分子熱運動·內能·比熱容

模塊一

分子熱運動

【一、知識點】

1．物質由分子構成物質分固態、液態和氣態，皆由分子構成。固體物質分子排列緊湊，相互作用力較大；液體物質分子之間間隔較大，相互作用力較小；而氣體物質分子的間隔很大，相互作用力也很小。

2．分子熱運動

(1)現象解釋

分子在物質中并不是一動不動的，它們時時刻刻在發生著擴散。例如：

二氧化氮與空氣混合三分鐘后，二氧化氮顏色變淡，同時在上邊裝有空氣的瓶中出現淡棕色，說明兩種氣體發生了混合，即分子在不斷運動。

調好的雞尾酒在放置一段時間后，上下兩種不同密度的液體發生混合，即液體分子也在不斷運動。

鉛塊與金塊五年后發生混合，說明兩種分子在這幾年之間相互滲透，在分界處以無明顯界限，出現了“你中有我，我中有你”的效果，說明固體分子也在不停地運動，只是運動的速度很慢很慢。

(2)分子熱運動定義

以上現象表明：一切物質的分子都在不停地做無規則的運動，即擴散現象。且擴散現象不局限于處在同一狀態的不同物質之間，固液、氣液、氣固之間同樣能發生擴散現象。

影響擴散現象的主要因素是溫度，溫度越高，擴散越快。由于分子的運動與溫度有關，所以這種無規則的運動叫做分子的熱運動，溫度越高，熱運動越劇烈。

(3)分子間存在引力與斥力

由于引力的存在，使得固體和液體能保持一定的體積，使分子不至散開；由于斥力的存在，使得分子間距很小的固體和液體很難進一步被壓縮。

注：當分子間距過小時，作用力主要表現為斥力；當分子間距過大時，作用力主要表現為引力。

【二、例題精講】

【例1】★★

用分子運動論對下列現象解釋錯誤的是()

A．

花香四溢﹣﹣分子不停地運動

B．

破鏡不能重圓﹣﹣分子間存在斥力

C．

氧氣被壓入鋼瓶中﹣﹣分子間有間隙

D．

鐵絲很難被拉斷﹣﹣分子間存在引力

考點：

分子動理論的基本觀點．

解析：

A、花的芳香類物質分子不停的做無規則的運動，通過擴散充滿空間，所以花香四溢，解釋正確，不符合題意；

B、破鏡之所以不能重圓，是因為破碎的鏡片間的距離較大，大于分子力的作用距離，并不是由分子間的斥力造成的，B解釋正確，符合題意；

C、由于分子間存在間隙，氧氣分子在壓力作用下，分子間距變小，被壓入鋼瓶，解釋正確，不符合題意；

D、由于鋼絲分子間存在引力，所以鋼絲很難被拉斷，解釋正確，不符合題意．

答案：

B

【測試題】

對下列常見現象的解釋，正確的是()

A．

物體熱脹冷縮，是因為分子的大小隨溫度的變化而改變

B．

破鏡難圓，是因為分子間有排斥力

C．

桂花飄香，是因為分子在不停地運動

D．

水往低處流，是因為分子之間有引力

考點：

分子動理論的基本觀點．

解析：

A．物體熱脹冷縮，是因為物體的分子間的距離隨溫度的變化而變化，故A不正確；

B．破鏡不能重圓，是因為玻璃分子間的距離大于分子直徑的10倍以上，超出了分子力的作用范圍，分子間的作用力就十分微弱，分子間幾乎沒有作用力，故B不正確；

C．花香四溢，是因為氣體分子在不停地運動的結果，故C正確；

D．水往低處流，是因為受到豎直向下的重力的作用，故D不正確．

答案：

C

【例2】★

如圖，將兩個鉛柱的底面削平、削干凈，然后緊緊地壓在一起，兩鉛塊就會結合起來，甚至下面吊一重物，都不能把它們拉開，這說明()

A．

兩鉛塊被壓得太緊

B．

下面所吊的重物還不夠重

C．

兩鉛塊分子之間有引力

D．

大氣壓作用使它們不能分開

考點：

分子間的作用力．

解析：

兩塊表面平整的鉛放在一起，經過一段時間下面能吊起重物，說明分子間存在引力．

答案：

C

【測試題】

用細線把很干凈的玻璃板吊在彈簧測力計的下面，記住測力計的讀數．使玻璃板水平接觸水面，然后稍稍用力向上拉玻璃板，如圖所示．則彈簧測力計的讀數()

A．

不變，因為玻璃板重力不變

B．

變大，因為玻璃板沾水變重了

C．

變小，因為玻璃板受到了浮力作用

D．

變大，因為玻璃板與水的接觸面之間存在分子引力

考點：

分子間的作用力．

解析：

因為玻璃和水接觸在一起，并且玻璃分子和水分子間的距離在引力作用的范圍內，故水分子和玻璃分子之間存在相互作用的引力，故向上拉玻璃板時，彈簧測力計的讀數將變大，不是因為沾水，故ABC錯、D正確．

答案：

D

【拓展題】

將兩個鉛柱的底面削平、削干凈，然后緊緊地壓在一起，兩個鉛拄就會結合起來，甚至下面吊一個重物都不能把它們拉開．這個現象說明()

A．

分子之間存在引力

B．

分子之間只有引力，沒有斥力

C．

分子之間存在斥力

D．

分子之間只有斥力，沒有引力

考點：

分子間的作用力．

解析：

將兩個鉛柱的底面削平、削干凈，然后緊緊地壓在一起，經過一段時間，兩個鉛柱的分子間的距離很近，分子間的引力使它們緊緊結合在一起．

物質的分子間既有引力又有斥力，但是緊密結合在一起的兩個鉛柱下面能吊起重物，只能說明分子間存在引力，不能說明分子間存在斥力．

答案：

A

【拓展題】

兩滴水銀接近時能自動結合為一滴較大的水銀滴，這一現象說明()

A．

分子間存在引力

B．

分子間存在斥力

C．

分子間有間隙

D．

物質間有擴散現象

考點：

分子間的作用力．

解析：

兩滴水銀之所以會合成一滴是因為當分子相互靠近時分子間存在著相互的吸力，將兩滴水銀合成了一滴．

答案：

A

模塊二

內能

【一、知識點】

1．分子動能

如同運動著的物體具有動能一樣，做熱運動的分子也具有動能，我們稱之為分子動能。分子動能的大小與溫度有關，溫度越高(低)，分子運動越快(慢)，動能就越大(小)。

2．分子勢能

如同發生形變的彈簧具有彈性勢能一樣，分子間存在引力和斥力，因此也具有勢能，我們稱之為分子勢能。

3．內能

物體內部的所有分子動能和分子勢能的總和叫做物體的內能。因為分子的運動永不停息，分子動能永遠存在；分子之間的作用力不會消失，分子勢能永遠存在。因此物體任何時候都具有內能。

4．物體的內能跟溫度有關

同一個物體，溫度越高，內能就越大；溫度越低，內能越小。因為同一個物體，溫度越高，分子運動越劇烈，所以內能越大。例如：相同質量的水，溫度高的水比溫度低的水內能大。

5．改變物體內能的方式：做功和熱傳遞

對物體做功，物體內能會增加；物體對外做功，內能會減少。

在熱傳遞過程中，傳遞的條件是存在溫度差，熱量從高溫物體傳向低溫物體。

注：

(1)做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的。

(2)物體的內能還和物體狀態有關，如水結冰后內能減小。

(3)做功改變物體內能的實質是能量的轉化；熱傳遞改變物體內能的實質是能量的轉移。

二、例題精講

【例3】★

(2014?常熟市模擬)關于物體的內能，下列說法正確的是()

A．

物體內能增加，一定要從外界吸收熱量

B．

物體溫度升高，它的內能一定會增加

C．

溫度為0℃的物體沒有內能

D．

溫度相等的1kg水和100g水內能相同

考點：

內能的概念．

解析：

解：A、物體的內能增加，可能是由于外界對其做了功，該選項說法不正確；

B、同一物體溫度升高，它的內能一定增加，該選項說法正確；

C、任何溫度的物體都具有內能，溫度為0℃的物體也有內能，該選項說法不正確；

D、1kg水和100g水的溫度相等，但分子的多少不等，所以內能不相同，故該選項說法不正確．

答案：

B．

【測試題】

(2014?山西模擬)關于水的內能下列認識正確的是()

A．

0℃的水內能為零

B．

一杯水溫度降低時，內能減小

C．

水的內能增大，一定是吸收了熱量

D．

水在凝固過程中溫度不變，內能不變

考點：

內能的概念．

解析：

解：A、一切物體都具有內能，0℃的水同樣具有內能，故A錯誤；

B、物體溫度降低，內能會減小，故B正確；

C、水的內能增大可能是吸收了熱量，也可能是其他物體對它做了功，故C錯誤；

D、水在凝固過程中放熱，所以內能會減小，故D錯誤．

答案：

B．

【例4】

(2007?常州)四只相同規格的燒杯中裝有水，水量及其溫度如圖所示．關于四只燒杯中水的內能的大小，下列判斷正確的是()

A．

a燒杯中水的內能大于b燒杯中水的內能

B．

c燒杯中水的內能大于d燒杯中水的內能

C．

a燒杯中水的內能大于c燒杯中水的內能

D．

d燒杯中水的內能大于c燒杯中水的內能

考點：

內能的概念．

解析：

解：從圖中知，a與b、c與d的質量相同，a與c、b與d的溫度相同，所以d的內能比c多，d的內能比b多，c的內能比a多，b的內能比a多．

答案：

D．

【測試題】

(2004??？?仔細觀察圖中甲、乙、丙三杯水，判斷下列說法中正確的是()

A．

甲杯中水的內能最大

B．

乙杯中水的內能最大

C．

丙杯中水的內能最大

D．

乙、丙杯中水的內能一樣大

考點：

內能的概念．

解析：

解：由圖可知，甲和丙杯中水的溫度高于乙杯，但丙杯中水的質量大于甲杯，因為物體的質量和溫度越大，物體的內能越大，所以丙杯中水的內能最大；

答案：

C．

【例5】

(2014?鄂州)下列現象中，不是通過做功改變內能的是()

A．

兩手相互搓搓，手感到熱

B．

用打氣筒打氣時筒壁發熱

C．

用熱水袋暖手，手感到熱

D．

用砂輪磨刀，刀的溫度升高

考點：

做功改變物體內能．

解析：

解：A、兩手相互摩擦，克服摩擦做功，機械能轉化為內能，內能增加，手感到熱．不符合題意．

B、用打氣筒打氣時筒壁發熱，是壓縮空氣做功，使物體的內能增加，溫度升高．不符合題意．

C、用熱水袋暖手，手感到熱，是通過熱傳遞使物體的內能增加，溫度升高．符合題意．

D、用砂輪磨刀，克服摩擦做功，機械能轉化為內能，內能增加，刀的溫度升高．不符合題意．

答案：

C．

【測試題】

(2014?日照)下列現象中，通過做功改變物體內能的是()

A．

將燒紅的鐵塊投放到冷水中，水溫升高

B．

古人鉆木取火過程中，木頭的溫度升高

C．

夏天，柏油路被陽光曬熱

D．

用電熱壺燒水，水溫升高

考點：

做功改變物體內能．

解析：

解：

A、將燒紅的鐵塊投放到冷水中，水溫升高，水從鐵塊吸收熱量，內能增加、溫度升高，是利用熱傳遞改變物體的內能

不符合題意；

B、鉆木取火因摩擦而發熱，木頭內能增加、溫度升高，是利用做功改變物體的內能，符合題意；

C、路面從太陽吸收熱量、內能增加、溫度升高，是利用熱傳遞改變物體的內能，不符合題意；

D、用電熱壺燒水，水溫升高，水從電熱絲吸收熱量，內能增加、溫度升高，是利用熱傳遞改變物體的內能，不符合題意．

答案：

B．

【拓展題】

(2014?泉州)下列生活情景中，屬于通過熱傳遞途徑改變物體內能的是()

A．

鋸木頭時鋸條會變熱

B．

冬天，人們常常搓手使手變暖

C．

冬天，人們常用熱水袋取暖

D．

鐵絲被反復彎折，彎折處會變熱

考點：

熱傳遞改變物體內能．

解析：

解：A、用鋸條鋸木頭，克服摩擦做功，使鋸條和木頭的內能增加、溫度升高而變熱，是通過做功的方式增加了物體的內能．不符合題意；

B、搓手取暖是通過做功的方法把機械能轉化為手的內能，手的內能增加，溫度升高．不符合題意；

C、冬天用熱水袋取暖，是人從熱水吸收熱量，使人的內能增加、溫度升高，是通過熱傳遞改變了物體的內能；符合題意；

D、彎折鐵絲時，機械能轉化為鐵絲的內能，內能增大溫度升高，是通過做功改變了物體的內能，不符合題意；

答案：

C．

【測試題】

(2014?南關區二模)如圖所示是家里常用的電熱水壺，下列有關它的描述正確的是()

A．

壺蓋被水蒸氣頂起時機械能轉化為內能

B．

水沸騰時，繼續通電，水的溫度會升高

C．

壺蓋和壺口上方的“白氣”是由水蒸氣汽化形成的D．

燒水過程中，通過熱傳遞改變水的內能

考點：

做功改變物體內能；沸騰及沸騰條件；液化及液化現象；熱傳遞改變物體內能．

解析：

解：

A、燒開水時，壺蓋被水蒸氣頂起，是水蒸氣對壺蓋做功的結果，因此這時水蒸氣的內能轉化為壺蓋的機械能；壓縮沖程活塞向上運動，壓縮燃料混合物對其做功，使氣缸內的氣體的內能增加，溫度升高，因此是將機械能轉化為內能，所以A說法錯誤；

B、水沸騰時，需要繼續吸收熱量，但溫度保持不變，所以B說法錯誤；

C、水沸騰時看到壺蓋與壺口上方的“白氣”，這是水沸騰產生大量的水蒸氣，水蒸氣上升遇冷液化形成的，所以C說法錯誤；

D、電熱水壺燒水時消耗了電能，從而使電熱絲的溫度升高，電熱絲把熱量傳遞給水，使水的內能增加，所以D說法正確．

答案：

D．

模塊三

比熱容

一、知識點

1．熱量

(1)在熱傳遞過程中，物體內能改變的多少叫做熱量。

(2)熱量的符號用Q表示，單位是焦耳，符號是J。

(3)熱量是一個過程量，不能說“某個物體具有多少熱量”，更不能比較兩個物體熱量的大小。只有發生了熱傳遞過程，有了內能的轉移，物體在熱傳遞過程中內能改變了多少，我們就說傳遞了多少熱量。熱量的大小與物體內能的多少、物體溫度的高低沒有關系。

2．比熱容

在學習比熱容之前，讓我們來思考一個生活中的問題：我國東部沿海地區的晝夜溫差較小，而地處內陸的新疆，晝夜溫差則很大，常有“晚穿棉襖午穿紗”的現象。想想這是為什么？

直白地說，是因為水的吸熱能力比沙子強。在同樣的日光照射下，水與沙子吸收相同的熱量，水溫上升得很少，而沙子溫度升高得很多；到了晚上，水溫比沙子的溫度下降得少。這就形成了沿海地區晝夜溫差小于內陸溫差的現象。

那么描述物質吸熱能力大小的物理量，就叫比熱容。

(1)比熱容

①定義：單位質量的某種物質，溫度升高(或降低)(K)所吸收(或放出)的熱量，稱為該物質的比熱容。

②比熱容的物理符號：c．

③單位：在國際單位制中，比熱容的單位是，讀作“焦每千克開”，比熱容的單位也常寫作，讀作“焦耳每千克攝氏度”。

比熱容的單位是由熱量、質量、溫度的單位組合而成的復合單位，也是初中學習過程中復雜的單位之一。

④物理意義：水的比熱容是的含義是“1kg的水溫度升高(或降低)所吸收(或放出)的熱量為”。

注：比熱容是物質本身的一種屬性，反映了物質的吸熱與放熱本領的大小。比熱容的大小只取決于物質種類，與物質的質量大小、吸收或者放出熱量的多少及溫度高低、變化情況均沒有任何關系。

(2)從常見物質的比熱容表中總結出的規律【單位：】

水

鋁

酒精

干泥土

煤油

鐵、鋼

冰

銅

蓖麻油

水銀

砂石

鉛

①通常情況下，液體的比熱容較大（液態汞除外），其中水的比熱容最大，為。

②金屬的比熱容一般比非金屬固體的比熱容小。

③同種物質在不同狀體下，比熱容數值一般不同。例如：水和冰是同種物質，但它們的比熱容不相同。

④密度大的物質比熱容不一定大。

(3)水的比熱容較大的應用

①由于水的比熱容較大，那么一定質量的水升高（或降低）一定的溫度時，吸收（或放出）的熱量較多，常常被用作“冷卻劑”或“散熱劑”。

②由于水的比熱容較大，盡管一定質量的水升高（或降低）一定的溫度，吸收（或放出）的熱量較大，但自身溫度變化不大。這一點有利于調節氣候。

(4)熱量及其計算：

①吸熱公式：，其中分別表示物質的比熱容、物質的質量、吸收熱量后的末態溫度、吸收熱量前的初態溫度。

②放熱公式：，其中分別表示物質的比熱容、物質的質量、放出熱量后的末態溫度、放出熱量前的初態溫度。

③熱平衡公式：

兩個不同的物體放在一起時，高溫物體放出熱量，溫度降低；而低溫物體吸收熱量，溫度升高；若此過程中沒有熱量的損失，則高溫物體放出的熱量全部被低溫物體吸收，最終達到的狀態是“高溫物體與低溫物體的溫度相同”，我們稱之為達到了“熱平衡”。則把稱為熱平衡方程。

二、例題精講

【例6】

(2014?上海)關于比熱容，下列說法中錯誤的是()

A．

比熱容可用來鑒別物質

B．

水的比熱容較大，可用作汽車發動機的冷卻劑

C．

沙的比熱容較小，所以沙漠地區晝夜溫差較大

D．

一桶水的比熱容比一杯水的比熱容大

考點：

比熱容的概念．

解析：

解：A、比熱容是物質的一種特性，不同物質比熱容一般不同，比熱容可用來鑒別物質．選項正確．

B、水的比熱容較大，降溫時放出的熱量比較多，可用作汽車發動機的冷卻劑．選項正確．

C、沙的比熱容較小，吸收或放出相同的熱量，溫度變化大，所以沙漠地區晝夜溫差較大．選項正確

D、比熱容是物質的一種特性，與質量沒有關系，一桶水的比熱容和一杯水的比熱容相同．選項錯誤．

答案：

D．

【測試題】

(2014?益陽)關于比熱容．下列說法正確的是()

A．

500mL水比200mL水的比熱容大

B．

相同質量的酒精與汽油完全燃燒放出的熱量不同．是因為它們的比熱容不同

C．

質量相同的鐵和鋁，吸收相同的熱量后，鋁的溫度升高較少．說明鋁的比熱容比鐵大

D．

熱水變涼后其比熱容變小

考點：

比熱容的概念．

解析：

解：

A、500mL水和200mL水狀態相同，物質種類相同，所以比熱容相同．此選項錯誤；

B、相同質量的酒精與汽油完全燃燒放出的熱量不同．是因為它們的熱值不同，與比熱容沒有關系．此選項錯誤；

C、質量相同的鐵和鋁，吸收相同的熱量后，鋁的溫度升高較少，由公式c=

知，鋁的比熱容比鐵大．此選項正確；

D、水變涼后溫度變化，狀態不變，所以比熱容不變．此選項錯誤．

答案：

C．

【例7】

(2009?宣武區一模)（多選）小麗根據下表所提供的幾種物質的比熱容，得出以下四個結論，其中正確的是()

幾種常見物質的比熱容

物質

比熱容c/[J?(kg?℃)﹣1]

物質

比熱容c/[J?(kg?℃)﹣1]

水

4.2×103

冰

2.1×103

酒精

2.4×103

鋁

0.88×103

水銀

0.14×103

銅

0.39×103

A．

質量相等的鋁塊和銅塊降低相同的溫度，鋁塊放出的熱量多

B．

水和酒精吸收相等的熱量后，溫度變化相同，則酒精比水質量多

C．

質量相等酒精和鋁塊吸收相同的熱量后末溫相同，則酒精初溫較高

D．

冰塊和銅塊放出相同的熱量后，銅塊末溫較高，則銅塊的初溫較高

考點：

比熱容的概念．

解析：

解：A、已知鋁的比熱容大于銅的比熱容，且其質量相等，降低的溫度△t相同，故據公式Q=cm△t可知，鋁塊發出的熱量多，故該選項正確；

B、已知水的比熱容大于酒精的比熱容，且其吸收的熱量相同，升高的溫度△t相同，故據公式Q=cm△t可知，m=可知，酒精的質量應該比水的質量大，故該選項正確；

C、已知酒精的比熱容大于鋁的比熱容，且其質量相同，吸收的熱量相同，故據公式Q=cm△t可知，△t=，故鋁塊溫度升高大；且由于此時酒精和鋁塊的末溫相同，故說明原來酒精的初溫高，故該選項正確；

D、雖然冰的比熱容大于銅的比熱容，它們的質量沒有確定，故無法比較兩種物質的初溫，故該選項不符合題意；

答案：

ABC．

【測試題】

(2008?呼和浩特)(多選)根據表一和表二的資料判斷，下列說法中正確的是()

表一：幾種晶體的熔點

晶體

熔點(℃)

固態酒精

﹣117

固態水銀

﹣39

冰

0

表二：幾種物質的比熱容

物質

比熱容[J/(kg?℃)]

水

4.2×103

冰

2.1×103

干泥土

0.84×103

A．

因為我市地處內陸，所以晝夜氣溫變化大

B．

南極的最低氣溫達﹣89.2℃，要測量南極氣溫應選擇水銀溫度計

C．

質量相等的泥土和水升高相同的溫度，干泥土吸收的熱量是水的5倍

D．

0℃時可能有冰、水同時存在考點：

熔點和凝固點；比熱容的概念．

解析：

解：A、內陸地區水少、砂石多，因為砂石的比熱容較小，白天吸收熱量，砂石的溫度升高的快；夜晚放出熱量，砂石的溫度降低的快，所以內陸地區一天內氣溫變化要大，該選項說法正確．

B、南極的最低氣溫達﹣89.2℃，水銀的凝固點是﹣39℃，酒精的凝固點是﹣117℃，因此選擇酒精溫度計比較合適，該選項說法不正確．

C、由表二可見，水的比熱容是干泥土的5倍，如果質量相等的泥土和水升高相同的溫度，根據Q=cm△t，水吸收的熱量是干泥土的5倍，該選項說法不正確．

D、0℃是冰的熔點，也是水的凝固點，如果剛開始熔化，以冰的形式存在，如果是熔化過程，則以冰水混合物的形式存在，如果已經熔化完畢，則以水的形式存在，該選項說法正確．

答案：

AD．

【例8】★★

在測定汽油熱值的實驗中，記錄的實驗數據如下表所示．表中Q為汽油完全燃燒放出的熱量，m為燃燒汽油的質量．請根據表中數據寫出Q與m的關系式：_____________．

Q/J

2.3×107

4.6×107

6.9×107

9.2×107

1.15×108

1.38×108

m/kg

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

考點：

燃料的熱值．

解析：

由表中數據可得：

＝4.6×107J/kg，∴Q＝(4.6×107J/kg)×m

答案：

Q＝(4.6×107J/kg)

×m

【測試題】

0.3kg的酒精完全燃燒放出了9.0×106J的熱量，則酒精的熱值為_____×107J/kg；5kg酒精的熱值又是多少呢？答：_____×107J/kg．

考點：

燃料的熱值．

解析：

∵Q＝mq，∴酒精的熱值：

q＝＝3.0×107J/kg，熱值是物質的特性，與物質的質量無關，5kg酒精的熱值是3.0×107J/kg．

答案：

3.0；3.0．