1选择题
小明在实验室做"探究改变物体内能的方式"实验。他先用双手反复快速摩擦,感觉手掌发热;然后把装有少量水的试管固定好,用橡胶塞塞紧管口,用打气筒向试管内打气,当塞子被冲出时,管口出现白雾。下列说法正确的是( )
- A. 双手摩擦发热,是通过热传递的方式改变了手的内能
- B. 塞子被冲出时,管内水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能减小、温度降低,管口出现白雾
- C. 0 ℃的冰温度很低,所以它没有内能
- D. 热量总是从内能大的物体传向内能小的物体
答案:B
解析:A 项:双手摩擦时,克服摩擦力做功,机械能转化为内能,属于做功改变内能,不是热传递,故 A 错误。
B 项:塞子被冲出时,管内水蒸气膨胀对塞子做功,水蒸气自身内能减小、温度降低,水蒸气液化成小水滴,形成白雾,故 B 正确。
C 项:一切物体,不论温度高低,都具有内能。0 ℃的冰虽然温度低,但其内部分子仍在不停地做无规则运动,分子势能也不为零,因此它仍然具有内能,故 C 错误。
D 项:热传递的条件是存在温度差,热量总是从高温物体传向低温物体,而不是从内能大的物体传向内能小的物体(内能大小还与质量、状态有关),故 D 错误。
易错点:①误把摩擦生热归为热传递,摩擦生热是做功;②误以为低温物体没有内能;③把"热量从高温传向低温"错记为"从内能大传向内能小"。改变物体内能的方式有两种:做功和热传递,二者在改变内能上是等效的。
故选 B。
2选择题
小明在学习"内能"一节时,对生活中的热现象做了如下记录,其中说法正确的是( )
- A. 0 ℃的冰温度太低,分子停止运动,所以它没有内能
- B. 用热水袋暖手,是热水袋的内能转移到手上,属于热传递改变内能
- C. 反复弯折铁丝,弯折处会发热,这是通过热传递使铁丝内能增加的
- D. 物体的内能只与温度有关,温度相同的两杯水内能一定相等
答案:B
解析:逐项判断:
A 项:一切物体,不论温度高低,都具有内能。0 ℃的冰虽然温度低,但分子仍在不停地做无规则运动,分子势能也依然存在,因此它具有内能。A 错误。
B 项:热水袋的温度高于手的温度,热量从高温的热水袋传向低温的手,属于热传递改变内能。B 正确。
C 项:反复弯折铁丝,是通过做功(克服摩擦、使金属形变)的方式使铁丝内能增加、温度升高,属于做功而非热传递。C 错误。
D 项:内能是物体内部所有分子热运动动能与分子势能的总和,与温度、质量、状态、体积等都有关。温度相同的两杯水,若质量不同,内能也不同。D 错误。
易错点:一是误认为低温物体没有内能;二是把做功与热传递混为一谈(弯折、摩擦、压缩气体属做功,取暖、烧水属热传递)。
故选B。
3选择题
小明在课间用两只手反复快速摩擦铅笔杆,几秒后感觉笔杆变热了。关于这一现象,下列说法正确的是( )
- A. 笔杆温度升高,说明笔杆原来没有内能,摩擦后才产生了内能
- B. 反复摩擦笔杆是通过做功的方式改变笔杆的内能,笔杆内能增大
- C. 反复摩擦笔杆是通过热传递的方式改变笔杆的内能
- D. 笔杆变热是因为手上的热量传给了笔杆,与做功无关
答案:B
解析:一切物体在任何温度下都具有内能,笔杆原来就有内能,故 A 错误。用两只手反复摩擦笔杆,是克服摩擦做功,把机械能转化为内能,使笔杆内能增大、温度升高,这属于做功改变内能,而不是热传递,故 B 正确、C 错误。D 项把做功说成热传递,混淆了改变内能的两种方式,错误。易错点:误以为低温物体没有内能;分不清做功与热传递——本题中手与笔杆温度基本相同,且根本原因是摩擦做功。故选B。
4选择题
体育课后,小红把装满热水的热水袋抱在怀里取暖,一会儿就觉得暖和了。关于这一过程,下列说法正确的是( )
- A. 热量从温度较高的热水袋传向温度较低的身体,属于热传递,身体内能增大
- B. 热水袋的内能是通过做功的方式转移到身体上的
- C. 只有热水袋放出热量,身体的内能保持不变
- D. 温度降到与体温相同时,热水袋就没有内能了
答案:A
解析:热水袋温度高于人体温度,热量自发地从高温的热水袋传向低温的身体,使身体内能增大、温度升高,这属于热传递,故 A 正确。B 项把热传递误说成做功,错误。热传递过程中热水袋放出热量、内能减小,身体吸收热量、内能增大,故 C 错误。任何物体在任何温度下都具有内能,热水袋温度降到与体温相同后仍有内能,故 D 错误。易错点:误以为低温物体没有内能;把「取暖」一概当成做功。故选A。
5填空题
小明在学习《内能》一节时做了如下记录,请在横线上填入合适的内容。
(1)物体内部所有分子热运动的______与分子势能的总和,叫做物体的内能。一切物体,不论温度高低,______(选填“都有”或“都没有”)内能。
(2)冬天,小红把双手放在热水袋上取暖,双手变暖,这是通过______的方式改变了手的内能;反复弯折一段铁丝,弯折处会发热,这是通过______的方式改变了铁丝的内能。
(3)质量相同的水和食用油吸收相同的热量后,______的温度升高得更少,这是因为水的比热容较______。汽车发动机常用水作冷却剂,正是利用了水的这一特性。
答案:(1)动能;都有。
(2)热传递;做功。
(3)水;大。
解析:(1)内能是物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和;一切物体不论温度高低都具有内能,0℃的冰、温度更低的物体同样有内能。易错点:误以为温度低的物体没有内能。
(2)热水袋取暖时,热量由高温的热水袋传向低温的手,属于热传递;弯折铁丝时,人对铁丝做功,机械能转化为内能,属于做功。易错点:把“做功”与“热传递”混淆——判断关键是看是否有温度差引起的热量转移。
(3)由 Q=cmΔt 可知,质量相同、吸收热量相同时,比热容 c 越大,温度升高 Δt 越小,故水升温少、比热容大,常用作冷却剂。
6填空题
学校科技小组在"比较不同物质吸热能力"的实验中,用两个完全相同的电加热器,分别给质量均为 0.5 kg 的水和食用油加热。已知水的比热容 c水 = 4.2×10³ J/(kg·℃),食用油的比热容 c油 = 2.1×10³ J/(kg·℃)。
(1)实验中用两个完全相同的电加热器,目的是使水和食用油在相同时间内________相同;
(2)加热 4 min,水的温度升高了 10 ℃,则水吸收的热量 Q =________J;
(3)若食用油在相同时间内吸收的热量与水相同,则食用油升高的温度为________℃;
(4)学校食堂用热水给饭菜保温、汽车发动机用水作冷却剂,都是利用了水的________较大的性质;
(5)实验结束后,小明用手摸了一下电加热器的金属外壳,感到烫手,这是通过________的方式使手的内能增加的。
答案:(1)吸收的热量(或"吸热")
(2)Q = c水mΔt = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 0.5 kg × 10 ℃ = 2.1×10⁴ J
(3)Δt油 = Q ÷ (c油m) = 2.1×10⁴ J ÷ [2.1×10³ J/(kg·℃) × 0.5 kg] = 20 ℃
(4)比热容
(5)热传递
解析:(1)选用两个完全相同的电加热器,是为了在相同时间内放出相同的热量,从而保证水和食用油吸收的热量相同,这是控制变量法的应用。易错点:答成"加热时间相同",应强调"吸收的热量相同"。
(2)Q = c水mΔt = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 0.5 kg × 10 ℃ = 2.1×10⁴ J。易错点:质量单位必须用 kg,代入时漏乘 0.5;比热容单位 J/(kg·℃) 中的括号不能拆开。
(3)由 Q = cmΔt 变形得 Δt = Q ÷ (cm),Δt油 = 2.1×10⁴ J ÷ (2.1×10³ J/(kg·℃) × 0.5 kg) = 20 ℃。也可由 c水 Δt水 = c油 Δt油 直接得 Δt油 = (c水 ÷ c油) × Δt水 = 2 × 10 ℃ = 20 ℃。易错点:公式变形错误,写成 Δt = Q ÷ cm 时漏掉质量,或误认为升高的温度与比热容成正比(实际是成反比)。
(4)水的比热容较大,相同质量的水和其他物质相比,升高(或降低)相同的温度,水吸收(或放出)的热量更多,所以常用水作冷却剂或取暖介质。易错点:把"比热容大"错答成"密度大"或"热量大"。
(5)手摸烫手的金属外壳,热量从高温的加热器传向低温的手,是通过热传递的方式改变手的内能,而不是做功。易错点:把热传递与做功混淆,凡是因温度差引起的内能转移都属于热传递。
7解答题
学校科技小组在“比较不同物质吸热能力”的实验中,用两个完全相同的电加热器分别给质量均为 0.5 kg 的水和食用油加热,实验数据记录如下(水的比热容 c水=4.2×10³ J/(kg·℃)):
加热时间/min 0 2 4 6
-------------- -- -- -- --
水的温度/℃ 20 26 32 38
食用油的温度/℃ 20 32 44 56
请回答下列问题:
(1)实验中用两个完全相同的电加热器加热,其目的是什么?
(2)由表格数据可知,加热 4 min 时水吸收的热量是多少?
(3)若食用油在 4 min 内吸收的热量与水相同,求食用油的比热容。
(4)根据实验结果说明:为什么汽车发动机常用水作冷却剂?
答案:(1)使水和食用油在相同时间内吸收的热量相等(便于用加热时间反映吸热多少)。
(2)水升温 Δt水=32℃-20℃=12℃,
Q吸=c水mΔt水=4.2×10³ J/(kg·℃)×0.5 kg×12℃=2.52×10⁴ J。
(3)食用油升温 Δt油=44℃-20℃=24℃,
由 Q吸=c油mΔt油 得:
c油=Q吸/(mΔt油)=2.52×10⁴ J/(0.5 kg×24℃)=2.1×10³ J/(kg·℃)。
(4)水的比热容较大,在质量相同、升高温度相同时,水能吸收更多的热量(或吸收相同热量时水升温较少),冷却效果好,故常用水作冷却剂。
解析:(1)控制变量:用相同加热器保证相同时间内供给热量相同,从而比较吸热能力。易错点:答成“使温度相同”,与实验目的不符。
(2)读表时要取对应时刻的温度,Δt=32℃-20℃=12℃,代入 Q吸=cmΔt 计算,注意单位统一为 J。易错点:误取加热 4 min 内升高的温度为 44℃-32℃,或忘记质量单位 kg。
(3)两液体吸收热量相同是解题关键,由 Q吸=cmΔt 求 c油;也可由 c水mΔt水=c油mΔt油,因质量相同得 c油=c水Δt水/Δt油=4.2×10³×12/24=2.1×10³ J/(kg·℃)。易错点:把 Δt油 写成 44℃ 而不是 24℃。
(4)结论要落到“水的比热容大”这一物理本质,不要只写“水便宜、易得”等生活理由。
8解答题
学校科技小组在物理课上做"比较不同物质吸热能力"的实验:用两个相同的电加热器,分别给质量都是 0.5 kg 的水和食用油加热,每隔 1 min 记录一次温度。某次加热 4 min 后,水的温度从 20 ℃升高到 32 ℃,食用油的温度从 20 ℃升高到 44 ℃。已知水的比热容 c水 = 4.2×10³ J/(kg·℃),食用油的比热容约为 2.1×10³ J/(kg·℃)。
(1)求加热 4 min 过程中水吸收的热量 Q水;
(2)若食用油吸收的热量 Q油 = 2.52×10⁴ J,试通过计算说明:相同质量的水和食用油,升高相同温度时,哪种物质吸收的热量更多?
(3)结合计算结果,简要说明为什么实验室和汽车发动机常用水作冷却剂。
答案:(1)水吸收的热量:
Q水 = c水 m Δt水 = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 0.5 kg × (32 ℃ − 20 ℃)
= 4.2×10³ × 0.5 × 12 J = 2.52×10⁴ J。
(2)水升高 12 ℃吸收热量 2.52×10⁴ J;食用油升高 44 ℃ − 20 ℃ = 24 ℃,吸收热量 2.52×10⁴ J。
换算到升高相同温度(例如都升高 12 ℃):
Q油′ = c油 m Δt = 2.1×10³ J/(kg·℃) × 0.5 kg × 12 ℃ = 1.26×10⁴ J < 2.52×10⁴ J。
可见,相同质量的水和食用油升高相同温度时,水吸收的热量更多,即水的吸热能力更强(水的比热容大)。
(3)水的比热容较大,相同质量的水升高相同温度时吸收的热量更多,或者说吸收相同热量时水的温度升高得较少,因此常用水作冷却剂(如汽车发动机用水循环冷却、暖气片中用水作传热介质)。
解析:(1)直接应用吸热公式 Q = c m Δt,注意 Δt 是温度变化量 32 ℃ − 20 ℃ = 12 ℃,而不是末温 32 ℃;质量要用 kg,单位统一后代入即可。
(2)比较吸热能力时要"控制变量":质量相同、升高的温度相同,再比较吸收热量多少;也可以比较吸收相同热量时温度升高多少。常见错误是直接拿 4 min 内两次吸热作比较,忽略了两者升高的温度不同(水升高 12 ℃、油升高 24 ℃),从而得出"油吸热多"的错误结论。
(3)由 Q = c m Δt 可知,c 大的物质吸热能力强,所以水常作冷却剂。回答时要落到"水的比热容大"这一物理原因上,只写"水便宜、易得"不给分。