第十三章 内能素养综合检测
(满分100分,限时45分钟)
一、选择题(每小题5分,共40分)
1.每年大年三十这一天,到处都能闻到香喷喷的味道,肉香、炸年货的香味等,到处都弥漫着年的清香。此现象表明 ( )
A.温度越高,分子运动越慢
B.分子间存在斥力
C.分子间存在引力
D.分子在不停地做无规则的运动
2.(2022江苏泰州一模)关于温度、热量和内能,下列说法中正确的是 ( )
A.物体的内能减少,温度一定会降低
B.温度相同的两个物体接触时不发生热传递
C.内能越大的物体所含热量一定越多
D.热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移
3.【中华优秀传统文化】(2023湖南长沙国际实验学校月考)中华文化源远流长,博大精深,古诗词是我国传统文化瑰宝,有的优美词句还与物理知识有着联系,下列词句与对应的物理知识叙述正确的是 ( )
A.“清寒小雪前”,雪的温度很低,它的内能为零
B.“沙暖睡鸳鸯”,同水相比,沙的比热容大一些
C.“春江水暖鸭先知”,“鸭先知”是通过热传递的方式实现的
D.“大地阳和暖气生”,大地内能的增加是太阳通过做功的方式实现的
4.【学科素养·科学探究】(2023河北廊坊四中月考)利用如图甲所示的实验装置比较不同物质吸热的情况,使用相同规格的电加热器分别对水和食用油加热,得到温度随时间变化的图象如图乙所示。下列说法错误的是 ( )
A.实验中两个相同的烧杯中加入质量和初温均相同的水和食用油
B.实验中液体吸热的多少是通过温度升高多少来衡量的
C.分析图乙可得食用油的比热容为2.8×103 J/(kg·℃)
D.液体a升温较快,所以a不适合作冷却剂
5.(2023广东龙湖期中)用分子的观点对下列现象进行解释,不正确的是 ( )
A.氧气被压缩装入钢瓶——分子间有间隙
B.破碎的玻璃无法复原——分子间存在斥力
C.固体难被压缩——固体压缩时分子间距离变小,作用力表现为斥力
D.两块表面平滑的铅块紧压后会结合起来——分子间存在引力
6.【跨学科·物理学与日常生活】(2023福建荔城期中)如图所示,通过做功改变物体内能的是 ( )
A.搓手能发热 B.加热水能沸腾
C.勺子会烫手 D.暴晒钢瓶危险
7.(2022河北廊坊月考)由c=知,关于同一种物质的比热容c,下列说法正确的是 ( )
A.若吸收的热量增大一倍,则比热容增大一倍
B.若质量增大一倍,则比热容减至一半
C.若加热前后的温度差增大一倍,则比热容增大一倍
D.无论物体质量多大,比热容都不变,比热容只与物质的种类和状态有关
8.【物理跨数学】(2023河北竞秀期中)用相同的电加热器分别同时对质量相等的甲和乙两种液体加热(不计热量损失),如图是甲和乙的温度随加热时间变化的图象。下列说法正确的是 ( )
A.从吸热能力方面看,选择甲液体作冷却剂比乙液体效果好
B.甲和乙升高相同的温度,乙液体吸收的热量较多
C.甲液体的比热容与乙液体的比热容之比为2∶1
D.第5 min时甲的温度比乙高,说明甲吸收的热量更多
二、填空题(每空2分,共20分)
9.2020年突发的新冠肺炎疫情,让人防不胜防。某校对疫情防控非常重视,每日必进行消毒。孩子们进入教学楼就能闻到“84消毒液”的气味,这是 现象。教室里使用的“暖气”用水作为传热介质,这是因为水的比热容较 。
10.(2022河南许昌二模)莲城许昌,荷花盛开,花香四溢,游人们远远地就闻到了荷花的香味,这是 现象,因为分子在做 的运动;清晨荷叶上的两颗露珠接触后成了更大的一颗水珠而不分开,表明分子之间存在 。
11.(2023安徽铜官期中)如图所示是冷水与热水混合时温度随时间变化的图象,甲、乙通过 的方式改变内能,假设在这一过程中没有热量损失,冷水质量为400 g,热水质量为200 g,则0~3 min热水放出的热量为 J[已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)]。
12.(2022河南沁阳月考)使火柴头燃烧,可以用火点燃,也可以将火柴头在火柴盒上轻轻划过。从改变物体内能的方式来看,前者是通过 的方式使火柴头内能增大,后者是通过 的方式实现的。
13.(2023四川巴州月考)热平衡,指同外界接触的物体,其内部温度各处均匀且等于外界温度的状况。在热平衡时,物体各部分以及物体同外界之间都没有热量交换,即Q吸=Q放。将400 g、5 ℃的冷水与200 g、80 ℃的热水混合(与外界无热量交换),混合后的温度是 。
三、实验探究题(18分)
14.【学科素养·科学探究】(2023重庆沙坪坝月考)在探究物质的吸热能力的实验中,实验装置如图甲和乙所示。
(1)实验除用到如图所示的器材外,还需要用到的测量仪器有天平和 。
(2)该实验选取了初温相同且 (填“质量”或“体积”)相等的a、b两种液体。
(3)根据实验测得的数据分别描绘出了a和b两种液体的温度随加热时间变化的图象,如图丙所示。如果要使a和b的末温相同,则需给 加热更长时间,说明 液体的吸热能力更强。(两空均填“a”或“b”)
(4)若a液体的比热容为2.1×103 J/(kg·℃),则b液体的比热容为 J/(kg·℃)。
四、计算题(每题11分,共22分)
15.(2022重庆江津校级月考)把一质量为50 g的某金属球在1 080 ℃的炉火中加热足够长的时间,然后迅速投入100 g的初温为30 ℃的某种液体中,达热平衡后金属球的温度变为80 ℃。已知金属球的比热容为0.42×103 J/(kg·℃),不计热量的损失。
(1)求此过程中,金属球放出的热量;
(2)求该液体的比热容;
(3)若该液体再吸收2.52×103 J的热量,求该液体的末温。(在标准大气压下)
16.(2023四川射洪太和中学期中)有两个相同的烧杯,第一个装有0.2 kg水,第二个装有0.2 kg酒精,若用相同的加热器给它们分别加热,根据加热时间与其对应上升到的温度,描绘成了如图所示的图象。假如加热器放出的热量全部被吸收,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。求:
(1)加热5 min,水吸收的热量;
(2)加热器1 min放出的热量;
(3)酒精温度从15 ℃升高到43 ℃,吸收的热量;
(4)酒精的比热容。
答案全解全析
1.D 到处都能闻到香喷喷的味道是扩散现象,说明分子在不停地做无规则的运动。选D。
2.B 晶体物质凝固时,放出热量,内能减小,但温度不变,故A错误;热传递的条件是有温度差,故B正确;内能小的物体可能温度高,所以热量可能从内能小的物体传递给内能大的物体,D错误;热量是过程量,描述它的术语只能用“吸收”和“放出”,不能用“含有”,故C错误。
3.C 一切物体在任何温度下都有内能,雪的温度虽然很低,但是仍然具有内能,故A错误;相同质量的水和沙子相比,吸收相同的热量,由于水的比热容较大,所以水温升高幅度较小,因此水温较低;而沙石比热容小于水的,所以沙滩升温幅度较大,因此沙滩温度较高,导致“沙暖睡鸳鸯”,故B错误;大地吸收热量,内能增加,是通过热传递的方式实现的,故D错误。
4.B 本实验采用的是控制变量法,实验中要控制水和食用油的质量相同、初温相同,故A正确;根据转换法可知,实验中液体吸热的多少是通过加热时间来衡量的,故B错误;根据图象可知,水、食用油质量相同时,吸收相同的热量,a升温较快,吸热能力弱,b升温较慢,吸热能力强,故a是食用油,b是水;质量相同的食用油和水升高相同的温度,水的加热时间与食用油的加热时间之比为3∶2,则吸收的热量的关系为3∶2,由c=可知,在质量和升高的温度相同时,比热容之比等于吸收热量之比,所以c油=×4.2×103 J/(kg·℃)=2.8×103 J/(kg·℃),故C正确;因为b的比热容比较大,在质量相同时,由Q=cmΔt可知在升高相同的温度时可以吸收更多的热量,所以b液体更适合作冷却剂,故D正确。
5.B 氧气被压缩装入钢瓶,是因为分子间有间隙,气体受压后,分子间的间隙变小,故A正确;破碎的玻璃无法复原,因为玻璃碎片间的距离没有达到分子相互作用的距离,分子间的作用力很小,故B错误;固体被压缩时,分子间的距离变小,分子间的距离减小时,分子间的引力和斥力都增大,斥力比引力增大快,分子间的作用力表现为斥力,故C正确;两块表面平滑的铅块紧压后会结合起来,这是由于分子间存在引力,故D正确。
6.A 搓手能发热,是因为克服摩擦做功,使手的内能增加、温度升高,属于做功改变物体的内能,故A正确;加热水能沸腾,是因为水吸收热量,内能增大,温度升高,达到水的沸点且不断吸收热量,属于热传递改变物体的内能,故B错误;勺子会烫手,是因为手从勺子吸收热量,内能增加,温度升高,属于热传递改变物体的内能,故C错误;暴晒钢瓶危险,是因为液化气钢瓶放在烈日下暴晒,钢瓶会吸收太阳辐射的热量,然后传递给钢瓶内的液化气,钢瓶内液化气内能增加,温度升高,钢瓶内的气压增大,很容易发生爆炸,属于热传递改变物体的内能,故D错误。
7.D 比热容是物质本身的一种特性,与物体吸收的热量、温度变化、质量等因素无关,只与物质种类和状态有关,故A、B、C错误,D正确。
8.B 由图象可知,加热相同时间,吸收相同热量,乙的温度升高得慢,所以乙的比热容比较大,由Q=cmΔt可知在升高相同的温度时可以吸收更多的热量,所以乙液体更适合作冷却剂;升高相同温度时,甲需要的时间较短,乙需要的时间较长,也就是甲液体吸收的热量较少,乙液体吸收的热量较多;加热4 min时,吸收热量相同,甲的温度变化为Δt甲=15 ℃,乙的温度变化为Δt乙=5 ℃,由Q=cmΔt得c=,因Q吸、m均相同,升高的温度与比热容成反比,则c甲∶c乙=Δt乙∶Δt甲=5 ℃∶15 ℃=1∶3;用相同的电加热器分别对质量相等的甲和乙两种液体加热时,在相同的时间内电加热器产生的热量相等,不计热量损失,则甲、乙吸收的热量相等。选B。
9.扩散 大
解析 孩子们能够闻到“84消毒液”的气味,这是扩散现象,说明分子在不停地做无规则运动。教室的“暖气”用水作为传热介质,是因为水的比热容较大,相同质量的水和其他物质比较,降低相同的温度,水可以放出更多的热量。
10.扩散 无规则 引力
解析 荷花盛开飘来阵阵花香,是花香分子发生的扩散现象,说明分子在不停息地做无规则运动;清晨荷叶上的两颗露珠接触后成了更大的一颗水珠,表明分子之间存在引力。
11.热传递 3.36×104
解析 将冷水与热水混合后,热水放热温度降低,冷水吸热温度升高,所以甲、乙通过热传递的方式使内能发生变化;热水的质量为m热=200 g=0.2 kg,由图可知,热水的初温为80 ℃、末温为40 ℃,Δt热=80 ℃-40 ℃=40 ℃,0~3 min热水放出的热量为Q放=c水m热Δt热=4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×40 ℃=3.36×104 J。
12.热传递 做功
解析 点燃火柴头,是能量的转移,是通过热传递的方式改变了火柴头的内能;火柴头在火柴盒上划过,是能量的转化,是通过做功的方式改变物体的内能。
13.30 ℃
解析 假设混合后的温度为t,根据题意可知,冷水的质量m冷=400 g=0.4 kg,热水的质量m热=200 g=0.2 kg,则冷水吸收的热量Q吸=cm冷(t-t冷),热水放出的热量Q放=cm热(t热-t),根据题意可知,Q吸=Q放,即cm冷(t-t冷)=cm热(t热-t),则c×0.4 kg×(t-5 ℃)=c×0.2 kg×(80 ℃-t),解得t=30 ℃。
14.(1)停表 (2)质量 (3)b b (4)4.2×103
解析 (1)(2)根据比较物质的吸热能力的两种方法,要控制不同物质的质量相同,故需要用到天平;根据转换法可知,实验中液体吸收的热量由加热时间的长短来反映,故还需要测量时间的工具,即停表;(3)由图丙可知,如果要使a和b的末温相同,需给b加热更长时间,b吸收的热量更多,说明b液体的吸热能力更强;(4)由图丙可以看出,a、b液体都加热5 min,a从20 ℃升高到60 ℃,b液体从20 ℃升高到40 ℃,a升高的温度为b升高温度的2倍,根据c=可知,a的比热容为b的比热容的一半,则b的比热容为cb=2ca=2×2.1×103 J/(kg·℃)=4.2×103 J/(kg·℃)。
15.解析 (1)从开始投入水中到热平衡的过程中,金属球放出的热量Q放=c1m1Δt1=0.42×103 J/(kg·℃)×0.05 kg×(1 080 ℃-80 ℃)=2.1×104 J;
(2)根据Q放=Q吸=cmΔt可得,该液体的比热容c2==4.2×103 J/(kg·℃);
(3)若该液体再吸收2.52×103 J的热量,则该液体升高的温度Δt2'==6 ℃,所以在标准大气压下该液体的末温t=80 ℃+6 ℃=86 ℃。
16.解析 (1)对质量相同的水和酒精加热相同的时间,因加热器相同,则两液体吸收的热量相同;由于水的比热容大,所以水的温度升高得慢,则根据图象可知①表示水的升温图象;
m水=0.2 kg,t0=15 ℃,加热5分钟时水温为t水=35 ℃,水吸收的热量为Q吸=c水m水(t水-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(35 ℃-15 ℃)=1.68×104 J;
(2)不计热损失,所以加热器5 min放出的热量Q放=Q吸=1.68×104 J,加热器1 min放出的热量Q放'==3.36×103 J;
(3)酒精温度从15 ℃升高到43 ℃,加热时间为4 min,酒精在4 min内吸收的热量Q吸'=4×Q放'=4×3.36×103 J=1.344×104 J;
(4)由Q吸=cm(t-t0)得,酒精的比热容为c酒精==2.4×103 J/(kg·℃)。
