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第一部分　考点过关
第十二讲　内能与热机
内能
1.内能
（1）定义：物体内所有分子无规则运动的 　动能　 ，以及 　分子势能　 的总和叫做物体的内能.内能的国际单位是 　焦耳　 ，符号为 　J　 .
（2）影响因素
①温度：同一物体，温度升高，内能 　增加　 ；温度降低，内能 　减少　 .
动能
分子势
能
焦耳
J
增加
减少
②质量：在温度、状态相同的情况下，质量大的物体，内能 　大　 .
③物体的内能与其材料和状态也有关.
大
（3）特点：一切物体在 　任何　 时候都有内能，如0℃的冰具有内能.
（4）改变物体内能的方式
热传递 做功
实质 能量的 　转移　 能量的 　转化　
生活实例 烧水做饭、哈气取暖、晒太阳 钻木取火、搓手取暖
任何
转移
转化
热传递 做功
说明 a.条件：存在温度差 b.规律：高温物体放出热量，内能 　减少　 ；低温物体吸收热量，内能 　增加　 外界对物体做功，物体的内能 　增加　 ；物体对外做功，物体的内能 　减少　
联系 热传递和做功在改变物体的内能上是等效的
减少
增加
增加
减
少
2.热量
（1）定义：在热传递过程中，物体间 　内能　 传递的多少.用符号 　Q　 表示.
（2）单位：焦耳，符号： 　J　 .
内能
Q
J
如图所示，在配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，看到的现象是 　硝化棉燃烧起来　 .这是因为活塞压缩空气，使空气的内能 　增大　 ，温度升高，这一过程与内燃机工作的 　压缩　 冲程原理相同.
硝化棉燃烧起来
增大
压
缩
如图所示，在试管里装入一些水，用软木塞塞住试管口，将试管放在酒精灯上加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲开，在这一过程中，水蒸气膨胀对软木塞 　做功　 ，水蒸气的一部分 　内能　 转化为软木塞的 　机械　 能，利用这一原理，可以制成热机.
做功
内能
机械
练1　下列关于内能知识的描述正确的是（　C　）
A.物体温度越高内能越大，所以0℃的冰没有内能
B.温度越高的物体含有的热量越多，所以0℃的冰没有热量
C.摩擦生热是通过做功的方式改变了物体的内能
D.物体吸收热量，内能增加，温度一定升高
C
练2　用打气筒给自行车轮胎打气，活塞压缩筒内空气，空气温度升高，这是通过 　做功　 方法改变内能.打气筒外壁的下部也会热，这是通过 　热传递　 方法改变内能.
做功
热传递
比热容
1.比热容
（1）定义：一定质量的某种物质在温度升高（或降低）时吸收（或放出）的 　热量　 与它的 　质量　 和升高（或降低） 　温度　 的乘积之比，叫做这种物质的比热容，用符号c表示.
（2）国际单位： 　焦每千克摄氏度　 ，符号： 　J/（kg·℃）　 .
（3）计算公式：c＝ 　 　
2.水的比热容较 　大　 ，c水＝ 　4.2×103J/（kg·℃）　 .
3.物质吸、放热量的计算
（1）吸热公式： 　Q吸＝cm（t2－t1）　 .
（2）放热公式： 　Q放＝cm（t1－t2）　 .
热量
质量
温度
焦每千克摄氏度
J/（kg·℃）

大
4.2×103J/（kg·℃）
Q吸＝cm（t2－t1）
Q放＝cm（t1－t2）
练3　湿地被称为“地球之肾”，能调节空气的湿度和温度，其中能调节温度主要是因为水的（　A　）
A.比热容大 B.密度大
C.流动性大 D.热值大
A
练4　把磨得很光滑的铅片和金片紧压在一起，一段时间后，可以看到它们互相渗入对方，这种现象属于 　扩散　 现象；若使质量为5kg的水温度从20℃升高到40℃，则水吸收的热量为 　4.2×105　 J，已知c水＝4.2×103J/（kg·℃）.
扩散
4.2×105
内燃机
1.热机
（1）定义：把燃料燃烧时释放的 　内能　 转变为机械能的装置.
（2）工作原理
化学能 内能 机械能
（3）应用：蒸汽机、内燃机、喷气式发动机等.
内能
（1）定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机.内燃机中最常见的是 　汽油机　 和 　柴油机　 .
（2）汽油机的工作过程
①汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是吸气冲程、 　压缩　 冲程、 　做功　 冲程、排气冲程.
②在一个工作循环中，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮均转动 　2　 周，对外做功 　1　 次.
③在四个冲程中，只有 　做功　 冲程是燃气对外做功，将 　内　 能转化为 　机械　 能；其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的 　惯性　 来完成.压缩冲程将 　机械　 能转化为 　内　 能.
汽油机
柴油机
压
缩
做功
2
1
做功
内
机械
惯性
机械
内
2.内燃机
练5　四冲程内燃机在一个循环中，内能转化为机械能的冲程是（　C　）
　 　 　
A.吸气 B.压缩 C.做功 D.排气
C
练6　关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（　C　）
A.吸气冲程：只吸入空气
B.压缩冲程：缸内温度降低
C.做功冲程：气体推动活塞做功
D.排气冲程：内能转化为机械能
C
练7　一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速是2 400r/min，则该汽油机每秒钟完成 　80　 个冲程，对外做功 　20　 次.
80
20
　　机种 区别　　 柴油机 汽油机
构造 喷油嘴 火花塞
吸入气体 空气 汽油和空气的混合物
点火方式 压燃式点火 火花塞点火
使用范围 载重汽车、火车等 小汽车、飞机等
（3）柴油机与汽油机的区别
热机效率
1.燃料放出热量的计算公式：Q＝ 　qm　 （适用范围：固体、液体）；Q＝ 　qV　 （适用范围：气体）.
2.热机效率
（1）定义：热机运转中，对外做的 　有用功　 与燃料完全燃烧所释放的能量的比值.
（2）公式：η＝ 　×100%　 .
qm
qV
有用功
×100%
①使燃料充分燃烧.如：将煤粒磨成煤粉、加大送风量等.
②尽量减小各种热量损失.
③机器零件间保持良好的润滑，减小摩擦.
（3）提高效率的途径
练8　某柴油机工作一段时间后，油箱里的柴油没有发生变化的是 　②③④　 （选填序号：①质量；②密度；③比热容；④热值）.完全燃烧10kg柴油放出的热量Q＝ 　4.3×108　 J.（q柴油＝4.3×107J/kg）
拓展：热值是燃料的一种属性，只取决于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关.
②③④
4.3×108
练9　小华探究水沸腾的特点，加热的过程中，是通过 　热传递　 方式改变水的内能；烧杯中水的质量为100g，水温从40℃升高到100℃，水吸收的热量为 　2.52×104　 J，相当于完全燃烧 　0.84　 g酒精放出的热量.[c水＝4.2×103J/（kg·℃），q酒精＝3.0×107J/kg]
热传递
2.52×104
0.84
练10　某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶，行驶600s汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J，消耗汽油1kg（假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107J/kg）.在这一过程中，汽车行驶的路程为 　1.5×104　 m，汽车受到的阻力为 　2×103　 N，汽车发动机的效率为 　60%　 .
1.5×104
2×103
60%
易错点　 温度、热量、内能之间的关系
知识点拨：1.一切物体都有内能，物体内能的大小与其质量和温度有关，温度升高，内能一定增加.2.改变内能的方式有做功和热传递.3.物体吸收热量，温度不一定升高，如晶体熔化时，吸收热量，温度不变.
　（2023营口）关于温度、内能、热量，下列说法正确的是（　C　）
A.温度高的物体含有的热量多
B.物体吸收热量，温度一定升高
C.气体膨胀对外做功，自身内能会减少
D.热传递过程中，温度从高温物体传递给低温物体
C
　（2023黑龙江）以下关于同一物体的内能、热量、温度的说法正确的是（　C　）
A.物体内能增大，温度一定升高
B.物体温度升高，一定吸收了热量
C.物体温度升高，内能一定增大
D.物体内能增大，一定吸收了热量
C
实验　 探究物质吸热或放热规律
【实验方法】控制变量法、转换法.
【实验器材】 　温度计　 、 　停表　 、天平、搅拌器（或玻璃棒）、水和煤油、两个相同的烧杯、两个相同的酒精灯.
温度计
停表
甲
【设计与进行实验】
如图甲：
【实验装置】
1.按先下后上的顺序组装实验器材.
2.分别在两烧杯内装入 　质量　 、 　初温　 相同的水和煤油.
3.用相同的酒精灯加热，是为了保证相同时间内，水和煤油 　吸收的热量相同　 .
4.实验中，不断用搅拌器（或玻璃棒）搅拌，是为了使水和煤油 　受热均匀　 .
5.通过比较 　加热时间　 来比较水和煤油吸收热量的多少，运用了 　转换　 法.
质量
初温
吸收的
热量相同
受
热均匀
加热时间
转换
加热时间/min 0 2 4 6 8 10
煤油的温度/℃ 20 24 28 32 40
水的温度/℃ 20 22 24 26 28 30
【实验结论】质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量 　不同　 ；吸收相同的热量，升高的温度 　不同　 .即不同物质的吸热能力 　不同　 .
不同
不同
不同
6.实验表格设计及数据记录.
【交流与反思】
7.由实验表格可知，加热相同的时间，升温较快的是 　煤油　 ；升高相同的温度， 　水　 吸收的热量较多.由此可知， 　水　 的比热容较大.水的这一特性在生活中有很多应用，请举一例 　作冷却剂　 .
8.分析表格数据，加热8min时，煤油的温度应为 　36　 ℃.已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），则煤油的比热容为 　2.1×103　 J/（kg·℃）.
解题关键：相同时间内，煤油和水吸收的热量相同，根据Q吸＝cmΔt计算.
煤油
水
水
作冷却剂
36
2.1×103
9.实验中，水和煤油的内能不断增大，是通过 　热传递　 的方式改变的.
10.实验改进：如图乙、丙所示，使用同一热源（水浴法）或相同规格的电加热器加热，可以确保相同时间内两种物质吸收的热量 　相同　 .
乙
丙
热传递
相
同
　某小组使用相同的装置分别对相同质量的水和食用油加热，得到温度随时间变化的图像如图所示，下列说法正确的是（　B　）
B
A.a液体的比热容大
B.b液体是水
C.0～3min内a液体吸收的热量多
D.升高相同的温度时，b液体吸收的热量少
命题点1　改变内能的方式
1.（2022遵义）今年端午节期间，某同学一家驾驶小汽车从遵义城区前往赤水探亲，全程250km，用时约3.25h，该小汽车全程的平均速度约 　77　 km/h（计算结果保留整数）；该小汽车的发动机是汽油机，汽油机工作时主要通过 　做功　 方式改变气缸内气体的内能.
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做功
命题点2　比热容的理解与应用
2.（2017贵阳）环境就是民生，贵阳市实施碧水保护工程，就是要保护好水资源，水对生态环境、气候有一定的调节作用，这是因为水具有较大的 　比热容　 ，请你对保护生态环境提一条有价值的建议： 　不乱丢废电池　 .
比热容
不乱丢废电池
命题点3　热机及其能量转化
3.（2020贵阳）内燃机的问世极大改善了人类的交通运输方式，但同时也带来了许多环境问题，如四冲程内燃机工作时就因 　排气　 冲程排放的废气对大气造成污染.
4.（2019贵阳）柴油机压缩冲程中，随着活塞的运动，气缸内空气密度不断 　增大　 （选填“增大”“减小”或“不变”），这时活塞的机械能转化为被压缩空气的 　内能　 ，使其温度更高、压强更大.
排气
增大
内能
命题点4　热量、热效率的相关计算
5.（2022黔东南州）2022年2月27日11时许，伴随着一阵山呼海啸般的巨响，长征八号遥二运载火箭搭载着22颗卫星，在我国文昌航天发射场一飞冲天，创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录，由此开启了我国新的共享火箭“拼车”模式.火箭发动机做功把燃料燃烧的内能转化为 　机械　 能，若该燃料的热值为1.4×108J/kg，则完全燃烧500g该燃料放出的热量是 　7×107　 J.
机械
7×107
6.（2022铜仁）全球汽车保有量在迅速增长，截止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2.1t，若不计热量损失，这些燃料完全燃烧可供1×106kg的水温度升高 　23　 ℃；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 　7×1010　 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4.2×103J/（kg·℃），汽油的热值为4.6×107J/kg]
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7×1010
命题点5　实验探究
7.（2019安顺）小军利用如图所示装置和器材，探究水的沸腾特点和物质的吸热能力.
（1）小军设计的电路中的R甲、R乙的阻值大小必须满足的条件是 　R甲＝R乙　 .
（2）只闭合开关S2，观察水的加热过程，测得数据如下表：
时间/min 0 1 3 4 5 6 7 8 9
温度/℃ 90 92 94 96 97 98 98 98 98
R
甲＝R乙
（3）断开S2，待水冷却后，继续探究物质的吸热能力，小军应控制水和煤油的 　质量　 相同、初温度相同，且应先闭合开关 　S1　 ，并控制水的末温度低于 　98　 ℃，实验表明：水的末温度比煤油 　低　 ，水的吸热能力比煤油强.
质量
S1
98
低

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