科学中考专题复习：分子动理论内能及利用热机

专题复习：分子动理论、内能及利用、热机［考点热点指津］
分子运动理论和内能及利用
分子动理论
物质由大量分子组成
分子永不停息地做无规则运动
分子间相互作用力——引力、斥力
内能
内能的概念
改变内能的方法
做功改变内能
热传递改变内能
热传递
热传递规律
热量、比热容能量守恒定律
内能应用
内能的获得热值的概念、计算、有效利用燃料
内能的利用
利用内能加热
利用内能做功内燃机
汽油机
柴油机
内能的利用和环境保护
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一、分子动理论
1. 分子和分子的运动首先要认识物质是由分子组成的（因为分子是保持物质原来性质的最小微粒）。

一切物体的分子都在不停地做无规则运动，分子的无规则运动用宏观的扩散现象体现，而宏观的扩散现象可用微观的分子无规则运动解释。

通过红棕色的二氧化氮和瓶口对接置于上部的空气彼此进入对方的扩散实验可以说明气体分子不停地做无规则运动；通过硫酸铜和水的扩散实验说明液体分子不停地做无规则运动；从生活中煤渣渗入墙中，行为不规范的同学的黑脚印渗入墙中都可以认识到固体分子不停地做无规则运动，从而建立完善的认识，一切物体的分子在不停地做无规则运动。

关键的一点是要能区分物质的运动和分子的运动。

如“灰尘飞扬”、“M粒翻滚”都属于物质的运动。

分子的运动，我们肉眼是看不见的。

如一个题中出现“春天，柳絮飞扬”、“夏天，槐花飘香”、“秋天，黄沙扑面”、“冬天，雪花飘飘”，这四个情景中，只有“槐花飘香”是分子运动，其它三个均为物质的运动情景。

2. 分子间存在相互作用——引力和斥力
要通过形象的事例认识其存在，分子间既有引力，又有斥力。

一根普通的铁丝难以轻易拉断，说明引力的存在，取一块具有一定厚度的铁块，不能将它轻易压扁，说明斥力的存在。

当分子间距为1010-m时，引力斥力平衡；当分子间距小于1010-m时，斥力起主要作用；当分子间距大于这个距离时，引力起主要作用；当分子间距很远时，作用力变得十分微弱，“破镜不能重圆”就是这个道理。

二、内能
1. 一切物体具有内能
任何情况、任何温度下都有内能。

0℃的物体有内能、静止的物体有内能、冰山有内能，因为物体都是由物质组成，物质又由分子组成的，而分子又不停地做无规则运动，所以任何物体均有内能。

2. 内能大小的影响因素
内能大小受温度的影响，还受质量的影响。

一根烧红的100℃的细铁丝和一池80℃的热水哪个内能大？不能只考虑温度，还要考虑质量。

注意识别两句话：A. “物体的温度越高（越低），内能就越多（或少）”；B. “温度高的物体内能大”。

A 是正确的，一个物体的温度越高（或低）物体内部分子运动越快（或越慢），物体的内能就越多（或越少）。

同一物体，内能的多少可以从它的温度高低反映出来；但是不同的物体，温度高低并不能直接反映内能的多少。

所以B 错。

3. 温度、热量、内能的区别与联系
（1）区别：温度表示物体的冷热程度，描述物体所处的状态，标志着物体内部分子热运动和剧烈程度、温度的变化能反映一个物体的内能怎样变化。

单位℃。

热量表示物体在热传递过程中吸收或放出热的多少，是一个过程量。

不能说一个物体“有多少”或“含有多少”热量，只能说“吸收了”或“放出了”多少热量。

热量是与热传递过程相联系的物理量。

单位是J 。

内能是能的一种形式，从宏观看，物体内能大小与物体的温度有关；从微观看，物体的内能与物体内部所有分子的热运动及相互作用有关。

单位是焦耳。

（2）联系：热传递发生在温度不同的物体之间，热传递中内能的改变用热量来度量，物体温度升高，内能增大；物体温度降低，内能减小。

热传递过程中，物体放出了多少热量，它的内能就减少了多少。

三、热量的计算： 1. 比热容
比热容是为了反映相同质量的不同物质（水和煤油）升高相同的温度吸收的热量不同；或是为了反映相同质量的不同物质吸收相同的热量升高的温度不同而引入的物理量。

除了要重视实验探究过程外，还要注意比热容是为了反映物质某方面的特性的，是物质的一种特性，每种物质都有自己的比热容，不同物质的比热容一般不同；同种物质，状态不同，比热容不同。

比热容只与物质有关，与其质量、吸放热情况、温度变化等无关。

2. 热量的计算
计算公式：Q cm t t Q cm t t 吸放、=-=-()()00。

注意变形公式的使用和比例问题的掌握。

四、内能的利用——热机
1. 燃料燃烧过程中的能量转化
目前人类使用的能量绝大部分是从化石燃料的燃烧中获得的内能，燃料燃烧时释放出大量的热量，燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，物体的化学能转化为内能。

2. 燃料的热值
1kg 某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。

热值是为了表示相同质量的不同燃料在燃烧时放出热量不同而引入的物理量。

它反映了燃料通过燃烧放出热量本领大小不同的燃烧持性。

燃烧的热值是燃料本身的一种燃烧特性，不同燃料的热值一般是不同的，同种燃料的热值是一定的，它与燃料的质量、体积、放出热量多少无关。

3. 在学习热值的概念时，应注意以下几点：
（1）“完全燃烧”是指燃料全部燃烧变成另一种物质。

（2）强调所取燃料的质量为“1kg”，要比较不同燃料燃烧本领的不同，就必须在燃烧质量和燃烧程度完全相同的条件下进行比较。

（3）“某种燃料”强调了热值是针对燃料的特性与燃料的种类有关。

热值的单位J/kg，读作焦每千克。

还要注意，气体燃料有时使用J/m3。

4. 内燃机及其工作原理
内燃机是燃烧直接在气缸内燃烧而推动活动塞做功的热功。

内燃机的工作原理是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，按燃烧燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机、煤气机等。

5. 提高热机效率的主要途径
（1）改善燃烧环境，使燃料尽可能完全燃烧，提高燃料的燃烧效率。

（2）尽量减小各种热散失。

（3）减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。

（4）充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。

例如热电站就是利用废气供热，即供电又供热，使燃料的利用率大大提高，据某杂志称国外有人发明装置，利用汽车尾气的热量加热饭等。

［典型例题透视］
关于分子动理论和内能
例1. 把两块相同的玻璃片叠在一起，沿垂直于玻璃面的方向很容易分开。

若在两玻璃片之间滴几滴水，使它们之间形成一层水膜后，再沿垂直方向还容易将二者分开吗？试用分子动理论解释其中的原因。

答案：不易分开。

因为当玻璃片间形成水膜后，玻璃面分子与水分子间的距离较小，分子间的作用力很大。

沿垂直于玻璃面的方向将二者分开须克服分子间的作用力，所以较难分开。

透视：分子间产生的作用力受间距大小影响的，当分子间的距离大于分子直径的10倍时，分子间的作用力就变得十分微弱，可以忽略。

两玻璃片之间没有水膜时，接触面之间距离太大，分子作用力太小，所以很容易将它分开。

反之，两玻璃片之间有水膜，分子间距小，所以很难分开。

例2. 做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，下列选项中属于热传递改变物体内能的是（）
A. 两手摩擦能发热
B. 烧火水变热
C. 锯木材锯子发热
D. 钻木取火
答案：B
透视：本题主要考查改变物体内能的方式，A、C、D分别是克服摩擦力对手、锯、木材做了功，使机械能转化为内能，物体内能增加，温度升高。

B中，燃料燃烧放出的热被水吸收，水内能增加、温度升高。

点拨：此类问题要先判断物体内能是增加还是减少，并分析改变的原因，从而确定能量的转化或转移。

例 3. 奶奶在厨房炒菜，张文一进家门就嚷开了：“奶奶，你炒的花菜真香啊！”奶奶却
说：“花菜刚下锅，你就闻到香味了，饭桌上放着我早就烧好的肉，你却没有闻到香味，难道我烧的肉不好？”张文赶紧向奶奶赔视，又说了一席话，奶奶眉开眼笑。

你知道张文是如何用学过的物理知识向奶奶解释的吗？
答案：炒菜时，菜的温度高、内能大，它的分子运动速度大，扩散到空气中的速度快，故张文很快闻到花菜的香味。

透视：此题的考点是分子的热运动与温度的关系，并且要学会从阅读型材料中捕捉提取信息。

例4. 为什么湿的手套和袜子不易脱下来？
答案：手套和袜子在干的时候，织物本身比较松，同时它们对手和脚的附着力也很小，所以我们可以很方便地把它们脱下来。

可是，手套和袜子湿了以后，由于水的表面张力使织物绷紧了，同时手套、袜子和手、脚上的水分子互相之间又有一定的引力，就像胶水似的把它们“粘”了起来，所以就不容易脱下来。

透视：此题考查点为分子间的作用力。

例5. 关于物体的内能，下列说法正确的是（）
A. 物体运动得越快，内能越大
B. 物体举得越高，内能越大
C. 物体运动得越快，举得越高，内能越大
D. 物体温度越高，内能越大
答案：D
透视：在分析物体内能大小时，应注意物体的内能与物体的质量、温度、种类有关，物体的运动速度和举起的高度无关。

物体的速度和高度影响的是机械能，内能和机械能是不同形式的能。

例6. 下列关于热运动、温度、热量和内能的相互关系的说法正确的是（）
A. 物体的温度升高，一定是吸收了热量
B. 物体的内能增加，其温度一定升高
C. 物体的温度升高，分子热运动加快，内能一定增加
D. 物体的内能增加，一定是吸收了热量
答案：C
透视：物体的温度升高了，说明分子热运动加快，内能一定增加，其原因可能是吸收了热量，也可能是另外的物体对它做了功，故A、D是错误的，C是正确的。

当物体发生物态变化时，如冰吸热融化是内能增多而温度不改变的，故B是错误的。

例7. “物体温度高时的热量多于温度低时的热量”，这一说法是否正确，为什么？
答案：这一说法不对。

因为“热量”是伴随着物体温度变化的，只能说物体吸收或放出热量的多少。

题中说“物体温度高时的热量多于温度低时的热量”，言下之意是物体含有热量，所以这种说法是错误的。

透视：此题区别温度、热量、内能三者的关系。

“温度”是状态量，“热量”是过程量，不能说物体含有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。

例8. 做功和热传递是改变物体内能的方法，那么，对一个物体做功，这个物体的内能一定增加吗？
答案：不一定。

透视：让一个铁块从外界吸热，即从外界得到内能，会测出铁块的温度变化了。

所以一个物体的温度变化了，说明它的内能变化了。

让一块0℃的冰从外界吸热，即从外界得到内能，会看到水熔化成0℃的冰，虽然温度没有变化，但这些0℃的水比原来0℃的冰内能要大。

所以一个物体的物态变化了，说明它的内能变化了。

所以由内能的定义知：内能是指物体内部所有分子做无规则运动的分子动能和分子势能的总和。

如果一个物体的质量减少了，它内部分子的数目也减少了，那么它内部分子动能和势能的总和，即内能也随着减少了。

所以一个物体的质量变化了，说明它的内能也变化了。

综上所述，可以通过一个物体的温度、状态、质量来确定它的内能是否改变。

对题中的问题来说：拿一段铁丝来回弯几下，用手摸弯折处，感觉温度比原来高了，说明弯折处的内能增加了。

如果要是把这一段铁丝从某一处慢慢提到一定高度，虽然外界对铁丝做了功，但铁丝的温度、状态、质量都没有发生变化，说明它的内能也没有变化。

例9. 从冰箱里取出的冻肉，浸泡在热水里和浸泡在冷水里，哪种方法解冻快？ 答案：冷水中解冻快。

透视：因为冻肉温度是在0℃以下，若放在热水里解冻，冻肉从热水中吸热，其外层迅速解冻而使温度很快升到0℃以上，此时外层和内层之间便有了空隙，传热的本领下降，使内部不易再吸热而形成硬核。

若放在冷水中，则因冻肉吸热而使冷水温度很快降到0℃且部分水还可结冰。

因1g 水结冰可放出336J 的热量，放出如此之多的热量被冻肉吸收后，使肉外层的温度升高，而内层又容易吸收热量，这样就能加速冻肉解冻。

不仅如此，用冷水解冻，还能减少营养的损失，吃起来味道也好。

关于热量的计算
注意：物体吸收（或放出）的热量跟物体的质量m 、比热容c 、升高（或降低）的温度∆t 有关，计算式为Q cm t =∆，使用时应当注意：
（1）公式只适用于物体温度改变时吸收（或放出）的热量的计算，对有物态变化的过程不适用。

如果过程中存在物态变化，不能用该公式解，需要考虑在状态变化时所吸收（或放出）的热量。

（2）公式中“∆t ”为物体温度的变化，当物体吸热温度升高时∆t t t =-0（t 和t 0分别指末温和初温）；当降温时∆t t t =-0。

（3）利用公式进行计算时要清楚吸收（或放出）热量的多少跟温度改变的多少有关，而跟物体的初温、末温无关。

且计算时要用相应的单位。

例10. 质量为500g 的铝壶里装有4kg 温度为20℃的水，要使水温升高50℃，铝壶和水共吸收多少热量？（c J kg 铝×·℃=088103
./() 答案：
Q Q Q c m t c m t 吸铝水铝铝水水=+=+∆∆
=+088100550421045033./()../()×·℃××℃×·℃××℃J kg kg J kg kg =862105.×J 。

透视：本题中吸收热量的多少与其∆t =50℃有关，而与物体的初温无关，已知条件20℃为多余条件。

此题中有两个要点：一要注意铝壶也吸热，二要注意50℃为升高了50℃，而
不是升高到50℃。

例11. 用95℃的热水和20℃的冷水混合，不计热量损失，要得到45℃的温水9kg ，需要热水和冷水的质量各为多少？
答案：设冷水的质量为m ，则热水的质量为9kg m -，由不计热损失可得Q Q 吸放=，则有cm t t c kg m t t ()()()-=--01029，代入数据得m kg m ()()45209℃℃-=-（95℃－45℃）；解得m ＝6kg ，则热水质量为963kg kg kg -=。

透视：灵活应用公式Q cm t =∆并明确一个知识点，若不计热损失，则Q Q 吸放=。

例12. 30g 、0℃的冰与30g 、30℃的水相混合，不计热损失，混合后的温度是多少？（冰的熔解热是3.36×105J/kg ）
答案：本题是确定系统的最后状态，可先假定系统内的水全部降温至0℃，计算出水放出的热量Q c m t t J kg kg 放水水水冰×·℃××℃℃=-=-()./().()42100033003
＝
378103.×J ，不计热损失冰吸收的热量Q Q J 吸放×==378103.。

小于冰的熔解热，冰
的熔解热Q ＝mq ＝003336101105
4
../kg J kg J ××≈×。

冰只能熔化一部分，为“冰水共存”状态，故混合后的温度为0℃。

透视：特别注意冰水混合物的温度为0℃，并要学会用假定法，解Q cm t =∆和Q Q 放吸=热量计算的综合题。

例13. 由同种物质制成的甲、乙两物体，甲物体的质量是乙物体质量的2倍，甲降低的温度是乙的2倍，则甲、乙放出的热量之比是________________。

答案：4：1
透视：据Q cm t 放=∆得，放出的热量之比
Q Q c m t c m t c c m m t t 放甲放乙
甲甲甲乙乙乙
甲乙
甲乙
甲乙
×
×
=
=
∆∆∆∆
==11212141
××。

例14. 有两块金属，质量之比是3：1，吸收的热量之比是2：1，那么升高的温度之比和比热之比分别是（） A. 4：3，1：2 B. 3：4，2：1 C. 5：3，2：5
D. 3：5，5：2
答案：A 、C
透视：利用Q cm t =∆，得两块金属有关物理量之比Q Q c m t
c m t 12111222
=∆∆，把m m 12：＝3：1和Q Q 12：＝2：1代入，得
c t c t 1122∆∆=2
3
，满足这个方程的解有无数组，代入各选项答案的数值，可知A 和C 是正确的。

例15. 已知铝的比热容大于铁的比热容，质量相等的铝块和铁块在沸水中加热足够长的时间后取出，再让它们放出相等的热量，这时比较铝块的末温t 铝与铁块的末温t 铁的关系是（）
A. t t 铝铁>
B. t t 铝铁<
C. t t 铝铁=
D. 初温不知道无法判断
答案：A
透视：抓住“它们放出的热量”这一关系列方程，再用公式Q cm t t 放=-()0进行分析和判断。

“在沸水中加热足够长的时间后取出”即隐含着刚取出它们的温度相等，都等于沸水的温度，即初温相同。

据Q cm t Q Q m m 放铁铝铁铝，因为，===∆，因为c c 铁铝<，所以∆∆t t 铁铝>，即
()()t t t t 00->-铁铝
又因为初温同。

所以t t 铁铝<。

此题一个关键是能从题中获取“初温相等”的信息，另一个便是“分两个层次来分析”。

例16. 甲、乙两物体质量相等，温度相同，先把甲投入一杯热水中，热平衡后，水温度降低了8℃，取出甲（设热量和水量均无损失），再把乙投入这杯热水中，热平衡后，水温又降低了8℃，由此可知（） A. 甲的比热大
B. 乙的比热大
C. 甲乙比热一样大
D. 无法判断
答案：B
透视：因为两次金属块放入水温均降了8℃。

说明两次热传递中水放出的热量相等。

两次金属块吸收的热量是相等的。

即Q Q c m t c m t 吸甲吸乙甲甲乙乙，==∆∆，又因为m 相等，只需判断出甲、乙温度变化哪个大，便可确定c 甲与c 乙的大小。

问题的关键变为∆t 甲与
∆t 乙的大小，可采用赋值法。

设水温为80℃，金属块甲、乙的初温为20℃，第一次水温
降了8℃，意味着热平衡温为72℃。

那么∆t 甲℃=52；第二次水温又降8℃，意味着热平衡量为64℃，即∆t 乙＝44℃。

因为∆∆t t 甲乙>，所以c c 甲乙<。

［常见失误分析］
例1. 把1升酒精倒入1升水中，混合后总体积是多少，为什么会有这种现象？ 错解：混合后总体积为2升。

答案：因为物质间存在着空隙，酒精和水混合后，有一部分酒精分子和水分子进入对方的空隙中去，使酒精和水混合后的体积比混合前总体积小了。

即总体积小于2升。

分析：在考虑此题时，要明确组成物质的分子是不停地运动的，且分子间存在间隙。

而不能只看表面将其错解为等于2升。

例2. 同学们写作业时，常用透明胶带把错处揭掉，在操作时往往把胶带用力抹一下使之与纸紧贴，才能很容易将错处的纸揭掉一层，为什么？ 错解：胶带把写字的纸与下层分开，所以要与纸紧贴。

答案：用力抹纸上的胶带，可以缩小胶带与纸面的分子间距离，从而达到引力起作用的范围，使写错字的纸在分子引力下被揭掉一层，所以用胶带改错时，用力抹一下胶带效果会更好。

分析：用力抹胶带的意图要明确，它可以缩小胶带与纸之间的距离，使分子间引力增大。

例3. 物体吸热，内能增加，温度一定升高。

对吗？为什么？ 错解：物体吸热，内能增加，温度升高。

答案：物体吸热，内能增加，但温度不一定升高。

分析：有些同学会想当然地认为温度也升高，这是因为晶体熔化时，液体沸腾时，都需吸热，但温度都没升高，由于物质状态的变化，使分子间相互作用情况发生了变化，分子势能增加，因此增加了物体的内能。

例4. 物体的内能增加（或减少），一定吸收（或放出）了热量吗？
错解：一定
答案：不一定
分析：因为改变物体内能的方式有两种——做功和热传递，它们在改变物体内能上是等效的，所以，物体内能的增加（或减少），可以通过做功方式改变，并非一定吸收（或放出）热量。

<），则下列说例5. 质量和初温都相等的铝块和铜块，吸收相同的热量互相接触（c c
铜铝
法正确的是（）
A. 热量从铝块传递到铜块
B. 热量从铜块传递到铝块
C. 铜块和铝块之间无热传递
D. 条件不足，无法判断。

错解：C
答案：B
<，所以分析：依据公式Q吸＝cm t∆得m、Q吸相同∆t与c成反比。

因为c c
铜铝
t t
>。

又因为铜、铝初温相同，铜的温度变化比铝的大，所以铜的末温高。

因此，∆∆
铜铝
它们接触后热量从铜块传递给铝块。

本题的关键是判定两个的末温情况，若抓不好这个突破点就极容易出错。

例6. 如图1（甲）将装有热奶的奶瓶放入室温的水中，容器中的水温约为20℃，热奶约为90℃，经过一段时间，再测量一个容器中的水的温度和奶瓶中热奶的温度，均为40℃，试在图1（乙）中坐标系中分别画出容器中水的温度和奶瓶中热奶的温度随时间变化的大致图象。

图1
错解：如图2甲。

图2
答案：如图2乙。

分析：本题易错点是水的温度的起点和牛奶的温度的起点确定容易搞错；其次，终温为40℃是两液体热传递的热平衡温度和时间。

例7. 如图3为研究物质比热容的实验装置，两个相同的烧杯中分别盛有质量相等、初温相同的水和煤油，用两个相同的“热得快”对其加热，实验时为比较水和煤油吸热本领的大小，我们可以加热相同的时间，观察___________的不同；也可以___________，在实验中“热得快”通电时间长短反映水和煤油___________的多少。

图3
错解：温度升高，热量相同，比热容。

答案：温度升高，控制升高的温度相同，吸收的热量。

分析：水和煤油的比热容不同，它们的比热容与质量、温度的变化量、吸收热量均有关，因此在比较它们吸热本领的大小时，有两种方法：一、控制加热时间相同，通过观察温度升高的多少来确定谁的吸热本领较大。

二、控制升高的温度相同，比较加热时间的长短来确定谁的吸热本领较大。

由于物质吸收的热量无法直接测量，所以实验中是通过相同的“热得快”加热时间来间接表示吸收的热量的。

学生容易在第二空上出错。

因此对比热容的物理意义理解不够灵活，不能双向理解。

例8. 如图4是一个同学用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两物质加热时，根据测量结果描绘的温度—时间图象，由图可知：甲物质的比热容_____________乙物质的比热容（填“＞”、“＝”或“＜”）其中___________物质是晶体。

图4
错解：＞，甲。

答案：＜，甲。

分析：本题用了晶体和非晶体的熔化图象考查，观察图象的能力和对比热容概念的理解，解答本题时应注意观察图象，进行比较时应在没有发生物态变化的区域进行。

如图，取甲、乙两种物质温度都升高相同的∆t ，发现：乙物质耗时长于甲物质，由于都用相同的酒精灯加热，由图象分析可知Q Q 吸乙吸甲>，由于m t ·∆相同，则乙物质的比热容大。

本题易错之处就是没有把握好关键应在没有发生物态变化的区域比较。

例9. 一台内燃机运动时各种能量损耗大致为，汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为____________。

错解：60% 答案：35%
分析：由题意分析：燃料完全燃烧放出的能量大致有四个去向：汽缸散热损失，废气带走能量，克服摩擦损耗及做有用功，所以有用功＝100%－25%－30%－10%＝35%。

要明确的一个概念，热机的效率指的是作有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的比例为35%。

易错之处是燃料完全燃烧放出能量的去处如何区分。

例10. 火力发电厂“吃”的是煤，“发”的是电，在整个发电过程中能量转化的情况如下，请你在横线上填入相应的能量形式：
_____________能锅炉−→−
−_____________能蒸气轮机−→−−−_____________能发电机
−→−−电能 错解：内，热，机械 答案：化学，内，机械
分析：煤燃烧，消耗了化学能，得到内能；高温高压蒸气带动蒸汽轮机，内能转化为机械能；蒸汽机带动发电机，机械能转化为电能。