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专题2 2比热容 内能的利用
一、比热容
1．定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1 ℃时吸收（放出）的热量。
2．物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。
3．比热容是物质的一种特性，大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。
4．水的比热容为4.2×103 J(kg·℃)，表示：1 kg的水温度升高（降低）1 ℃吸收（放出）的热量为4.2×103 J。
5．水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。
二、探究物质的比热容
1．在科学探究过程中要采用控制变量法，即让两种不同物质的质量相同，温度相同，升高的温度相同。
2．在探究中应尽量保证让不同物质在相同的时间内吸收的热量相等，用加热时间的多少表示物质吸收热量的多少。
3．在探究中应尽量避免热量的损失。
三、热量的计算
1．热量的计算公式：用c表示物质的比热容，用m表示物体的质量，用t表示物体的末温，用t0表示物体的初温，则物体温度升高时，所吸收的热量Q吸=cm(t–t0) ：物体温度降低时，所放出的热量Q放=cm(t0–t)，若用Δt表示物体温度的变化，则上述两个公式可统一表示为Q＝cmΔt。
2．应用热量的计算公式解题时，公式中各物理量的单位要统一，即比热容c的单位是J/（kg·℃），质量m的单位是kg，温度的单位是℃，热量的单位是J。
3．热量公式Q＝cmΔt适用于物体温度变化过程中，物体所吸收或放出热量的计算，物态变化过程中，物体所吸收或放出的热量不能用Q＝cmΔt计算。
4．运用热量计算公式解题时要注意明确“初温”、“末温”、“温度升高到”、“温度升高了”、“温度降低到”、“温度降低了”的含义。
四、热机
1.热机：利用内能做功的机械叫热机。
热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。
2. 内燃机的工作原理
(1)汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。
冲程—活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
汽油机的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；
压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高；
做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；
排气冲程—靠惯性运动，排出废气。
(2)柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。
柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1)吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2)压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3)做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。
五、热机效率
1．热值(q)：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。
(1)燃料燃烧放出热量：Q放 ＝qm；(Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg。)
对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
(2)热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。
2.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：
3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧(完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒)； ②废气排出带走能量(废气的利用)；③克服磨擦，消耗能量(使用润滑剂，减小摩擦)
六、能量转化与守恒
1.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
汽油机和柴油机的比较： 汽油机柴油机不同点构造顶部有一个火花塞。顶部有一个喷油嘴。吸气冲程吸入汽油与空气的混合气体吸入空气点燃方式点燃式压燃式效率低高应用小型汽车、摩托车载重汽车、大型拖拉机相同点冲程：活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。 一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。
考点1 比热容
【例1】（2023秋 蚌埠月考）为了比较、两种液体的吸热能力，小明用完全相同的加热装置对质量相等的、两液体进行加热，根据实验数据绘制的温度随时间变化的图像如图所示。根据图像信息，下列说法中正确的是　　
A．、两液体在内吸收的热量之比为
B．、两液体在内吸收的热量之比为
C．、两液体的比热容之比为
D．、两液体的比热容之比为
【答案】
【分析】（1）用相同的加热器加热，在相同时间内，两种液体吸收的热量是相同的；
（2）根据求出、两液体的比热容之比。
【解答】解：、用相同的加热器加热，在相同时间内，加热器放出的热量是相同的，则两种液体吸收的热量是相同的，所以在内，、两液体吸收的热量是相同的，故其吸收的热量之比为，故、错误；
、由图像可知，在内，液体温度升高了△，
液体温度升高了△，已知质量相等的、，
根据△可得，、两液体的比热容之比为：
，故正确，错误。
故选：。
1．（2023秋 兴宁区校级月考）由热量计算公式△得。下列说法正确的是　　
A．比热容与物质吸收的热量成正比
B．比热容与物质的质量跟其变化的温度的乘积成反比
C．物体吸收的热量越多，其比热容越大
D．比热容是物质的一种属性，其大小与物体所吸收的热量、质量和升高的温度无关
【答案】
【分析】质量是的某种物质，温度升高吸收的热量叫这种物质的比热容。
比热容是物质的一种特性。物质的比热容只跟物体的种类和状态有关，与物体质量的大小、温度高低、吸收或放出热量的多少均无关。
【解答】解：比热容是物质本身的一种特性，物质的比热容只跟物质的种类和状态有关，与物质质量、温度高低、吸收或放出热量的多少均无关，故错误，正确。
故选：。
2．（2023秋 岳阳楼区校级月考）小明根据如表提供的几种物质的比热容得出以下四个结论，其中正确的是　　
几种物质的比热容
水 煤油 铜 砂石
酒精 冰 水银 铝
A．液体的比热容一定比固体大
B．同一种物质发生物态变化后，比热容不变
C．炎热的夏天，砂石烫脚，而海水清凉，是因为砂石的比热容大
D．质量相等的铝块和铜块，升高相同的温度，铝块吸收的热量多
【答案】
【分析】根据比热容的特点进行分析判断，以及吸收热量的公式进行解答。
【解答】解：、液体的比热容不一定比固体的大，比如：固态冰的比热容比液态水银的比热容大，所以错误。
、水和冰是同一物质的不同状态，水变成冰后比热容变化了，故错误。
、质量相同的水和砂石，吸收相同的热量后，水升高的温度少，所以炎热的夏天，砂石烫脚，而海水清凉，是因为水的比热容大，故错误。
、铝的比热容大于铜的比热容，根据△可知质量相等的铝块和铜块，升高相同的温度，铝块吸收的热量多，故正确。
故选：。
3．（2022秋 福山区期末）夏天，海边的昼夜温差小，这是因为水的比热容较大。下列现象中不能反映水的这一特性的是　　
A．北方供暖系统用水循环散热
B．春天的夜晚，农民往稻田里灌水以防秧苗冻坏
C．炎热的夏天常常在教室的地面上洒水
D．城区建造人工湖以降低“热岛效应”造成的夏季高温
【答案】
【分析】①对水的比热容大的理解：相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多。
②水分的蒸发会从周围吸热而降低周围环境的温度，即蒸发吸热。
【解答】解：、因为水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度，水释放的热量多，所以北方供暖系统用水循环散热，故不符合题意；
、因为水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多，所以晚上向秧苗田里放水，水可以放出更多的热量以防冻坏秧苗，故不符合题意；
、炎热的夏天，往室内地面上洒水，水蒸发会从周围吸热而降低周围环境的温度，不是利用水的比热容大的特点，故符合题意；
、城市修建人工湖，使水的覆盖面积增大，因为水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，吸收相同的热量，温度升高的少，可以减弱热岛效应，故不符合题意。
故选：。
考点2 热机
【例2】（2023 南岗区模拟）关于热机的能量转化过程，下列说法正确的是　　
A．将势能转化为动能
B．将机械能转化为化学能
C．将内能转化为机械能
D．主要目的是通过热传递改变内能
【答案】
【分析】解决此题要知道在四冲程内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生大量的高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。
【解答】解：热机就是把燃料燃烧得到的内能转化为机械能的装置；在四冲程内燃机的工作过程中，做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力，故正确，错误。
故选：。
1．（2023秋 鹤山市月考）如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，顺序排列正确的是　　
A．甲乙丙丁 B．乙丁甲丙 C．丁甲丙乙 D．丙丁乙甲
【答案】
【分析】汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
用口诀：“先看气门开关情，再看活塞上下行；开下吸气开上排，关上压缩关下功”判断冲程名称。
【解答】解：甲图两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，将内能转化为机械能；
乙图进气门开启，活塞下移，空气和汽油混合物流入汽缸，是吸气冲程；
丙图排气门开启，活塞上行，排出废气，是排气冲程；
丁图两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，将机械能转化为内能；
汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，故正确排列顺序应该为：乙丁甲丙。
故选：。
2．（2023 六安模拟）如图所示，用酒精灯加热试管内的水，一段时间后，塞子会被冲出。下列判断正确的是　　
A．酒精灯燃烧过程中，酒精的热值在变小
B．水在升温过程中，分子运动的剧烈程度不变
C．试管内水的温度升高是通过做功的方式使其内能增加
D．塞子被冲出的过程发生的能量转化与四冲程汽油机的做功冲程能量转化相同
【答案】
【分析】（1）热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与其质量和燃烧情况无关；
（2）分子在永不停息地做无规则运动，温度越高分子运动越剧烈；
（3）改变物体内能的方式有做功和热传递；
（4）在汽油机的四冲程中，其中压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能。
【解答】解：、热值是燃料的一种特性，酒精灯中酒精燃烧的过程中，酒精的热值不变，故错误；
、水在升温过程中，温度升高，分子运动的剧烈程度变大，故错误；
、加热水的过程中，水吸收热量，是通过热传递的方式来改变水的内能，故错误；
、在塞子被冲出试管口的过程中，水蒸气膨胀做功，将内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能减小，是通过做功的方式改变内能的，与热机的做功冲程的能量转化相同，故正确。
故选：。
3．（2023 武陟县模拟）一台四冲程内燃机转速为，则　　
A．每分钟内做功100次，共有400个冲程
B．每分钟内做功200次，共有200个冲程
C．每秒内做功20次，共有10个冲程
D．每秒内做功5次，共有20个冲程
【分析】热机一个工作循环，燃气对外做功一次，活塞往返两次，飞轮转动两周，经历四个冲程，根据这个比例进行判断。
【解答】解：内燃机转速为，是指飞轮转动，根据燃气对外做功一次，飞轮转动两周，经历四个冲程，所以燃气每分钟做功300次，共经历1200个冲程，或燃气每秒做功5次，共经历20个冲程。
故选：。
考点3 热机的效率
【例3】（2023秋 文水县月考）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列说法错误的是　　
A．图甲是压缩冲程
B．由图乙可知该汽油机的效率是
C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，但汽油的热值不变
D．为节能，冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了汽油机的热机效率
【答案】
【分析】（1）根据气门的闭合或打开情况，结合活塞的运动方向可判断汽油机的冲程；
（2）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，结合图中数据分析；
（3）热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关；
（4）冬天利用尾气中的余热给车内供暖，可以提高能量的利用效率。
【解答】解：、根据图甲可知，两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程，故正确；
、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：，即该汽油机的效率为，故正确；
、热值是燃料本身的一种特性，由燃料本身决定，和燃料的质量、放出热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，故正确；
、冬天利用尾气中的余热给车内供暖，该举措可以提高能量的利用效率，但不能提高汽油机的热机效率，故错误。
故选：。
1．（2023秋 新邵县校级月考）一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占，废气带走的能量占、摩擦等机械损耗占，则它的热机效率为　　
A． B． C． D．
【答案】
【分析】热机效率是指在热机在用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，根据热机效率等于燃料完全燃烧放出的能量减去汽缸散热损失的能量、废气带走的能量、摩擦等机械损耗可求出该内燃机的热机效率。
【解答】解：该内燃机的热机效率，故错误，正确。
故选。
2．（2023秋 太和县月考）我国某集团于2020年正式发布全球首款效率突破的商用柴油机，世界内燃机发展出现历史性新突破。下列说法正确的是　　
A．随着技术的进步，柴油机的效率能达
B．通过减少各部件间的摩擦可提高柴油机的效率
C．该柴油机的效率越高，则表示柴油机做功越快
D．柴油机工作过程中随着柴油质量的减小，柴油的热值减小
【答案】
【分析】（1）内燃机的能量损失中，废气带走的能量较多，热机的效率不可能到达；
（2）提高燃料的利用率和减少能量损失均可以提高热机效率，减少各部件间的摩擦可以减少能量损失，也可以提高热机效率；
（3）用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率；功率表示做功的快慢；
（4）燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关。
【解答】解：、由于热量损失不能避免，则热机的效率不可能到达，故错误；
、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，提高燃料的利用率和减少能量损失均可以提高热机效率，减少各部件间的摩擦可以减少能量损失，也可以提高热机效率，故正确；
、用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率；功率表示做功的快慢，二者没有必然联系，故错误；
、热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，因此当柴油质量不断减少时，柴油的热值不变，故错误。
故选：。
3．（2023 郑州一模）如图是四冲程汽车发动机某一冲程的示意图，下列说法正确的是　　
A．该冲程为排气冲程，废气带走的能量最少
B．该汽油机吸气冲程中吸入的只有空气
C．若汽油在气缸内完全燃烧，则发动机效率可达
D．若汽油机飞轮的转速为，则在内对外做功900次
【答案】
【分析】（1）根据进气门、排气门的开关和关闭情况，活塞的运动方向判断发动机的冲程，排气冲程中废气带走很大一部分热量；
（2）汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气和汽油的混合物，柴油机吸气冲程吸入汽缸的是空气；
（3）汽油机在工作过程存在摩擦、废气也会带走很大一部分能量；
（4）汽油机的一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次。
【解答】解：、由图可知，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，该冲程为压缩冲程，故错误；
、汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气和汽油的混合物，故错误；
、即使汽油在气缸内完全燃烧，但是汽油机在工作过程存在摩擦、废气也会带走很大一部分能量，所以发动机的效率不可能达到，故错误；
、若汽油机飞轮的转速为，由于汽油机的一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，则该汽油机内对外做功900次，故正确。
故选：。

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