第13章和第14章 内能 内能的利用(答案)

第13&14章内能内能的利用1、现代科学家研究发现，常见的物质是有极其微小的粒子——分子、原子构成的。

人们通常以10-10m为单位来量度分子。

分子如此之小，只能通过电子显微镜帮助我们观察到它们。

2、用如图所示的装置探究气体扩散现象，在A、B两个集气瓶中分别装有无色的空气和红棕色的二氧化氮气体，应该把B瓶放在下面，A瓶倒扣在B瓶上，这样可以减小重力对实验的影响，使两个瓶口相对，之间用一块玻璃板隔开。

抽掉玻璃板，一段时间后，根据B瓶内气体颜色变浅，A瓶内气体颜色变深，最后两瓶内气体颜色变得均匀的现象可知气体发生了扩散。

像这样，不同的物质在相互接触时彼此进入对方的现象，叫做扩散。

扩散现象也可以发生在液体之间，固体之间也能发生扩散。

扩散现象说明了，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动（即分子的热运动）。

分子运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈，分子动能越大。

同样，分子运动越剧烈，物体温度越高，比如，我们生活中经常使用微波炉来加热食品，食物的分子在微波的作用下剧烈振动，使得食物的内能增加，温度升高。

3、如图所示的实验现象可以说明：分子之间存在引力。

例如：两个露珠相遇变成一个露珠、固体和液体能保持一定的体积等现象都能说明分子之间有引力。

但小明认为，装置中的两块铅柱的底面是削平、削干净之后紧紧压在一起的，二者之所以拉不开，是因为大气压强的作用。

你怎么设计实验或通过计算来判断小明的观点是否正确？（1）实验法：将图中的装置放入真空罩中，往外抽气，观察下面的铅柱及所挂重物是否掉落。

若掉下来，则小明的观点正确，若不掉下来，则其观点错误。

（2）计算法：用刻度尺测出铅柱横截面的直径D，算出其面积S，利用F=PS计算出大气压力；再用弹簧测力计测出下面铅柱及所挂重物的总重力G；比较F与G的大小关系。

若F不小于G，则小明的观点正确；若F小于G，则其观点错误。

从扩散现象还可以看出，物体的分子不是紧密地挤在一起，而是彼此间存在间隙。

但却很难将固体和液体压缩，这是因为除了引力以外分子之间还存在斥力。

分子间的引力和斥力同时并存。

4、构成物体的所有分子，其热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。

从定义中我们不难看出，一切物体都有内能。

同一个物体的内能是可以改变的。

因为影响物体内能大小的因素温度、物态、质量、体积等是可以改变的。

比如：相同质量0℃的水的内能大于0℃的冰的内能，这是因为0℃的水放出热量才会凝固成0℃的冰；或：0℃的冰需要吸收热量才会熔化成0℃的水。

5、改变物体内能的方式有热传递和做功。

在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。

物体吸收热量时内能增加，放出热量时内能减少。

热量和功一样，是过程量，只是用来衡量物体内能或机械能变化了多少，离开过程，毫无意义。

就某一状态而言，只有内能，不存在热量。

所以只能用吸收或放出来表述热量，而不能说含有、具有、谁的热量。

吸收或放出热量的多少与物体内能的多少、温度的高低无关。

6、甲图的现象是：硝化棉燃烧；分析甲图得出的结论是：对物体做功，物体温度升高，内能增加。

解析：在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，玻璃筒内的空气被压缩，活塞对筒内空气做功，从而使筒内空气的内能增加，温度升高，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉迅速燃烧。

硝化棉的温度升高，内能增大是通过热传递的方式实现的。

需要注意的一点：活塞做功直接改变的是筒内空气的内能，空气再将内能传递给硝化棉。

该实验实际上包含了做功和热传递两种改变物体内能的方式，侧重说明对物体做功，物体温度升高，内能增加。

7、乙图的现象是：瓶塞跳起，且瓶内出现白雾；分析乙图得出的结论是：物体对外做功，物体温度降低，内能减小。

解析：在烧瓶中装入少量的水，用吸水纸把烧瓶内外擦拭干净，塞紧瓶塞；用打气筒向瓶内打气，压缩了瓶内的空气，空气的内能增加，温度升高，瓶内的水吸热汽化，产生更多水蒸气，随着打入瓶内的空气增加，气压越来越大，直至冲开瓶塞（即我们所看到的瓶塞跳起），同时看到瓶内出现白雾，这是由于瓶内的气体推动瓶塞做功，内能减小，温度降低，使瓶内空气中的水蒸气液化成小水滴，形成白雾。

（通过甲乙两个实验，我们得出结论：做功可以改变物体的内能。

但要注意的是，对物体做功，物体的内能不一定发生改变。

比如：吊车将物体匀速提升或下放的过程中，对物体做了功，但物体的内能不变，改变的是物体的机械能。

）8、“热”在不同的语境中具有不同的含义：“今天很热”，表示温度；“物体吸热”，表示热量；“摩擦生热”，表示内能。

（对温度、内能、热量三个概念的认识要准确）9、相同质量的水和沙子，吸收相同的热量，沙子温度升高得多。

生活中很多类似的现象都表明，不同物质的吸热本领不同。

利用如图所示的装置探究不同物质吸热的本领时可以采取以下2种方案（采用控制变量法）：方案1：选取质量相同的不同物质，让它们吸收相同的热量，比较它们升高的温度，温度升高少的物质吸热本领强；方案2：选取质量相同的不同物质，让它们升高相同的温度，比较它们吸收热量的多少，吸收热量多的物质吸热本领强。

实验注意事项：1）实验中要控制水和食用油的质量相等，而非体积相等，这是因为在实验中体积会随着温度的变化而变化；2）加热装置使用电加热器，比使用酒精灯更能准确地控制相同时间内放出相同的热量（或控制水和食用油在相同时间内吸收相同的热量）；3）温度计的玻璃泡要全部浸入液体中，且玻璃泡不能碰到容器底、容器壁或电加热器。

4）本实验中运用的物理方法：控制变量法——控制水和食用油的质量相等、吸收的热量相等（或温度的变化量相等），通过比较温度的变化量（或吸收热量的多少）不同，说明水和油的吸热本领不同。

转换法——物质吸收热量的多少通过加热时间的长短来反映，即“吸收热量的多少”转换为“加热时间的长短”。

（因为，相同规格的电加热器，就是指它的电功率等相同，每秒放出的热量是一定的，通电时间越长，放出的热量越多，不考虑热量损失，放出的热量全部被水和食用油吸收，故物质吸收热量的多少可用加热时间的长短来反映。

）10、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。

比热容跟密度相似，也是物质的一种特性，它跟物质的种类和物质的状态有关；它反映了物质温度改变的难易程度。

水的吸热（或放热）本领强，是常见物质中比热容最大的，所以常用水作为散热剂或冷却剂，如冬天北方地区用水作暖气设备的供热介质，汽车发动机用水作冷却剂等；某些城市建设人工湖来调节气温，也是相同的道理。

注意：不要误认为所有跟水有关的应用都利用了水的比热容较大这一特性，如往教室地面上洒水感到凉快是利用了水蒸发吸热的原理；用水煮饺子和用油炸饺子口感不同的原因是因为二者的沸点不同。

11、该装置是一个简单的热机，其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递的方式传递给工作物质——水，水内能增大，温度升高，一段时间后，水蒸气将塞子冲出，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。

热机的原理是：燃烧燃料化学能转化为内能，然后又通过做功，把内能转化为机械能。

内燃机分为汽油机和柴油机。

四冲程内燃机的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

在四个冲程在中，只有做功冲程中燃气对外做功，其他三个冲程要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成，故飞轮的质量要足够大。

每完成一个工作循环，活塞往返2次，曲轴和飞轮均要转动2圈，完成4个冲程，其中做功1次。

某单缸四冲程汽油机的转速是600r/min，则1min燃气对外做了300次功，完成了300个工作循环，燃气做功的时间间隔是0.2s，1s内活塞共来回10次。

12、汽油机与柴油机结构上的区别是前者气缸顶部有一个火花塞，后者是一个喷油嘴；点火方式上前者是点燃式，后者是压燃式；吸气冲程中前者吸入的是汽油和空气的混合物，后者吸入的是空气；压缩冲程中，柴油机的压缩程度较大，气体被压缩的程度更大，压强更大，温度更高，燃油燃烧的更充分，所以效率更高一些。

13、研究发现，不同燃料燃烧时的放热本领不同，物理学中用热值来表示这种差异，符号：q，它是定义是：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，单位：焦每千克。

不是任何物体都具有热值，热值是燃料固有的特性，只跟燃料的种类有关，与燃料的质量和燃烧情况无关。

判断正误：燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小。

（×）14、热机效率是用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量的比值。

在内燃机中，燃料不能完全燃烧，完全燃烧只是一种理想状况。

燃料燃烧损失的能量主要在以下几个方面：1）废弃带走的能量最多；2）机器散热消耗一部分能量；3）克服摩擦消耗一部分能量。

15、能量守恒定律的内容：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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

永动机违背了能量守恒物理原理。

能量守恒定律的成立是无条件的，适用于一切变化过程。

自然界中各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化，但能量的转化是有方向性的。

如：给蓄电池充电：消耗电能，得到化学能，所以给手机充电时是电能转化为化学能；植物光合作用：太阳能或光能转化为化学能；太阳能电池板是把太阳能转化为电能。