高中物理第十章热和内能教材梳理素材新人教选修.docx
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高中物理第十章热和内能教材梳理素材新人教选修
2热和内能
庖丁巧解牛
知识·巧学
一、热传递
1.定义：
热量从物体的一部分传递到另一部分，或从一个物体传递给另一个物体的物理过程.
2.热传递的方式：
传导、对流、辐射.
辨析比较热传导过程发生在相互接触的两固体之间，或同一物体的不同部分间，如用酒精灯灼烧铁棒的一端，另一端会发烫，这主要是通过热传导来传递热量，而热对流发生在气体、液体的传热过程中，如加热水壶的底部，表层的水温也上升；冬天暖气片能使整间房屋里的气温上升，这都是靠对流来完成的，晒衣服时，衣服温度升高，主要是太阳依靠热辐射来传递热量的.
3.热传递的条件：
两物体间存在温度差.
误区警示只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少无关.热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上.
4.热传递的实质是内能的转移.
二、热和内能
1.热量：
在单纯的传热递过程中系统内能改变的量度.
或者这样表述：
系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU=Q.
误区警示热量是用来衡量热传递过程中内能变化的一个物理量，是一个过程量.因此只有在热传递过程中才谈热量.热量和内能是两个截然不同的概念，内能是状态量，我们说物体在一定状态下有内能，而不能说有热量.
2.热传递和内能变化的关系
热传递改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程，热传递使物体的内能发生变化时，内能改变的多少可用热量来量度.物体吸收了多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体的内能就减少多少.
3.做功和热传递在改变物体内能上的关系
（1）两种方式的区别
做功：
其他形式的能和内能之间的转化，当机械能转化为内能时，必须通过物体的宏观运动才能实现.
热传递：
物体间内能的转移，即内能从物体的一部分传到另一部分，或从一个物体传递给另一物体，它是在分子相互作用下，通过分子的微观运动来达到内能的改变的，物体间发生热传递的必要条件是存在温度差.在热传递过程中，内能从高温物体传递给低温物体，使高温物体内能减少，低温物体内能增加，最后达到温度相等.
（2）两种方式的联系
做功和热传递都可以改变物体的内能，从它们改变内能的最终结果看，两者是等效的.
深化升华本质的区别：
做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化，例如摩擦生热就是机械能转化成内能，热传递改变物体的内能是物体间内能的转移，如太阳照射冰，使冰化成水，就是太阳的内能通过辐射这一热传递的方式转移到冰，使冰的内能增加.
辨析比较
（1）热量和内能
内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种过程来完成，而热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义，就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”.
（2）热量和温度
热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志，虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，不是温度.
热传递不仅可以使系统温度发生变化，还可以使物质状态发生变化.在物质状态变化中，传递给系统的热量并没有使系统的温度发生变化，因此不能说“系统吸收热量多，温度变化一定大”，也不能认为“系统的温度高，它放出的热量一定多”.因为放出的热量，不但和温度的变化值有关，还和比热容有关.总之，热量和温度之间虽然有一定的联系，但它们是完全不同的两个物理量.
（3）热量和功
热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量还与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统过程转化为热量，但它们之间有着本质的区别.
用做功来改变系统的内能，是系统内分子随整体的有序运动，转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程.
用热传递来改变系统的内能，是通过传导、对流和辐射来完成的，它将分子的无规则运动，从一个系统转移到另一个系统，这种转移就是系统间内能转换的过程.
典题·热题
知识点一热传递
例1下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是（）
A.冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷
B.夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低
C.在地面上晒小麦
D.冬天，用暖水袋暖手
解析：
冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上；用暖水袋暖手，道理同上；开空调后整个房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温；晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，所以正确答案为A、D.
答案：
AD
例2一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则（）
A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.达到热平衡时，铜块的温度
T=
D.达到热平衡时，两者的温度相等
解析：
一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止.而热量是热传递过程中内能的变化量，所以选项A和D都正确，选项B错误.根据热平衡方程c铜m（T1-T）=c铁m（T-T2），解得
T=
，由此可知选项C是错误的.
答案：
AD
方法归纳两个物体相接触，能够发生热传递的前提条件是两者之间存在温度差，热传递过程中内能转移的量可用热量来量度，热传递的最终结果是两者温度相等.
知识点二热和内能
例3下列关于内能与热量的说法中，正确的是（）
A.马铃薯所含热量高
B.内能越大的物体热量也越多
C.热量总是从内能大的物体流向内能小的物体
D.热量总是从温度高的物体流向温度低的物体
解析：
A是一种很常见的说法，在日常生活中无须计较，但从物理学的角度看，确有不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，A错.说法B与说法A有相同的错误.此外，物体的内能与可能发生的热量之间，在数量上没有必然联系.B错.两物体之间的热量流向只与它们的温度高低有关，而与它们的内能无关，C错，D对.
答案：
D
误区警示本例中须注意，热量是交换传递中的内能，如果脱离热传递过程，就谈不上什么热量，并且内能是状态量，而热量是过程量.
知识点三做功和热传递
例4下列关于做功和热传递的说法中正确的是（）
A.做功和热传递的实质是相同的
B.做功和热传递在改变物体内能上是等效的
C.做功和热传递是对同一过程中的两种说法
D.做功和热传递是不可能同时发生的
解析：
做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能量转化为内能转化为内能或将内能转化为其他形式的能量；热传递是将一个物体的内能传递给另一个物体，且做功和热传递可以同时进行，故正确选项为B.
答案：
B
误区警示不要将等效认为是相等（同），做功和热传递本质不同，但在改变物体内能上是等效的，注意它们的区别和联系.
例5一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，（若不计气泡内空气分子势能的变化）则（）
A.气泡对外做功，内能不变，同时放热
B.气泡对外做功，内能不变，同时吸热
C.气泡内能减少，同时放热
D.气泡内能不变，不吸热也不放热
解析：
在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，故气泡中空气分子的内能减小，温度降低，但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故须从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功.
答案：
B
方法归纳做功和热传递在改变物体内能上是等效的，且它们可以同时进行，它们引起内能变化的方向可以是都使系统内能增加或减小，也可以是一者使系统内能增加，另一者使系统内能减小.
知识点四内能的改变和能量转化知识的综合
例6某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积S=3.2dm2的保温圆筒，内装有质量为m=0.4kg的水，让太阳光垂直照射t=3min，水升高的温度Δt=2.2℃，已知水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），地球半径为R=6400km，试求太阳向地球表面辐射能量的功率.
解析：
太阳以热辐射的方式向地球表面传递热量，根据公式Q=cmΔt先求出单位时间辐射到地球表面单位面积上的功率，再求总功率.
太阳辐射到水中的能量
Q=cmΔt=4.2×103×0.4×2.2J=3.7×103J
太阳光在1s内垂直照射到1m2面积上的功率
P=
=
W=6.4×102W
太阳辐射到地球表面上能量的功率
P′=P×πR2=6.4×102×3.14×（6400×103）2W=8.2×1016W.
方法归纳
（1）明确公式Q=cmΔt中各量的意义.
（2）太阳照射地球时，地球表面仅有半个表面被照亮，这相当于在垂直太阳光方向上半径为地球半径的圆面所接收到太阳的功率.
问题·探究
方案设计探究
问题请以水和煤油为例探究.不同种类的物质，吸热的本领一样吗？
探究思路：
实验装置如图10-2-1所示，取两只相同的烧杯分别装入500g水和500g煤油，它们的初温都处于室温，用相同的电加热器加热.
图10-2-1
（1）使它们被加热的时间相等，观察并读出温度计示数.
（2）让它们的温度都从20℃升高到40℃，记录并比较加热时间.
物质
加热时间
初温
末温
物质
加热时间
初温
末温
水
3min
20℃
40℃
水
3min
20℃
40℃
煤油
3min
20℃
60℃
煤油
1.5min
20℃
40℃
实验现象分析：
给等质量、相同温度的水和煤油加热，吸收相等的热量（加热时间相同）煤油上升的温度比较高；使它们上升的温度相等，对水加热时间更长一些.
探究结论：
不同种类的物质吸热的本领不一样.
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1．如图甲所示，置于水平地面上质量为m的物体，在竖直拉力F作用下，由静止开始向上运动，其动能E与距地面高度h的关系如图乙所示，已知重力加速度为g·空气阻力不计。
下列说法正确的是
A．在0~h0过程中，F大小始终为mg
B．在0~h0和h0~2h0过程中，F做功之比为2︰1
C．在0~2h0过程中，物体的机械能不断增加
D．在2h0~3.5h0过程中，物体的机械能不断减少
2．如图,A、B是两列波的波源,t=0时开始垂直纸面做简谐运动,其振动表达式分别为xA=0.1sin（2πt+π）m,xB=0.2
m产生的两列波在同一种均匀介质中沿纸面传播。
p是介质中的一点,t=2s时开始振动,已知PA=40cm,PB=50cm,则
A．两列波的波速均为0.25m/
B．两列波的波长均为0.2m
C．两列波在P点相遇时振动总是加强的
D．P点合振动的振幅为0.lm
E.t=2.25s,P点距平衡位置0.lm
3．理想变压器原副线圈匝数之比为
，原线圈接入一电压为
的交流电源，副线圈接一个
的负载电阻。
若
，
，则下述结论正确的是
A．副线圈中电压表的读数为
B．副线圈中输出交流电的周期
C．原线圈中电流表的读数为
D．原线圈中的输入功率为
4．科学家发现了一颗距离地球14光年的“另一个地球”沃尔夫，它是迄今为止在太阳系外发现的距离最近的宜居星球。
沃尔夫的质量为地球的4倍，它围绕红矮星运行的周期为18天。
设想从地球发射一颗科学探测卫星围绕沃尔夫表面运行。
已知万有引力常量为G，天体的环绕运动可看作匀速圆周运动。
则下列说法正确的是
A．从地球发射该探测卫星的速度应该小于第三宇宙速度
B．根据沃尔夫围绕红矮星运行的运动周期可求出红矮星的密度
C．若已知围绕沃尔夫表面运行的探测卫星的周期和地球的质量，可近似求沃尔夫半径
D．沃尔夫绕红矮星公转和地球绕太阳公转的轨道半径的三次方之比等于
5．2018年6月14日11时06分，我国探月工程嫦娥四号“鹊桥”中继星顺利进入环绕地月拉格朗日L2点运行的轨道，为地月信息联通搭建“天桥”。
如图所示，该L2点位于地球与月球连线的延长线上，“鹊桥”位于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与月球同步绕地球做圆周运动，已知地球、月球和“鹊桥”的质量分别为Me、Mm、m，地球和月球之间的平均距离为R，L2点到月球中心的距离为x，则x满足
A．
B．
C．
D．
6．如图为近日曝光的摩拜共享电动单车，与普通电动车不同的是，摩拜共享电动自行车采用“共享充电宝+自行车的方式”，其电池与普通充电宝类似，容量为20000mAH，输入、输出电压均为10V，输入电流为8A，输出电流为15A，可以支持驱动人和单车行驶10公里左右。
已知成人在平路上骑自行车所受阻力约为20N，则（）
A．该单车电池最多储存电能7.2×104J
B．该单车电池充电时，从零电量充至满电量大约需要5h
C．该单车电池电能的有效利用率约为27.8%
D．成人在平路上骑自行车时，每秒钟平均消耗的电能约20J左右
二、多项选择题
7．现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示．拍摄时频闪频率是10Hz，通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s.数据如下表所示．重力加速度大小g＝9.80m/s2.
单位：
cm
x1
x2
x3
x4
h
s
10.76
15.05
19.34
23.65
48.00
80.00
根据表中数据，完成下列填空：
（1）物块的加速度a＝________m/s2（保留3位有效数字）
（2）因为________，可知斜面是粗糙的．
8．下列说法正确的是______________
A．若已知气体在某一状态下的密度和单个气体分子的体积，即可求出单个分子质量
B．同一种液体的沸点与压强有关，压强越大，沸点越高
C．在盛有水，水蒸气、空气的密闭容器内，水蒸气的饱和气压就是水蒸气达到饱和时容器内混合气体的压强
D．浸润液体在细管中会上升，不浸润液体在细管中会下降，这样的现象都称为毛细现象
E．理想气体在等压膨胀过程中，气体分子在相等时间内对容器内壁相同面积上的撞击次数会减少
9．如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场，如图所示，带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是
A．带电粒子每运动一周被加速一次
B．带电粒子每运动一周P1P2>P3P4
C．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关
D．加速电场方向需要做周期性的变化
10．如图（a）,一长木板静止于光滑水平桌面上，t=0时，小物块以速度v0滑到长木板上，图（b）为物块与木板运动的v-t图像，图中t1、v0、v1已知。
重力加速度大小为g。
由此可求得（）
A．木板的长度
B．物块与木板的质量之比
C．物块与木板之间的动摩擦因数
D．从t=0开始到t1时刻，木板获得的动能
三、实验题
11．如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A=90°，∠B=30°。
一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。
（1）求棱镜的折射率；
（2）保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出。
求此时AB边上入射角的正弦。
12．下面是将用单摆测定重力加速度实验中获得有关数据所制作成的图象（l为摆长，T为周期）。
（1）请利用图象求出重力加速度g=______m/s2
（2）在“用单摆测定重力加速度”的实验中，若测得的g值比当地的标准值偏小，可能是因为______
A．球的质量偏大
B．摆动的偏角偏小
C．计算摆长时，把悬线长l′当作了摆长l
D．测量周期时，将n次全振动误记成了（n+1）次全振动
四、解答题
13．如图，水平放置的面积足够大的圆台可绕转轴OO'′转动，OO'′高度为L，长度也为L的细线一端系在O'′点，另一端连接一个质量为m的小球，细线能承受的最大拉力F=2mg。
圆台从静止开始逐渐加速转动直到细线断裂，重力加速度为g，求：
（1）细线刚要断裂时圆台的角速度ω；
（2）细线断裂后，小球落到圆台上的第一落点P（图中未画出）到O点的距离x。
14．如图所示是研究光电效应现象的实验电路，
、
为两正对的圆形金属板，两板间距为
，板的半径为
，且
。
当
板正中受一频率为
的细束紫外线照射时，照射部位发射沿不同方向运动的光电子，形成光电流，从而引起电流表的指针偏转。
已知普朗克常量h、电子电荷量e、电子质量m。
（1）若闭合开关S，调节滑片P逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小。
当电压表示数为
时，电流恰好为零。
求：
①金属板N的极限频率
；
②将图示电源的正负极互换，同时逐渐增大极板间电压，发现光电流逐渐增大，当电压达到
之后，电流便趋于饱和。
求此电压
。
（2）开关S断开，在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零，求磁感应强度B至少为多大时，电流为零。
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
C
B
C
C
C
C
二、多项选择题
7．30物块加速度小于g
＝5.88m/s2
8．BDE
9．AB
10．BC
三、实验题
11．
（1）
；
（2）sin
=
12．
（1）9.70，
（2）C。
四、解答题
13．
（1）
（2）
14．
（1）①
②
（2）
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1．水平地面上有O、A、B三点，OA=AB，从O点正上方高h0处以速度v0水平抛出一个小球，恰好落在A点。
若抛出点的高度改变为h和初速度为v，小球落点会发生变化，下列不能使小球落到B点的是（）
A．h=h0，v=2v0B．h=2h0，v=
v0
C．h=4h0，v=
v0D．h=
h0，v=4v0
2．实验表明：
光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。
如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实。
关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是（）
A．相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度变大
B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大
C．散射后电子的速度一定变大
D．散射后电子的能量一定变大
3．如图所示，在半径为R的圆形区域内有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，在磁场区域的上方有一水平放置的感光板MN。
从磁场区域最左端Q垂直磁场射入大量的电荷量为q、质量为m、速率为v的粒子，且速率满足
，最后都打在了感光板上。
不考虑粒子间的相互作用力和粒子的重力，关于这些粒子，下列说法中错误的是
A．这些粒子都带正电
B．对着圆心入射的粒子，其射出方向的反向延长线一定过圆心
C．只有对着圆心入射的粒子，射出后才垂直打在感光板MN上
D．沿不同方向入射的粒子射出后均可垂直打在感光板MN上
4．我国选手谢思埸在2018年国际泳联世界跳水系列赛北京站夺得男子三米跳板冠军，如图所示为谢思埸（可视为质点）参加跳板跳水比赛时，其竖直方向的速度随时间变化的图象，以他离开跳板时为计时起点，不计空气阻力，则（）
A．
时刻开始进入水面
B．
时刻开始进入水面
C．
时刻达到最高点
D．
时间内速度方向竖直向上
5．如图所示，质量为4kg的小球A和质量为1kg的物体B用弹簧相连后，再用细线悬挂在升降机顶端，当升降机以加速度a=2m/s2，加速上升过程中，剪断细线的瞬间，两小球的加速度正确的是（重力加速度为g=10m/s2）
A．
B．
C．
D．
6．如图（a）所示，在电梯箱内轻绳AO、BO、CO连接吊着质量为m的物体，轻绳AO、BO、CO对轻质结点O的拉力分别为F1、F2、F3.现电梯箱竖直向下运动，其速度v随时间t的变化规律如图（b）所示，重力加速度为g，则（）
A．在0～t1时间内，F1与F2的合力等于F3
B．在0～t1时间内，F1与F2的合力大于mg
C．在t1～t2时间内，F1与F2的合力小于F3
D．在t1～t2时间内，F1与F2的合力大于mg
二、多项选择题
7．下列说法正确的是______
A．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点
B．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
C．在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体
D．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同的方向上有不同的光学性质
E．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
8．分子动理论以及固体、液体的性质是热学的重要内容，下列说法正确的是（）
A．用吸管将牛奶吸入口中是利用了毛细现象
B．同温度的氧气和氢气，它们的分子平均动能相等
C．荷叶上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
D．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
E.两分子间的分子势能一定随距离的增大而增大
9．如图所示，A物体质量为m，B质量为2m，用一轻绳相连，将A用一轻弹簧悬挂于天花板上，系统处于静止状态，此时弹簧的伸长量为x，弹性势能为Ep，已知弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比，且弹簧始终在弹性限度内．现将悬线剪断，则在以后的运动过程中，A物体的（）
A．最大动能为
B．最大动能为
C．速度达到最大时，弹簧弹力做功为
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