<h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>第十三章 内能</b></font></h3><div><font color="#ed2308"><b>重点：分子热运动</b></font></div><div><font color="#ed2308"><b>难点：</b></font></div><div><b style="color: rgb(237, 35, 8);">1）从宏观出发，通过能直接感知的现象，推测出无法感知的事实。 </b></div><div><b style="color: rgb(237, 35, 8);">2）用分子热运动观点解释有关现象。</b></div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>情景引入</b></font></h3><h3 style="text-align: center;">怒掷酒瓶振国威 香惊四座夺金奖</h3><div>1915年，巴拿马国际博览会上，中国馆正式开幕后，贫弱的中国政府送出的包装简陋茅台酒未能引起评委重视。我国代表急中生智，拿起一瓶茅台酒佯装失手，酒瓶嘭地破在地上，陶罐一破，顿时浓郁的酒香征服了评委，茅台酒获得金奖，从此享誉全球。</div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>知识点（一）</b></font></h3><h3>一、如果把分子设想成球形，它的直径大约只有百亿分之几米，人们通常用10^-10m为单位来量度。</h3><h3>1cm^3的空气中大约有2.7×10^19个分子，若计算机以每秒100亿次数数，需要80多年。</h3><div>二、固体分子间的距离很小，分子之间的作用力很大，所以固体很难被压缩和拉伸；</div><div>液体分子间的距离比气体的小，比固体的大，分子间作用力比固体的稍小，分子没有固定的位置，运动比较自由，具有流动性；</div><div>气体分子的间距很大，分子之间作用力极小，具有流动性，易被压缩。</div><div>三、分子力 ：又称分子间作用力、范得瓦耳斯力，是指分子间的相互作用。当二分子相距较远时，主要表现为吸引力；当二分子非常接近时，则排斥力成为主要。</div><div>实验表明，气体很容易被压缩，这些都说明分子和原子之间仍保留一定距离。相隔一定距离的固体和液体分子仍能聚集在一起不分散，是因为存在分子间作用力。分子间作用力由吸引力和排斥力组成。吸引力对抗拉伸，排斥力对抗压缩。</div><div>1.当r=ro(ro=10^-10米)时，分子间的引力和斥力相平衡，分子力为零，此位置叫做平衡位置；</div><div>2.当r<r0时，分子间斥力大于引力，分子力表现为斥力；</div><div>3.当r>ro时，分子间引力大于斥力，分子力表现为引力；</div><div>4.当r≥10ro时，分子间引力和斥力都十分微弱，分子力为零；</div><div>5.当r由ro→∞时，分子力（表现为引力）先增大后减小，直至为零。</div><div>四、扩散现象：不同的物质互相接触时彼此进入对方的现象。影响扩散快慢的主要因素温度；扩散现象表明，组成物质的分子是不停地做无规则运动的，分子间是有间隙的。</div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>知识点（二）</b></font></h3><h3>一、内能：组成物体的分子无规则热运动的动能和分子间相互作用势能的总和。单位：J。</h3><h3>物体的内能不包括这个物体整体运动时的动能和它在重力场中的势能。</h3><div>二、比热容：物质在温度升高吸收热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫这种物质的比热容。单位：J／（kg•°C）</div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>练习（一）</b></font></h3><h3 style="text-align: left;">1、（2013•济南）泉城四季，风景迥异．无论是一朵花、一个麦穗，还是一粒沙、一片雪花…世间万物皆由大量分子组成．下列现象能说明分子在永不停息运动的是（A）</h3><div>A．春：微风拂过，花香袭人 </div><div>B．夏：暖风阵阵，麦浪翻滚</div><div>C．秋：狂风乍起，黄沙漫天 </div><div>D．冬：寒风凛冽，漫天飞雪</div><div><br></div><div>2、小明爸爸说：“吸烟有害健康，我和妈妈都在被动吸烟。”这样说的科学依据是（B）</div><div>A.分子很小 B.分子在不断运动</div><div>C.分子之间有间隙 D.分子之间有作用力</div><div><br></div><div>3、一升水和一升酒精混合后搅拌，它们的体积小于两升，比较合理的是（B）</div><div>A.水和酒精发生了化学反应</div><div>B.分子之间存在间隙，一种分子渗入另一种分子中间 C.分子之间存在引力 D.扩散现象</div><div><br></div><div>4、弹簧测力计向上提一块玻璃，示数比无水时（变大），这说明分子之间存在（引力）。</div><div><br></div><div>5、刚装修完房屋，会闻到刺鼻气味，主要是材料中的甲醛，说明甲醛分子在做（无规则的）运动，这种运动会随温度的升高而（加剧）</div><div><br></div><div>6、铁棒很难被压缩，说明分子间存在（斥力）力。“破镜不能重圆”是因为破镜的接触分子间距离（太大），分子间作用力（十分微弱）。</div><div><br></div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>练习（二）</b></font></h3><h3>1.有关物质的比热容，下列说法中正确的是(D)</h3><div>A、比热容跟物体的质量有关，质量越大，比热容越小。</div><div>B、比热容跟物体的温度有关，温度越高，比热容越大。</div><div>C、比热容跟物体吸收或放出的热量有关。</div><div>D、比热容是物质本身的一种特性，与物体的温度、质量都无关。</div><div><br></div><div>2.在下列几种情况中，比热容发生变化的是(C)</div><div>A、20℃的水变成4℃的水 B、一块钢板压制成钢锅 C、水结成冰 D、 把开水倒入冷水中</div><div><br></div><div>3. 2008年6月5日19时30分，中央气象台发布了西安和香港两城市在未来24小时内的天气预报：西安，晴，气温21℃～34℃；香港，晴，气温24℃～28℃。造成两地在同一天内气温变化差别较大的原因之一是(B)</div><div>A．水的内能比泥土、砂石的内能大 </div><div>B．水的比热容比泥土、砂石的比热容大</div><div>C．水的内能比泥土、砂石的内能小 </div><div>D．水的比热容比泥土、砂石的比热容小</div><div><br></div><div>4. 已知铜的比热容小于铝的比热容，如果两者的质量和初温均相同，它们从外界吸收相同的热量后，两者的末温度(C)</div><div>A．相同 B．t铝＞t铜 </div><div>C．t铝＜t铜 D．无法确定</div><div><br></div><div>5.水的比热是4.2×10^3焦/(千克•℃)，它的意思是指质量1千克的水，温度（每升高1°C）时，（需要吸收的热量是 4.2×10^3焦耳）。</div><div><br></div><div>6.在受太阳照射条件相同时，沿海地区比内陆地区温度变化小，这是因为水与干沙土相比（水）的（比热容）较大。</div><div><br></div><div>7.现有质量和初温都相等的铝块、铁块和铜块，其比热C铝>C铁>C铜，它们吸收相等的热量后，末温最高是（铜）块，末温最低的是（铝）块。</div><div><br></div><div>8．夏天到了，许多人购置了水垫和水枕来防暑降温。水垫和水枕用水作致冷剂效果较好，是因为水的（比热容）较大，在使用过程中通过（水吸热的）方式改变了人体的内能。</div><div><br></div><div>9．小明和小华同学探究沙子与水吸热升温快慢，设计实验方案时，他们确定以下需控制的变量，其中多余的是（D）。</div><div>A．取相同质量的沙子和水 </div><div>B．盛放沙子和水的容器相同</div><div>C．采用完全相同的加热方式 </div><div>D．酒精灯里所加的酒精量相同</div><div><br></div><div>10．为了比较水和煤油的吸热能力，小明设计了如下实验步骤：</div><div>A．在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的水和煤油；</div><div>B．用两支温度计分别测出水和煤油的初温；</div><div>C．在烧杯中，分别放入完全相同的电热器，加热时间相同； </div><div>D.用温度计分别测出水和煤油的末温。</div><div>小聪认为：</div><div>（1）步骤A存在的错误是：（体积相同） ，应改为 （质量相同）。</div><div>（2）步骤C，加热时间相同是为了使水和煤油 （吸收等量的热量）。</div><div>（3）步骤B和D是为了得出水和煤油的（温度升高了多少） 。</div><div><br></div><div>11．小明在两个易拉罐中分别装入等质量的沙子和水，用相同的酒精灯对其加热，以便探究沙子和水吸热升温快慢的程度。</div><div>（1）比较沙子和水吸热升温快慢的方法有二种：①加热相同时间比较上升的温度；②上升相同温度比较加热时间 。</div><div>（2）分析实验数据可知；质量相同的水和沙子，升高相同的温度时，水吸收的热量（大于）沙子吸收的热量；</div><div>（3）根据上面的结论分析，在新建的城市里，常规划建造人工湖，这种做法有什么好（降低温差）？</div><div><br></div><div>12．探究实验“比较不同物质的吸热能力”的实验装置。左右两图中，除杯内分别装的是质量相等的食用油和水外，其余都相同．完成该实验还需要 ，在相同的加热时间内，食用油和水吸热的热量是 (相同的)。</div><div><br></div><div>13.在烈日炎炎的夏天，如果你赤脚走在沙滩上，会觉得砂子烫脚；再从沙滩走入河水中，则感到凉快舒服，这是为什么？</div><div>（答：水的比热容比沙子大）</div><div><br></div><div>14．经测试，一只装水2kg的家用保温瓶，经过24h，瓶内的水温从95℃降低到65℃。问</div><div>这段时间内，瓶内水的内能减少了多少?[水的比热容4.2×10^3J/（kg·℃）]</div><div>［解］根据公式 Q放＝Cm（t0—t）</div><div>水的内能减少了：Q放＝4.2×10^3×2×（95-65）＝2.52×10^5（J）</div><div>答：————</div><div><br></div><div>15．在质量为0.5kg的铁锅中放入3kg水，把这锅水从20℃加热到90℃。求：（1）水吸收的</div><div>热量；（2）铁锅和水总共吸收的热量。[铁的比热容0.46×10^3J/（kg·℃）]</div><div>［解］</div><div>Q水吸＝4.2×10^3×3×（90—20）</div><div>＝8.82×10^5（J）</div><div>Q锅吸＝0.46×10^3×0.5×（90—20）</div><div>＝1.61×10^4（J）</div><div>Q总＝Q水吸+Q锅吸</div><div>＝8.981×10^5（J）</div><div>答：————</div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>练习（三）</b></font></h3><h3 style="text-align: left;">1、森林是一巨大的天然“氧吧”，因为绿色植物在光合作用下可以放出大量的氧气。小明同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装6kg的水，水面的表面积为0.1m2，经太阳垂直照射15min，温度升高了5℃，请计算：</h3><div>（1）实验时6kg的水吸收了多少热量？</div><div>（2）若地表植物接收太阳能的能力与水相等，每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？</div><div>（3）100 m2绿地每秒可以放出多少升的氧气？（若绿色植物在光合作用下每吸收10^3J的太阳能可以放出0.05L的氧气）</div><div>［解］</div><div>（1）6kg水经15min照射吸收的热量：</div><div>Q吸=cm（t-t0）=4.2×10^3 J/(kg·℃)×6kg×5℃=1.26×10^5J </div><div>（2）每秒钟获得的能量为:1.26×10^5J / (15×60) =1.4×10^2J </div><div>每平方米绿色植物每秒钟接收的太阳能为：1.4×102J / 0.1=1.4×103J </div><div>（3）100 m2绿色植物每秒钟接收的太阳能可以放出的氧气为：</div><div>(1.4×10^3 J / 10^3 J)×0.05 L×100 =7L </div><div>答：———— </div><div><br></div><div>2、太阳能热水器（如图14）具有安全、节能、经济和环保等优点。请问：（1）太阳能热水器在工作时其能量如何转化？（2）若该热水器的水箱内装有160kg水，经阳光照射后，水温由20℃升高到70℃，水吸收的热量是多少焦？[水的比热容是4.2×10^3J/（kg•℃）］</div><div>［解］（1）太阳能（或光能）转化为内能。</div><div>（2）水吸收的热量Q吸＝cm△t＝4.2×10^3 ×160×（70℃－20℃）＝3.36×10^7 （J）</div><div>答：————</div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>练习（四）</b></font></h3><div>1、热水瓶内有1.5千克水，如果它的温度从100°C下降到30°C，可放出多少热量？若这些热量全部用来做功，可以做多少功？</div><div>［解］</div><div>Q放=cm（t0-t）</div><div>=4.2×10^3×1.5×（100℃-30℃）</div><div>=4.41×10^5（J）</div><div>若这些热量全部用来做功，则W=Q放=4.41×10^5J</div><div>答：热水瓶中的水放出的热量4.41×10^5J，这些热量全部用来做功，可以做4.41×10^5J的功。</div><div><br></div><div>2、洗浴用的电热水器的电功率是1.2 kW，热水器内筒的直径是30cm，高是50cm。如果加热过程中的热量散失率为10％， 则把水从20 ℃加热到70 ℃需要多长时间？</div><div>［解］水的质量：m=Vρ=πr^2hρ=π（ D／2 ）^2hρ，</div><div>水升温吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=cπ（ D ／2 ）2hρ（t-t0），</div><div>电热器放出的热量：Q放=Pt，</div><div>Q吸=Q放η，</div><div>∴cπ（ D／2 ）^2hρ（t-t0）=Ptη，</div><div>∴4.2×10^3 J/（kg•℃）×3.14×（ 0.3m／2 ）^2×0.5m×1.0×10^3kg/m3×（70℃-20℃）=1200W×t×（1-10%），</div><div>∴t=6868.75s=1.9h．</div><div>答：加热的时间是1.9h．</div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>练习（五）</b></font></h3><div>1、有一堆从河中捞出的温砂子，测得其比热容为1.2×10^3焦/（千克．℃）。已知干砂子的比热容为0.9×10^3焦/（千克．℃），则按质量说，这堆砂子含水的百分比是多少？</div><div>［解］</div><div>设m1为干砂子的质量，m2为水的质量，m为砂子和水的混合物的质量；</div><div>c1为干砂子的比热容，c2为水的比热容，c为砂子和水的混合物的比热容；</div><div>Q1为干砂子吸收的热量，Q2为水吸收的热量，Q为砂子和水的混合物吸收的热量；</div><div>△t为温度差．</div><div>砂子和水的混合物、砂子、水各自吸收的热量可以表示为：</div><div>Q=c（m1+m2）△t （1）</div><div>Q1=c1m1△t （2）</div><div>Q2=c2m2△t （3）</div><div>由这三个式子可以解出</div><div>m2／（m1+m2）=（c−c1）／（c2−c1）</div><div>代入数值可得：</div><div>m2／（m1+m2）=</div><div>1.2×103J/(kg•℃)−0.9×103J/(kg•℃)</div><div>4.2×103J/(kg•℃)−0.9×103J(kg•℃)</div><div>=9.1%．</div><div>故答案为：9.1%</div><div>答：————</div><div><br></div><div>2、完全燃烧2.1Kg酒精（热值q=3×10^7J/Kg）放出多少热量？若这些热量有50%被500Kg的水吸收，可使水的温度上升多少？（水的比热容为4.2×10^3J/（Kg•℃））</div><div>［解］（1）完全燃烧酒精放出的热量：</div><div>Q放=m酒q=2.1kg×3×107J/kg=6.3×107J；</div><div>（2）由题知，水吸收的热量：</div><div>Q吸=Q放×50%</div><div>=6.3×10^7J×50%</div><div>=3.15×10^7J；</div><div>∵Q吸=c水m水△t</div><div>∴△t=Q吸／（c水•m水）</div><div>=3.15×10^7J／4.2×10^3J/(kg•℃)×500kg</div><div>=15℃．<br></div><div>答：完全燃烧2.1kg酒精放出的热量为6.3×107J；其中50%被水吸收，可使500kg水温度上升15℃。</div> <h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308"><b>练习（六）</b></font></h3><div>13、一支水银温度计中装有2g水银，水银吸收5.6 J热量后，温度计的读数由25℃上升到多少摄氏度？[已知水银的比热容是140J/（kg・℃）]<br></div><div>［解］已知水银的比热容是140J/（kg・℃）]</div><div>由热量计算公式Q=cmΔt 知：</div><div>Δt=Q/cm</div><div>=5.6J/[140J/（kg・℃）×0.002kg=20℃</div><div>即温度计读数升高到25℃+20℃=45℃</div><div>答：————</div>