因為做功和熱傳遞都可以改變物體的內能,二者在改變內能上是等效的.所以,如果一個物體的溫度升高了,說明內能增大,則可能是通過做功的方式,也可能是通過熱傳遞的方式使它的內能增加.故只有C選項的說法正確.
故選C.
點評:知道做功和熱傳遞都可以改變物體的內能,且二者在改變內能上是等效的,便可順利解答本題.
在進行熱學實驗時,我們通常要通過劃燃火柴或通過打火機來點燃酒精燈,下列關於這兩種點燃酒精燈的方法說法正確的是( )
A.劃燃火柴是通過熱傳遞的方式改變了火柴頭的內能
B.火柴頭在燃燒時,高溫的火焰通過熱傳遞的方式將酒精燈點燃
C.打火機打著火時,高溫的火焰通過做功的方式將酒精燈點燃
D.打火機打著火的原理類似於柴油機的火方式
分析:分析兩種點燃火柴的方法,然後結合改變物體內能的方法即可得到答案.
解:A、火柴在與火柴盒摩擦時,摩擦生熱,將機械能轉化為內能,火柴的內能增加,溫度升高,使火柴燃燒.這是通過做功的方法改變了火柴的內能.故選項A錯誤;
B、燃燒的火柴頭溫度很高,放在酒精燈上,內能由溫度高的火柴頭傳遞到溫度低的酒精燈上,使酒精燈點燃.這是通過熱傳遞的方法使酒精燈點燃的.故選項B正確;
C、打火機打著火時,高溫的火焰通過熱傳遞的方式將酒精燈點燃.故選項C錯誤;
D、電子打火機是靠電子發出的電火花點燃,類似與汽油機的點火方式,柴油機是壓燃式.故D錯誤;
故選B.
點評:此題中火柴和酒精燈火焰的內能都增加了,但方法不同,充分體現了做功與熱傳遞在改變物體內能上具有等效性.
雖然做功和熱傳遞改變物體內能的方式不同,做功的過程屬於能量的轉化,而熱傳遞屬於內能的轉移,但二者在改變物體的內能上卻是等效的,例如,一根鋸條的溫度升高了,內能增大了,可能是由於摩擦生熱,也可能是放在火上烤的結果,如果沒有看見內能改變的過程,就無法判斷內能是通過哪種方式改變的.
考點3.熱傳遞的概念與方式
(1)熱量從高溫物體傳遞到低溫物體,或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分的現象,叫做熱傳遞。沒有做功而使內能改變的物理過程叫做熱傳遞。
(2)熱傳遞的三種方式:熱傳導、熱對流和熱輻射。
①傳導﹣﹣熱量通過接觸物體由高溫部分向低溫部分傳遞
②對流﹣﹣通過液體或氣體(流體)自身的流動由高溫部分向低溫部分傳遞
③輻射﹣﹣熱量不通過物體媒介,直接由高溫物體發射到低溫物體的傳遞
(3)熱傳遞的實質:熱傳遞實質上傳遞的是能量,結果是改變了系統的內能。傳遞能量的多少用熱量來量度。
(4)熱傳遞具有方向性,熱量從高溫物體傳遞到低溫物體,或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分,不會自發的從低溫物體傳遞到高溫物體或從物體的低溫部分傳遞到高溫部分。
質量和溫度相同的銅塊和水,使它們分別放出相同的熱量後,將銅塊迅速投入水中後,它們的內能變化正確的是( )
A.銅塊的內能減小,水的內能增大
B.銅塊的內能增大,水的內能減小
C.銅塊和水的內能都增大
D.銅塊和水的內能都減小
分析:解決此題要知道發生熱傳遞的條件是有溫度差,熱量由高溫物體傳向低溫物體;
銅塊的比熱容小於水的比熱容,由熱量的變形公式△t可知,當熱量、質量相同時,比熱容小的溫度變化大。
解:質量和溫度相同的銅塊和水,使它們分別放出相同的熱量後,由公式△t可知,銅塊降低的溫度大;
即水的溫度高於銅塊的溫度,二者放在一起後,熱量由水傳向銅塊,故銅塊內能增大,水的內能減小;故選B。
點評:解決此題要知道熱傳遞的條件,並且會根據熱量公式分析末溫,並會分析熱傳遞的方向。
兩個物體之間發生熱傳遞,當熱傳遞停止時( )
A.兩個物體內能相等 B.兩個物體溫度相等 C.兩個物體熱量相等 D.以上說法都不正確
分析:要解答本題需掌握:熱傳遞的條件是有溫度差。
解:用熱傳遞的方法改變物體的內能,實際上是能量從高溫物體轉移到低溫物體的過程,當兩個物體的溫度相等時,熱傳遞停止;
點評:本題主要考查學生對:熱傳遞的條件及實質的了解和掌握。
(1)熱傳遞是指能量從高溫物體傳給低溫物體(或從同一物體的高溫部分傳給低溫部分)。熱傳遞是改變物體內能的一種方式。
(2)發生熱傳遞的條件是物體間存在溫度差,或物體的不同部分間存在溫度差。
(3)熱傳遞的方向是從高溫物體到低溫物體,或從物體的高溫部分到低溫部分。
考點4.做功改變物體內能
(1)做功:對物體做功,物體的內能增加;物體對外做功內能減少.
(2)做功使物體的內能改變的實質:其他形式的能量(如機械能)與內能之間的相互轉化.
飛機在萬米高空飛行時,艙外大氣壓比艙內氣壓低.要使艙內獲得新鮮空氣,必須使用壓縮機把空氣從艙外壓進艙內.在這個過程中,壓縮機對空氣做功,空氣的( )
A.溫度升高內能增加
B.溫度降低內能減少
C.溫度升高內能減少
D.溫度降低內能增加
分析:本題要抓住做功與內能的改變,主要有摩擦生熱和壓縮氣體做功.
解:對物體做功,物體的內能會增加,物體對外做功內能會減少.壓縮機對空氣做功,空氣的溫度升高內能增加.
A、壓縮機對空氣做功,空氣的溫度升高內能增加,符合題意.
B、壓縮機對空氣做功,空氣的溫度降低內能減少,不符合題意.
C、壓縮機對空氣做功,空氣的溫度升高內能減少,不符合題意.
D、壓縮機對空氣做功,空氣的溫度降低內能增加,不符合題意.
故選A.
點評:本題考查了做功與內能的改變.對物體做功,物體的內能會增加,溫度升高.
如圖所示,在大口厚玻璃瓶內裝入少量的水,並滴入幾滴酒精.塞進塞子後,用氣筒往瓶內打氣,當塞子跳出時,看到瓶口有白霧出現,下列關於該實驗的分析錯誤的是( )
A.往瓶內打氣時,外界對瓶內氣體做功
B.往瓶內打氣時,瓶內氣體內能變小
C.瓶塞跳出時,瓶內氣體溫度降低
D.瓶塞跳出時,瓶內氣體對外做功
分析:改變物體內能的兩種方法:做功、熱傳遞.對物體做功(例如克服摩擦做功、壓縮氣體做功、彎折鐵絲做功等)物體的內能增加、溫度升高;物體對外做功(氣體膨脹做功),物體的內能減少、溫度降低.
解:AB、瓶子裡裝有一些水,往瓶內打氣,壓縮瓶內氣體做功,使瓶內氣體內能增加、溫度升高,故A正確、B錯;
CD、當瓶塞跳起時,瓶內氣體對瓶塞做功,瓶內氣體的內能減少,溫度降低,故CD都正確.
點評:這是一個典型的對外做功(氣體膨脹做功),內能減少的例子,要記住如何解釋這種現象的出現.
考點5.熱傳遞改變物體內能
(1)熱量從高溫物體傳遞到低溫物體,或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分的現象,叫做熱傳遞.沒有做功而使內能改變的物理過程叫做熱傳遞.
(2)熱傳遞使物體內能發生改變的實質是:同一種形式的能量(內能)發生了轉移.其轉移的規則是內能從高溫物體轉移到低溫物體,或從物體的高溫部分轉移到低溫部分.
(3)傳遞的熱量與內能改變的關係
①在單純熱傳遞中,系統從外界吸收多少熱量,系統的內能就增加多少. 即△U=Q吸
②在單純熱傳遞中,系統向外界放出多少熱量,系統的內能就減少多少. 即Q放=﹣△U
下列現象中,利用熱傳遞的方式使物體內能增加的是( )
A.用鋸鋸木頭,鋸條發熱
B.燒水時,水逐漸變熱
C.流星在大氣層中高速下落,發出光和熱
D.小孩從滑梯上滑下,臀部有灼熱感
分析:解決此題要知道改變物體內能的方式有兩種:做功和熱傳遞.
解:因A、C、D選項都是克服摩擦力做功,從而改變物體的內能;
B選項是通過熱傳遞改變物體的內能;
點評:解決此類題目要結合改變物體內能的方式分析解答.
質量相等的鐵塊和水,吸收相等的熱量後,把鐵塊投入水中,則( )
A.熱從鐵塊傳給水
B.熱從水傳給鐵塊
C.鐵塊與水間不發生熱傳遞
D.無法確定是否發生熱傳遞
分析:物體間發生熱傳遞的條件是有溫度差,先結合熱量公式Q=cm△t分析鐵塊和水的溫度關係,判斷出鐵塊和水的末溫大小後,再判斷熱傳遞的方向.
解:水的比熱容最大,相同質量的鐵塊和水,吸收相同的熱量後,水的溫度變化較小,但由於鐵塊和水的初溫沒有告知,無法判定兩者末溫的高低,因此它們之間的熱傳遞方向也無法確定;
點評:解決此類問題要結合發生熱傳遞的條件和比熱容相關知識進行分析解答.
(1)熱傳遞過程中吸熱物體內能增加,放熱物體內能減少,最終二者溫度相同.
(2)做功和熱傳遞改變物體的內能是等效的.
考點6.比熱容的概念及其計算
(1)單位質量的某種物質溫度升高1℃吸收的熱量叫做這種物質的比熱容,簡稱比熱。
比熱容是通過比較單位質量的某種物質升溫1℃時吸收的熱量,來表示各種物質的不同性質。
(2)比熱容的單位:在國際單位制中,比熱容的單位是J/(kg℃),讀作焦每千克攝氏度。
水的比熱容是4.2×103J/(kg℃)。它的物理意義是1千克水,溫度升高1℃,吸收的熱量是4.2×103焦耳。
單位質量的某種物質溫度升高1℃吸收的熱量和它溫度降低1℃放出的熱量相等,也是它的比熱。
(3)比熱表
比熱容是物質的一種特性,各種物質都有自己的比熱。物理學中,常把由實驗測定的物質的比熱,列成表格,便於查找。
從表中還可以看出,各物質中,水的比熱容最大。這就意味著,在同樣受熱或冷卻的情況下,水的溫度變化要小些。水的這個特徵對氣候的影響很大。在受太陽照射條件相同時,白天沿海地區比內陸地區溫升慢,夜晚沿海地區溫度降低也少。所以一天之中,沿海地區溫度變化小,內陸地區溫度變化大。在一年之中,夏季內陸比沿海炎熱,冬季內陸比沿海寒冷。
(4)水比熱容大的特點,在生產、生活中也經常利用。如汽車發動機、發電機等機器,在工作時要發熱,通常要用循環流動的水來冷卻。冬季也常用熱水取暖。
關於比熱容,下列說法正確的是( )
A.物體的比熱容跟物體吸收或放出的熱量有關
B.物體的比熱容跟物體的溫度有關
C.物體的質量越大,它的比熱容越大
D.物體的比熱容與溫度、質量都沒有關係
分析:比熱容是物質本身的一種特性,反映了物體的吸熱或放熱能力,大小隻與物質有關,與其它因素沒有關係。
解:比熱容是物質本身的一種特性,其大小是由物質決定的,與是否吸熱、放熱、溫度、質量等因素無關。
故選D。
點評:此題考查了比熱容的特點,要掌握其物理意義,真正理解是物質本身一種特性的真正含義。