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专题十一 内能及其利用 讲义篇
一、课标要求
知道常见的物质是由分子、原子构成的。
2、知道原子是由原子核和电子构成的，了解原子的核式模型。了解人类探索微观世界的历程，关注人类探索微观世界的新进展。
3、通过自然界和生活中的一些简单热现象，了解分子热运动的一些特点。知道分子动理论的基本观点。
4、了解能量及其存在的不同形式。描述各种各样的能量和生产、生活的联系。
5、通过实验，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。
6、了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。
7、通过实验，了解比热容，尝试用比热容说明简单的自然现象。
有合理利用资源、保护环境的意识，能在个人力所能及的范围内对社会的可持续发展有所作为。
9、了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
二、基础知识梳理
（一）分子热运动
1、物质的构成
①常见的物质是由极其微小的粒子－分子、原子构成的。
②分子非常小，如果把分子看成小球，那么分子的直径大约只有10-10m。
③分子间存在间隙。
2、分子热运动的概念
一切物质的分子都在不停地做无规则运动，因为分子的运动跟温度有关，所以这种无规则运动叫分子的热运动；温度越高，分子热运动越剧烈。
3、扩散现象
定义：不同的物质在相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散，例如“花气袭人知骤暖”“墙角放煤，日久变黑”“酒香不怕巷子深”“槐花飘香”等
影响因素：扩散现象与温度有关，温度越高扩散越明显。
4、分子间作用力
分子之间存在引力，所以固体和液体能保持一定的体积；分子之间存在斥力，所以固体和液体很难被压缩。
点拨
扩散、蒸发等是分子无规则运动的结果，而飞扬的灰尘、擦黑板时的粉笔灰、柳絮飞扬、大雪纷飞等是物体机械运动的结果。
（二）内能 热量
1、内能
①定义：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。
②单位：焦耳，简称焦，符号J。
③组成：分子动能：做热运动的分子具有的动能
分子势能：分子之间存在引力和斥力，因此具有势能
④改变方式：做功——内能的转化。例如：钻木取火、搓手取暖等。
热传递——内能的转移。例如：晒太阳、烧水、做饭等。
热传递和做功在改变物体的内能上是等效的。
2、热量
①定义：在热传递过程中，吸收或放出能量的多少。
②单位：焦耳，简称焦，符号J。
③说明：热量是一个过程量，伴随着热传递的产生而出现、随其终止而消失；物体本身并没有热量，不能说某个物体“具有”或“含有”热量，更不能说“比
较”两物体热量的多少，只能说物体“吸收”或“放出”了热量。
（三）比热容
1、定义
一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。
2、单位
焦每千克摄氏度，符号是J/(kg.℃）
3、定义式
（四）热机
1、定义
热机是利用内能做功的机械
2、种类
热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等
3、能量转换
燃料的化学能 气体的内能 机械能
（五）内燃机
1、定义
燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机
2、分类
汽油机——以汽油为燃料
柴油机——以柴油为燃料
（六）汽油机
1、工作原理
利用汽缸内燃烧的汽油产生高温高压的燃气来推动活塞做功.
2、工作过程
（1）冲程
汽油机工作时活塞在汽缸内做往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端，
叫做一个冲程。
（2）工作过程
四冲程汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，这四个冲程分别是吸气冲
程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，每个过程中曲轴和飞轮转动2周，活塞往复运动两次，对外做功1次。
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动。
压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，此过程机械能转化为内能。
做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动，此过程内能转化为机械能。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动。
（七）热机的效率
1、热值
（1）定义
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值
单位
焦每千克，符号为J/kg（气体燃料热值单位是J/m3）
（3）定义式
（4）理解
热值是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，燃料定，热值就定，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系。
2、热机的效率
（1）定义
用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
（2）公式
（3）物理意义
表示使用热机时对燃料的利用率的高低，是描述热机性能的一个重要指标
（4）常见的热机效率
蒸汽机：6%~15%，汽油机20%~30%，柴油机：30%~45%
（5）提高热机效率的方法
使燃料充分燃烧；尽量减少热量损失；在热机的设计和制造上，采用先进的技术；
保证良好的润滑，减小机械摩擦。
三、方法技巧点拨
（一）对扩散现象的理解
（1）扩散现象发生的条件：一是不同种物质，二是相互接触，二者缺一不可。如热水与冷水混合变成温水，这不是扩散现象。
（2）扩散现象既可以发生在相同状态的物质之间，如水和酒精之间；也可以发生在不同状态的物质之间，如糖块和水之间.
（3)在相同的条件下，气体扩散最快，液体扩散较快，固体扩散最慢.
（二）区分分子热运动和机械运动
分子热运动是物体内大量分子的无规则运动，是自发的，永不停息的，不受外界影响的；而物体的机械运动是一个物体相对于另一个物体位置的改变，是受外力影响的。
（三）温度、热量、内能三者之间的区别和联系
温度 热量 内能
区别 定义 宏观上：表示物体的冷热程度；微观上：反映物体中大量分子无规则运动的剧烈程度 在热传递过程中，吸收或放出能量的多少 构成物体的所有分子，其热运动的分子动能与分子势能的总和
性质 状态量 过程量 状态量
表述 用升高、升高到降低、降低到表述 用放出或吸收表述 用有、具有、改变、增加、减少、等表述
单位 摄氏度 焦耳 焦耳
联系 热传递可以改变物体的内能，使其内能增加或减少，但不一定改变物体的温度(如晶体的熔化、凝固过程)
（四）热量的计算
公式
2.关于公式的理解
（1）注意热量的计算公式，只适用于物质在温度升高或降低时吸热
或放热的计算，不适用于在物态变化过程中吸热或放热的计算，这是因为在
发生物态变化的过程中，物质的状态变化会影响比热容，且在有些物态变化
过程中，物质吸热或放热但温度不变。
(2)注意抓住关键词语，如“升高”“升高了”“升高到”“降低”“降低了”“降低到”的物理含义.
（五）柴油机、汽油机的异同点
内燃机、项目 汽油机 柴油机
不同点 构造 火花塞 喷油嘴
点火方式 点燃式 压燃式
吸气冲程 吸入气缸的是汽油和空气的混合物 吸入气缸的是空气
主要特点 轻巧但输出功率小 笨重但输出功率大
适用范围 小汽车、摩托车 载重汽车、坦克、轮船
相同点 (1)都是内燃机；
(2)做功冲程中都将内能转化为机械能；
(3)汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是在压缩冲程结束后；
(4）都是由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转2周，对外做功1次；
(5)排气冲程都是把废气排出汽缸；
(6)启动时都是靠外力先使曲轴上的飞轮转动起来
（六）燃气做功的求法
一个做功冲程做的功直接可用公式W=Fs求出，式中的s等于一个做功冲程中活塞的行程。其中活塞的行程通常以mm为单位，计算时要把它换算为以m为单位.求燃气在一定时间内做的功，首先要依据该时间内工作循环的次数确定做功的次数，然后用一个做功冲程做的功乘以做功次数，就是所求的该时间内做的总功。
四、经典例题解读
例1 关于温度、热量和内能，下列说法正确的是( )
A.0 ℃的冰块内能为0
B.汽油机做功冲程中气缸内燃气的内能增加
C.存在温度差的两个物体相接触会发生热传递
D.出笼的馒头变凉的过程中所含的热量在减少
答案：C
解析：物体在任何情况下都具有内能，0 ℃的冰块内能不为0，A错误；汽油机的做功冲程中，气缸内的燃气对外做功，内能减少，B错误；相互接触的两个物体之间发生热传递的条件是这两个物体的温度不同，即存在温度差，C正确；出笼的馒头变凉的过程中，温度降低，内能减少，热量是指在热传递过程中传递能量的多少，是一个过程量，不能用“含有”描述，D错误。
例2某汽油机的四个冲程如图所示。在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下一个冲程是( )
A. B. C. D.
答案：C
解析：汽油机的四个冲程是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下一个冲程是做功冲程；由图可知，C图中两个气阀都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，故C正确；故选C。
例3 为了探究热传递过程中高温物体、低温物体温度变化的特点，小明做了如下实验，将盛有30 ℃凉水的小烧杯放入盛有70 ℃热水的大烧杯中，分别用温度传感器测量两杯水的温度变化情况，绘制成如图所示的图像.下列说法错误的是( )
A.热水和凉水到达同一温度的时间是相同的
B.热水温度下降比凉水温度升高得快
C.热水放出的热量等于凉水吸收的热量
D.热水的质量可能小于凉水的质量
答案：C
解析：在热传递中，两杯水是同时到达平衡温度的，A中说法正确；由题图可知，在0~400 s内热水温度降低了30 ℃、凉水温度升高了10 ℃，所以热水温度下降比凉水温度升高得快，B中说法正确；由于热水放热时小烧杯也要吸热，同时会有一部分热量传递到周围的空气中，所以热水放出的热量大于凉水吸收的热量，C中说法错误；热水的温度变化量比凉水的大，二者的比热容相同，水的质量，热水的质量可能比凉水小，D中说法正确.
例4 如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于该冲程及其能量转化判断正确的是( )
A.做功冲程，将机械能转化为内能
B.做功冲程，将内能转化为机械能
C.压缩冲程，将机械能转化为内能
D.压缩冲程，将内能转化为机械能
答案：B
解析：由图可知，汽油机的两个气阀都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，所以是做功冲程，该冲程燃料燃烧产生高温高压的气体，推动活塞做功，内能转化成机械能，故B正确，A、C、D错误。
例5 小华家使用的是天然气热水器，他尝试估测该热水器的效率，以核对铭牌上的数值是否准确.当只有该热水器使用天然气时，把50 kg的水从加热到，天然气表的示数由变为，已知水的比热容，天然气的热值.求：
（1）水吸收的热量；
（2）消耗的天然气完全燃烧放出的热量；
（3）该热水器的效率.
答案：（1）水吸收的热量
（2）消耗的天然气的体积
天然气完全燃烧放出的热量
（3）该热水器的效率

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