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第十三讲　内能及其利用
1. 热量
焦耳　
增加　
减少　
一定　
不一
定　
一定　
不一定　
知识点　1　热量　比热容
2. 比热容
定义 一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的 与它 的 和升高的 乘积之比，叫作这种物质的 比热容，用符号c表示
物理意义 描述物质吸热本领大小的物理量
注意 比热容是物质的一种性质，其大小是由物质的种类决定 的，还与物质的状态有关
水的比热容大 的应用 冷却水、取暖媒介、调节气温等
热量　
质量　
温度　
热量公式 Q＝cm·Δt，吸收热量：Q吸＝cm（t－t0）；放出热量：Q放 ＝cm（t0－t）
注意：①各物理量的单位要统一；②标准大气压下，水的 末温不能超过100 ℃；③审题时要注意，“温度升高 到……”是指物体的末温，“温度升高了……”是指物体 的温度变化量；④Δt为物质温度的变化量
物质
构成 常见的物质是由极其微小的粒子—— 、 等构成的 （分子非常小，通常以10－10 m为单位来量度）
分子　
原子　
知识点　2　分子动理论（3年1考）
分子
热运动 扩 散 定义 不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象
说明 （1）分子在不停地做 运动；
（2）分子间有
分子的无规则运动跟 有关，物体温度越高，分子运动得 越
（1）固体、液体和气体之间都可以发生扩散；
（2）肉眼是无法直接观察到分子的，但我们可以根据宏观的扩 散现象推测分子的运动，这种方法叫作“转换法”
无规则　
间隙　
温度　
剧烈　
分子间 的作用 力 （1）分子之间存在 和 ；
（2）引力和斥力是同时存在的；
（3）气体分子间距离较大，分子间作用力很小
分子动 理论 常见的物质是由大量 构成的，物质内的分子在不停地 做 ；分子之间存在 和
引力　
斥力　
分子　
热运动　
引力　
斥力　
1. （人教九全P7T5改编）有一根烧红的铁钉，温度是800 ℃，温度降低到 20 ℃时放出的热量为538.2 J，则这根铁钉的质量为 g。[铁的比热 容为0.46×103 J/（kg·℃）]
1.5　
基本相
同　
分子在不停地做无规则运动　
3. （沪科八全P286图12-16改编）如图所示，当把50 mL水和带有颜色的50 mL酒精混合后，发现混合后的液体总体积小于100 mL，由此现象说 明 （写出一条即可）。
　
分子在不停地做无规则运动（或分子间有间隙）　
A. 温度高的物体热量多
B. 物体吸收热量，温度一定升高
C. 0 ℃的水和0 ℃的冰冷热程度不同
D. 物体从外界吸收了热量，温度可能升高
D
动能　
分子势
能　
焦耳（J）　
减少　
增加　
知识点　3　内能（3年1考）
转移　
转化　
温度
差　
减少　
增加　
等效　
能量转化 在一定条件下，各种形式的能量是可以相互 的
能量守恒 定律 能量既不会凭空 ，也不会凭空产生，它只会从一种形 式 为其他形式，或者从一个物体 到其他物 体，而在转化和转移的过程中，能量的总量
注意 能量的转移和转化具有一定的方向性，所以要节约能源
转化　
消失　
转化　
转移　
保持不变　
知识点　4　能量的转化和守恒（3年1考）
5. （人教九全P16图13.3-5乙改编）如图所示，烧瓶内盛少量水，给瓶内 打气，可看到瓶塞跳起。在这个过程中，给瓶内打气时，外界对瓶内气 体 ，瓶内气体的内能 。
做功　
增加　
6. （人教九全P25图14.2-2改编）如图所示，用酒精灯对试管加热，水温 升高，这是通过 的方式改变水的内能。
热传递　
7. （沪科九全P35内文改编）如图所示，人们发现铁丝反复弯折处会发 热，这是通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式改变铁丝的 内能。
做功　
8. （人教九全P24T4改编）释放化学能的过程不断地发生在你的体内，食 物也是一种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合提供细胞组织所需 的能量。这种过程没有火焰，但化学能同样可以转化为内能，因此，人的 体温保持在37 ℃左右。人能进行机械运动，说明食物提供的化学能还可以 转化为人的 能；另外人体内会产生微弱的生物电流，所以食物提 供的化学能还可以转化为 能。
机械　
电　
1. 热机
定义 把 能转化为 能的机械
原理
种类 内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等
内　
机械　
知识点　5　热机（3年1考）
2. 汽油机的工作原理
工作
冲程 冲程 冲程 冲程 冲程
示意图
进气门 关闭 关闭 关闭
排气门 关闭 关闭 关闭
吸
气
压缩
做功
排气
打
开
打开
活塞运 动方向 向下 向上
能量
转化 能转化 为 能 能转化 为 能
说明 （1）汽油机的一个工作循环中，活塞往复运动2次，曲轴转动2 圈，对外做功1次；
（2）只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯 性完成的﹔
（3）柴油机汽缸顶端是喷油嘴，吸气冲程吸入汽缸的是空气， 点火方式是压燃式，其余和汽油机大体相同
向上
向下
机械　
内　
内　
机械　
1. 热值（3年1考）
定义 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之 ，叫作这种燃料 的热值，用符号 表示
性质 热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的 有关，与燃料 的形状、质量、体积、是否完全燃烧等没有关系
计算 或
比　
q　
种类　
Q＝mq　
Q＝Vq　
知识点　6　热机的效率
2. 热机效率（3年1考）
定义 用来做 的这部分能量，与燃料 放出 的热量之比
公式
提高效率的 途径 让燃料尽可能充分燃烧；利用废气的能量；机件间保持良好 的润滑、减小摩擦
有用功　
完全燃烧　
9. （人教九全P27图14.2-5改编）如图所示的是汽油机工作时的四冲程示 意图（已打乱顺序），其中表示做功冲程的是图 ，表示压缩冲程 的是图 ，不是依靠飞轮惯性完成的冲程是图 。
丁　
丙　
丁　
甲 乙 丙 丁
10. （人教九全P27图14.2-5改编）汽油机是由四个冲程不断循环而工作 的，图中表示的是 转化为 的冲程。
内能　
机械能　
A. 热值 B. 比热容
C. 温度 D. 质量
A
12. （人教九全P32图14.3-2改编）如图所示是某内燃机工作时的能量流向 图，该内燃机的热机效率是 。已知汽油的热值是4.6 ×107 J/kg， 完全燃烧2 kg的汽油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能 是 J。热机给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污 染，举出一种热机污染： 。
35％　
3.22×107　
噪声污染（答案不唯一，合理即可）　
[基础考法]
【实验装置】
甲 乙
1. 实验器材：相同的烧杯、电加热器、温度计各两个，水、食用油、天 平、秒表等。
2. 器材作用：
（1） ：测物质的温度；
（2） ：测量加热时间；
（3）规格相同的加热器：相同时间内放出的热量 。
温度计　
秒表　
相等　
【主要实验器材及作用】
1. 控制变量法：实验中需要控制水和食用油的 （选填“质量”或 “体积”）相等。
质量　
加热时间的长
短　
【实验方法】
【设计与进行实验】
组装实验装置时，应按 （选填“自上而下”或“自下而 上”）的顺序安装；在烧杯中倒入 相同的水和食用油，用 电热器加热使它们升高相同的温度。比较它们吸收热量的多少，看看这两 种物质的吸热情况是否存在差异，实验记录如下。
加热时间/min 0 1 2 3 4
水的温度/℃ 20 24 28 32 36
食用油的温度/℃ 20 28 36 44 52
【实验结论】
质量相等的水和食用油，吸收相同的热量，水的温度上升少， 的吸 热本领大；进一步分析可得：升高的温度相同时，水加热时间长，吸收的 热量多，水的吸热本领比食用油 。
自下而上　
质量和初温　
水　
大　
[能力提升]
【交流与反思】
吸
收热量的多少　
升
高温度的多少　
②　
控制相同时间内液体吸收的热量相
等　
加热时间　
3. 如图丙是另一组同学根据实验数据绘制的温度与时间的关系图像，分析 图像可知：质量相等的水和食用油，在吸收相同热量时， 升温 较高；质量相等的水和食用油，在升高相同温度时， 吸收的热量较 多；由此可知 （选填“水”或“食用油”）的吸热能力较强。若实 验中水的质量是200 g，加热4 min，水吸收的热量为 J。[c水＝ 4.2×103 J/（kg·℃）]
丙
食用油　
水　
水　
8.4×103　
4. 汽车发动机用水作冷却剂，这是利用了水 的性质。
5. 同时停止加热，在相同质量的水和食用油温度降低的过程中，水放出的 热量与降低的温度之比 （选填“大于”“小于”或“等于”）食 用油放出的热量与降低的温度之比。
比热容大　
大于　
[核心素养]
【热源优化】相同的酒精灯因各种因素很难控制加热效果相同，但电加热 器是浸没在液体中，且加热功率相同，因此为控制水和食用油吸收的热量 相同， 优于酒精灯。
【实验改进】实验后，同学们对原实验装置进行了改进，将分别装有甲、乙液体的试管放在同一个烧杯中用水加热，如图丁所示。这样做的好处是 使液体受热均匀，且 。
电加热器　
相同时间内甲、乙吸收热量完全相同　
丁
【拓展延伸】
实验结束后，小明对一定质量的冰加热， 绘制出它的温度随时间变化的图 像，如图戊所示。 分析可知：
①物质在C点处的内能 （选填“大于”“小于”或“等于”）在B 点处的内能；
②由图戊可以看出物质在AB、CD段升高的温度相同，但CD段加热时间更长，其原因是 。由此可知，物质的吸热能力还与物质的 有关。
大于　
水的比热容大于冰的比热容　
状态　
戊
【例】　（2025·水城区校级模拟）水与食用油是生活中不可缺少的物质。 如图，小熙在学习了比热容的知识后，想探究水和食用油吸热能力的强 弱，他设计了如下探究实验。
（1）取两支相同的试管，分别装入 相等、初温相同的水和食 用油；
质量　
天
平　
（3）将两支相同的温度计分别正确地插入盛有水和食用油的两个试管 内，并将实验装置固定在铁架台上，如图甲所示。打开加热开关，对盛有 水和食用油的试管进行加热，实验中通过 （选填“温 度计升高的示数”或“加热时间的长短”）反映出吸收热量的多少；
加热时间的长短　
甲
甲 乙
水　
质量相同的水和食用油在相同时间内吸收相同的热量，水的温度变化
小，食用油的温度变化大　
考点1　热量的计算
【典例1】　（2025·铜仁市模拟）设计师选用水作汽车发动机冷却液，这 是因为水的 较大，冷却效果好；水箱里有4 L水，吸收发动机缸 体热量后，水由20 ℃升高到90 ℃，吸收的热量是 J。[c水＝ 4.2×103J/（kg·℃）]
解题思路　设计师选用水作汽车发动机冷却液，这是因为水的 较大，冷却效果好；水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×4×10－3m3＝
，水吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/（kg·℃）×4 kg×
＝1.176×106J。
比热容　
1.176×106　
比热容　
4 kg　
（90 ℃－20 ℃）　
（2025·汇川区模拟）随着生活水平的提高，城市为了缓解“热岛效应”修 建人工湖，这是因为水的 较大，使得周边温度变化小。为减少 污染排放，使用天然气烹饪，若天然气灶烧水的效率为40％，利用天然气 将2 kg的水从20 ℃加热至100 ℃，则需要消耗 g天然气。[q天然气取 4.2×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
比热容　
0.04　
A. 扫地时可以看到灰尘在阳光下飞舞，这不能说明分子在不断运动
B. 气体温度升高，分子热运动加剧
C. 两块被紧压在一起的铅块很难被拉开，说明分子间存在引力
D. 液体形状可随意变化，说明分子间不存在作用力
D
[易错警示]　（1）扩散现象可以在同种物质或不同物质间发生，但同种 物质之间的融合不是扩散现象。
（2）分子无规则运动是分子自身的特性，与外界的作用无关。
（3）分子热运动是微观现象，看不见，可以通过宏观现象表现出来。
解题思路　灰尘在阳光下飞舞是宏观物体在外力作用下的 运动； 分子热运动与温度有关，温度越高，分子热运动越 ；两块被紧压 在一起的铅块很难被拉开，说明分子间存在 ；一切物质的分子之 间都存在着 作用的引力和斥力，所以液体分子间也有作用力。
机械　
剧烈　
引力　
相互　
A. 分子间有势能 B. 分子间存在引力
C. 分子不停地运动 D. 分子间存在斥力
C
2. 很多宏观现象都能反映微观本质，如：将一滴红墨水滴入清水中，一段 时间后，整杯水都变红了，说明分子在不停地做无规则运动。请写出下列 宏观现象所反映的微观本质。
（1）酒精和水混合后，总体积变小： 。
（2）密闭在针筒内的水很难被压缩： 。
分子之间有间隙　
分子之间存在相互作用的斥
力　
A. 甲物体传递热量给乙物体，说明甲物体内能大
B. 物体温度越低，含有热量越少
C. 做功和热传递都可以改变物体的内能
D. 两物体温度相同，内能一定相同
C
解题思路　甲物体传递热量给乙物体，说明甲物体温度 ，内能大 的，温度不一定 ；热量是过程量，不能用 来描述；做功和 热传递都可以改变物体的 ，而且在改变内能上是 的；物 体的内能与温度、质量、状态等有关，两物体温度相同，内能 相同。
高　
高　
含有　
内能　
等效　
不一定　
[规律总结]　正确区分内能、热量和温度：
温度 热量 内能
定 义 宏观：表示物体的冷热程度。
微观：反映了物体内大量分子无规则运动的剧烈程度 在热传递过程中， 传递的热的多少 构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和（注意是“所有分子”）
表 述 只能说“是”“降低”
“升高”；不能说“吸收”“放出” 只能说“吸收”
“放出”；不能说“具有”“含有” 只能说“有”“具有”
“增大”“减小”
温度 热量 内能
性质 状态量 过程量 状态量
辨 析 物体温度升高，内能增加，不一定吸热 物体吸收热量，内能增加，不一定升温 物体内能增加，不一定升温 物体内能增加，不一定
吸热
示 例 钻木取火，摩擦生热，搓手 晶体熔化，水沸腾 晶体熔化，水沸腾 钻木取火，摩 擦生热，搓手
A. 温度为0 ℃以下的物体不具有内能
B. 温度高的物体，含有的热量一定多
C. 物体的内能增加，可能是吸收了热量
D. 温度总是从高温物体传向低温物体
C
考点4　热机冲程的判断
A B C D
B
A. 四个冲程的顺序应该是
B→A→D→C
B. 冲程B的活塞正在往下运动
C. 冲程D将内能转化为机械能
D. 热机是利用化学能做功的机器
解题思路　A图中两个气门都关闭，活塞下行，是 冲程，是内能 转化为机械能；B图中进气门打开，活塞下行，为 冲程，没有能 量的转化；C图中排气门打开，活塞上行，为 冲程；D图中两个气 门关闭，活塞上行，为 冲程，机械能转化为内能；四个冲程正确 的顺序是BDAC；该热机是汽油机，是利用 做功的机器。
[温馨提示]　判断热机冲程的方法：（1）确定该冲程对应的气门闭合情 况以及活塞的运动方向；（2）分析该冲程是否发生能量转化或者发生怎 样的能量转化；（3）作出判断。
做功　
吸气　
排气　
压缩　
内能　
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程
C. 做功冲程 D. 排气冲程
C
考点5　热机效率的计算
【典例5】　（2025·水城区校级模拟）一辆氢动力试验汽车，5 min内汽车 在平直路面上匀速行驶了6×103 m，消耗了0.75 kg的氢，汽车发动机提供 的牵引力为1.05×104 N。（氢的热值q＝1.4×108 J/kg）求：
（1）汽车行驶速度；
（2）氢完全燃烧放出的热量；
（3）汽车发动机工作时的效率。
（1）20 m/s　（2）1.05×108 J　（3）60％
20 m/s　
1.05×108　
6.3×107　
60％　
（2025·七星关区校级模拟）如图所示是某品牌汽车汽油机的能量流程图， 某次该汽车行驶过程中消耗了0.1 kg汽油。求：[汽油的热值为4.2×107 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃）]
（1）该汽油机的效率；
（2）此行驶过程中汽油完全燃烧释放的热量；
（3）若释放的热量有25％被冷却水吸收，则质量为5 kg的冷却水升高 的温度。
解：（1）热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比 值，由图可知，输出有用机械能所占比例为：100％－33％－25％－7％＝ 35％，即该汽油机的效率为35％；
（2）汽油完全燃烧释放的热量
Q放＝qm＝4.2×107 J/kg×0.1 kg＝4.2×106 J；
命题点1　热量的计算
1. （2022·铜仁）全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使 用状态的汽车数量已突破10亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗 油约2.1 t，若不计热量损失，这些燃料完全燃烧可供1×106 kg的水温度升 高 ℃；汽车内燃机的效率平均值取30％，如果能把内燃机的效率 提高1％，全球每年可以节约 kg燃油，从而减小全球的碳排 放，为环保作出贡献。[已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），汽油的 热值为4.6×107 J/kg]
23　
7×1010　
命题点2　分子动理论　扩散现象
A. 体积 B. 质量
C. 温度 D. 密度
3. （2022·遵义）“七一”建党节前夕，名城遵义老城区被各色鲜花装扮 起来，人们闻到扑鼻而来的花香，这是 现象；人们从不同方向都 能看到道路两旁迎风招展的鲜红旗帜，这是光的 （选填“镜面 反射”或“漫反射”）现象。
C
扩散　
漫反射　
命题点3　内能的利用及改变内能的方法
A. 静电 B. 热传递
C. 压力 D. 噪声
A. 电动机 B. 计算机
C. 汽油机 D. 照相机
B
C
6. （2022·六盘水）小明发现篮球的气压不足，于是用打气筒给篮球打 气。在收起打气筒时发现外壁有些发热。于是他想，是什么原因导致打气 筒的外壁发热呢？小明就这个问题与同学小红进行了交流，联系所学物理 知识，他们提出了以下两个猜想：
A. 活塞在筒内往复运动时，与筒壁摩擦导致发热
B. 活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热
于是他们设计了实验进行探究，选用的实验器材有打气筒、
测温枪、计时器、气压不足的篮球等，分别在打气筒的上
部和下部标注两个测温点，如图所示。
请回答下列问题：
（1）打气筒内壁的热量是通过 的方式传递到外壁。
（2）活塞在打气筒内向下运动时的能量转化过程，与四冲程内燃机 的 冲程相同。
热传递　
压缩　
（3）用打气筒往气压不足的篮球内打气，10 s内使活塞在筒内往复运动20 次，立即用测温枪测出此时两个测温点的温度。待打气筒外壁温度降至室 温（25 ℃）后，放出篮球中的部分气体，重复上述操作。实验数据记录如 下表：
实验次数 时间t/s 活塞往复次数 上部温度t/℃ 下部温度t'/℃
1 10 20 30.7 36.6
2 10 20 30.2 36.2
3 10 20 30.5 36.3
活塞在筒内
往复运动时，不断压缩气体做功导致发热　
在实验过程中，活塞向下运动时既克服摩擦做功，又压缩
空气做功，无法准确地确定外壁发热的原因　
打气筒不与篮球
连接，直接让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打
气筒外壁的温度，与打气筒往气压不足的篮球内打气时打气筒外壁的温度
进行比较，进而得出结论　
命题点4　热学知识与生活
7. （2023·贵州）随着汽车科技的不断进步，混合动力汽车（简称：混动 汽车）逐渐受到人们的青睐，目前广泛使用的混动汽车主要部件有汽油 机、蓄电池、电动机等，它们单独或组合为汽车提供动力。混动汽车有串 联式和并联式等种类。串联式混动汽车的工作流程如图甲所示，蓄电池可 单独向电动机提供电能驱动汽车；汽油机仅带动发电机发电，产生的电能 一部分输入电动机驱动汽车，另一部分还能通过发电机向蓄电池充电。并 联式混动汽车的工作流程如图乙所示，汽油机和电动机分属两套独立的工 作系统，蓄电池通过电动机能单独驱动汽车，汽油机也能直接给汽车提供 动力，两套系统还能同时工作驱动汽车。
串联式
甲
并联式
乙
并联式混动汽车
丙
（1）若某混动汽车匀速行驶10 km用时
0.2 h，则其速度是多少千米每时？
（2）若汽油机完全燃烧2 kg汽油，释放的热量是多少焦？（q汽油＝4.6×107 J/kg）
并联式混动汽车
丙
（3）如图丙所示是并联式混动汽车的内部结构透视图，若系统提供的动 力一定，油箱油量或蓄电池电量是否会影响汽车行驶路程的长短？请结合 乙图的工作流程，以其中一套工作系统为例，从能量转化的角度结合功的 相关知识分析说明。
（4）若两种方式混动汽车的质量相同，相同部件能量转化的效率相同， 油电系统同时工作，蓄电池仅处于放电状态且放电情况相同。请对比甲、 乙两图的工作流程分析，在汽车整体输出能量相同的情况下，哪种方式混 动汽车的效率低？为什么？
（2）2 kg汽油完全燃烧释放的热量
Q放＝mq汽油＝2 kg×4.6×107 J/kg＝9.2×107 J；
（3）油箱的油量或蓄电池的电量通过能量转化变为汽车所做的功，油量 或电量越多，做的功就越多，通过公式W＝Fs可知，F一定的情况下，W越 多，s就越大，所以会影响。
（4）串联式混动汽车的效率低。因为在混动汽车质量相同，转化效率相 同的情况下，并联式和串联式都由蓄电池到电动机再到提供动力，这一部 分转化效率相同，但是串联式在汽油机方面比并联式多了些步骤，它是先 到发电机再到电动机再到提供动力，而并联式是汽油机直接提供动力，所 以串联式在能量转化方面损耗更多，效率较低。

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