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(共49张PPT)
第十一讲　内能及其利用
1.分子热运动
物质的构成 常见的物质是由分子、原子构成的，分子由原子组成，原子由带正电的原子核和核外带 　负电　 的电子组成
分子热运动 由于分子的运动跟温度有关，所以分子的无规则运动叫作分子热运动。温度越高，分子无规则运动越 　剧烈　
扩散现象 不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象。一切物质的分子都在运动，分子间有间隙。扩散现象与温度有关，温度越高，扩散现象进行得 　越快　
负电　
剧烈　
越快　
知识梳理
分子间的作用力 分子间同时存在相互作用的引力和斥力。分子间的引力使分子紧密结合在一起，分子间的斥力使分子之间保持一定的间隙
分子动理论 常见的物质是由大量的 　分子　 、原子构成的，分子在 　永不停息地做无规则　 运动，分子间是有间隙的，分子间存在相互作用的
　引　 力和 　斥　 力
分子　
永不停息
地做无规则　
引　
斥　
2.内能
内能 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
单位 焦耳，简称焦，符号为J
特点 一切物体都有内能，物体内能的大小不可能为0
影响内能的因素 质量 反映了物体内部分子数的多少
温度 反映了物体内部分子运动的 　剧烈程度　 。质量一定的物体，温度越高（体积不变），其内能越 　大　 ；温度不变时，内能可能改变，如晶体熔化过程，液体沸腾过程
种类 不同物质的分子大小、结构不同，分子势能不同
动能　
剧烈程度　
大　
影响内能的因素 状态 物体的状态不同，分子间的距离不同，作用力也不同，分子势能也就不同
改变内能的方式 热传递 实质：内能的转移 联系：两种方式改变物体的内能效果 　相同　
条件：存在 　温度差　 ，热量从高温物体传到低温物体
热平衡标志：温度相同
例：烧水，晒太阳，用热水袋取暖等
做功 实质：内能与其他形式能的转化
物体对外做功，内能 　减少　 ；外界对物体做功，物体内能 　增加　
例：钻木取火，摩擦生热，弯折铁丝等
相
同　
温度差　
减少　
增加　
3.热量与热值
热量 定义 物体在热传递过程中内能改变的多少
单位 焦耳，简称焦，符号是J
热值 定义 某种燃料 　完全　 燃烧时所放出的热量与其质量之比，用符号q表示
单位 J/kg（固体或液体）或J/m3（气体）
性质 热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类 　有关　 ，与燃料的质量、体积以及是否完全燃烧均 　无关　
公式 定义式：q＝
热量计算式：Q＝mq（固体或液体），Q＝Vq（气体）
完全　
有关　
无关　
热值 物理 意义 描述燃料燃烧放热本领的物理量，如木炭的热值是3.4×107 J/kg，表示1 kg木炭完全燃烧所放出的热量为3.4×107 J
4.比热容
物质吸、放 热性能的 比较方法 ①加热相同时间，比较升高的温度
②升高相同温度，比较加热时间的长短
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）的温度的乘积之比，用符号c表示
单位 J/（kg·℃），读作焦每千克摄氏度
物理意义 反映不同物质吸、放热能力的强弱，如水的比热容是4.2×103 J/（kg·℃），表示 1 kg水的温度升高（或降低）1 ℃所 　吸收　 （或
　 放出　 ）的热量为 　4.2×103　 J
吸收　
放出　
4.2×103　
影响因素 比热容只与物质的种类及状态有关，与物质的质量、吸（或放）热的多少以及温度的变化无关
公式 定义式：c＝
吸热公式：Q吸＝cm（t－t0）
放热公式：Q放＝cm（t0－t）
总公式：Q＝cmΔt（其中Δt为温度变化量）
现象解释 ①用水降温，用人工湖调节气温，都是利用水的 　比热容大　 的特点
②沙漠地区昼夜温差大，海滨城市昼夜温差小：砂石的比热容比水的比热容小，在质量和吸收或放出的热量相同时，水的温差小，砂石的温差大
比热容大　
5.热机及其效率
热 机 工作原理 燃料燃烧将化学能转化为内能，再通过 　做功　 将内能转化为机械能
分类 汽油机、柴油机等
汽油机的 工作过程 （一个 工作循） 　 　
吸气冲程　　压缩冲程　　做功冲程　　排气冲程
能量转化 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
做功　
机械　
内　
内　
机械　
热 机 一个循环的 相关数据 4个冲程，飞轮转2圈，曲轴转2圈，活塞往复运动2次，对外做功1次
热 机 效 率 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
公式 η＝×100％＝×100％
提高效率 的措施 ①使燃料充分燃烧
②尽量减少各种热量损失
③保持良好的润滑，减少因摩擦而额外消耗的能量
有用　
完全燃烧　
6.能量的转化和守恒
能量转化 和转移 转化 能量由一种形式 　转化　 为另一种形式
转移 能量不经过转化，直接由一个物体 　转移　 到另一个物体
能量守恒定律 内容 能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的 　总量　 保持不变
说明 能量的转化和转移都是有 　方向性　 的，因此要节约使用能源。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一
转化　
转移　
总量　
方向性　
　　实验突破23　探究物质的吸、放热性能
1.实验目的：探究物质吸热的多少与物质种类的关系。
2.实验器材：酒精灯、铁架台、烧杯、温度计、停表、托盘天平等。
3.实验装置：
　　
4.实验注意事项：
（1）为了让温度计的玻璃泡与被测液体充分接触，在安装装置时应先固定A，再固定B。
（2）为了让不同液体在相同时间内吸收的热量相同，实验过程中要用相同的酒精灯给液体加热，烧杯型号必须相同，两个实验装置必须在同一环境中进行。
5.实验结论：
（1）相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量是相同的。
（2）相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量是不同的。
（3）质量不同的同种物质，升高相同的温度，质量大的吸收的热量多，质量小的吸收的热量少。
　为探究甲、乙两种液体的吸热能力，某同学用如图所示的两个完全相同的装置进行实验，两种液体的质量和初始温度都相同。
（1）选用两个完全相同的装置分别给甲、乙两种液体同时开始加热，目的是 　加热相同时间，使液体吸收的热量相同　 。
加
热相同时间，使液体吸收的热量相同　
例题图
（2）写出图中装置的两处错误： 　温度计的玻璃泡接触了容器底　 、
　两种液体的体积相等　 。
改正错误后，同时加热，分别记录加热时间和液体的温度，数据如表所示：
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
甲的温度/℃ 90 92 94 96 98 98 98
乙的温度/℃ 90 93 96 99 102 102 102
温度计的玻璃泡接触了容器底　
两种液体的体积相等　
例题图
（3）加热4 min后，甲、乙两种液体的温度均不再升高，原因是 　两种液体的温度都到达沸点　 。
两种液体的温
度都到达沸点　
【拓展设问】
（4）【实验器材组装】从图中可以看出，在组装实验器材时，先确定 　陶土
网　 的位置，而后确定 　烧杯和温度计　 的位置。
（5）在该实验中，用酒精灯的外焰来加热的原因是 　外焰温度高，可以缩短加热时间　 。
（6）【实验数据分析】通过实验数据可知，吸热能力较强的是 　甲　 液体，物理上用 　比热容　 来表示物质的吸热能力。
陶土
网　
烧杯和温度计　
外焰温度高，可以缩短加
热时间　
甲　
比热容　
1.通过现象推测无法直接感知的物理规律是一种很常见的分析推理的方法。例如，通过水和酒精混合后的体积会变小，我们推测分子之间存在着间隙。应用此方法，我们由固体和液体很难被压缩的现象可以推知分子之间存在着 　斥力　 。
2.运用分子动理论，可以对液体的蒸发现象做出合理的解释：由于液体表面的分子在做 　无规则运动　 ，所以在任何温度下蒸发现象都能发生；温度越高，分子的 　无规则运动越剧烈　 ，从而蒸发得越快。
斥力　
无规则运动　
无规
则运动越剧烈　
基础提升　
考点1　分子动理论
第3题图
A.水分子间有空隙
B.水分子间存在吸引力
C.水分子间存在排斥力
D.水分子处在永不停息的无规则运动中
3.如图所示，“天宫课堂”上航天员王亚平将两块透明板上的水球接触后，再慢慢拉开透明板，形成一个长长的“液桥”，该现象主要说明了（　B　）
B
4.（2023·长沙）下列现象能说明分子做无规则运动的是（　C　）
A.春风拂面，柳絮飞扬 B.晨曦微露，雾漫山野
C.百花齐放，花香四溢 D.天寒地冻，大雪纷飞
C
5.（2023·本溪）如图所示的剪纸画反映的是过去东北的风俗——“窗户纸糊在外”。用糨糊能将窗户纸糊在木格子窗上，是利用分子间存在 　引力　 。窗户纸糊在外，可以有效防止在冬季木格子上积的雪 　熔化　 （填物态变化的名称）成水，使窗户纸润湿而掉下来。
第5题图
引力　
熔化　
6.（2023·兰州）打开中药包会闻到淡淡的药香味，这是 　扩散　 现象。慢火熬制，等药汤沸腾后，药香味更加浓郁，这说明温度越高，分子的运动越 　剧烈　 （选填“剧烈”或“缓慢”）。捆扎药包的细绳很难被拉断，是因为分子间存在 　引力　 （选填“引力”或“斥力”）。
7.（2023·赤峰）两个相同的杯子中装有质量相同的冷水和热水，分别向两杯中放入同样的糖块，冷水杯中的糖块比热水杯中的溶解得慢，这是因为冷水温度低导致（　D　）
A.物质分子不运动 B.水分子间没有间隙
C.糖分子间没有斥力 D.物质分子运动缓慢
扩散　
剧烈　
引力　
D
8.（2023·随州）近年来许多家庭使用电热液体蚊香器，瓶中的碳纤维棒将瓶内的杀虫剂吸到棒的顶端，而发热电阻传递的热会使棒的上端的温度达到50 ℃左右，此时杀虫剂蒸发得更快，从而提高了驱蚊效果。下列说法正确的是（　D　）
A.蒸发是液化的一种方式
B.在常温下，碳纤维棒里的杀虫剂分子不会运动
C.杀虫剂分子运动的快慢与温度高低有关，50 ℃时杀虫剂分子运动得最慢
D.一般情况下，温度升高汽化的速度会加快
D
1.（2023·岳阳）小明利用图示装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过 　热传递　 （选填“热传递”或“做功”）的方式改变水的内能，在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个实验体现了 　热机　 （选填“热机”或“电动机”）的原理。
第1题图
热传递　
热机　
考点2　内能及其利用
2.如图所示，在一个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，发现硝化棉燃烧，这说明对物体 　做功　 ，物体的内能 　变大　 。
第2题图
做功　
变大　
3.（2023·成都）把两滴墨水分别同时滴入盛有冷水和热水的两个玻璃杯中，实验过程及现象如图所示。分析可知，物体的温度越高，分子的无规则运动越 　剧烈（
快）　 。若将冷水倒掉一些，对比原来这杯冷水，则杯中剩余冷水的内能 　减小
　 。
第3题图
剧烈
（快）　
减
小　
4.关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　A　）
A.0℃的物体也具有内能
B.只要物体放出热量，温度就一定降低
C.物体的温度越高，含有的热量越多
D.热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体
5.下列说法正确的是（　D　）
A.物体的内能增加，一定是外界对物体做了功
B.物体的温度升高，一定是从外界吸收了热量
C.50 ℃的水的内能一定比10 ℃的水的内能多
D.内能是物体内所有分子动能和势能的总和
A
D
6.用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现塞在试管口的木塞被冲出，如图所示。下列说法正确的是（　C　）
A.试管中的水是靠做功的方式增加内能的
B.水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能
C.水蒸气对木塞做功，与汽油机做功冲程的原理相同
D.水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能增加
第6题图
C
7.（2023·泸州）塑料瓶是一种常见的生活物品，空塑料瓶可以做许多物理小实验。在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。随着瓶内气压增加，气体内能增大，这是通过 　做功　 的方式改变瓶内气体的内能。当气压达到一定程度时，瓶盖飞出，这一过程与内燃机 　做功　 冲程的能量转化情况相同。瓶盖飞出的同时，瓶口冒“白雾”，其物态变化是 　液化　 （填物态变化的名称）。
第7题图
做功　
做功　
液化　
8.（2023·齐齐哈尔）如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是
　压 缩　 冲程。若该汽油机1 s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 　1 8
00　 r/min。
第8题图
压缩　
1
800　
9.（科学态度与责任）（2023·通辽）在学校科技节活动中，小明用饮料瓶自制了火箭模型，如图所示，他在瓶子的内侧壁安装了一个遥控电火花发生器，按下按钮会产生电火花。演示时从瓶口喷入雾状酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，纸筒立即飞出。关于此过程，下列说法正确的是（　A　）
A.纸筒飞出后，瓶内气体的内能减少，温度降低
B.能闻到酒精的气味是因为分子间存在斥力
C.酒精不完全燃烧时热值变小
D.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程
第9题图
A
10.（2023·广州）小明将凝固点为47 ℃的某液态合金放在室温为25 ℃的实验室中。该合金从70 ℃降至47 ℃并保持47 ℃一段时间再降至35 ℃，合金在此过程（　A　）
A.对外放热，内能一直减少
B.存在液化现象，内能一直增加
C.温度保持47 ℃时，不吸热也不放热
D.存在凝固现象，内能先减少后不变，然后再减少
A
1.（2023·眉山）日常生活中，用水作为汽车发动机的冷却液，是因为它的 　比热容　 大。在标准大气压下，质量为5 kg的水的温度从30 ℃升高20 ℃，吸收热量
　4.2×105　 J。[c水 ＝4.2×103 J/（kg· ℃）]
2.（2021·安徽）沙漠地区昼夜温差大，主要原因是 　砂石的比热容较小　 。初温为20 ℃、质量为50 kg的砂石吸收3.6×106 J的热量后，温度升高到 　100　 ℃。[c砂石＝0.9×103 J/（kg·℃）]
比热容　
4.2×105　
砂石的比热容较小　
100　
考点3　比热容、热量
【变式设问】水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），其物理含义是 　1 kg水的温度升高（或降低）1 ℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103 J　 。砂石的比热容为0.9×103 J/（kg·℃），相同质量的水和砂石吸收同样多的热量，温度升高较大的是 　砂石　 ，据此可解释沙漠地区的昼夜温差较沿海地区的大。
1 kg水的温度升高
（或降低）1 ℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103 J　
砂石　
3.某同学家使用燃气热水器，平均每天需将100 kg水从18 ℃加热到58 ℃。若天然气完全燃烧放出的热量的70％被水吸收，则该燃气热水器平均每天消耗天然气 　0.6　 m3。[c水＝4.2×103 J/（kg·℃），q天然气＝4.0×107 J/m3]
4.物质的比热容是物质的特性之一，可以用来鉴别物质。质量为500 g的某种金属块，温度从100 ℃降低到20 ℃，共放出了3.52×104 J的热量，则该金属块的比热容为 　0.88×103 J/（kg·℃）　 ，查表可知这种金属的种类。
0.6　
0.88×103 J/（kg·℃）　
5.（2022·安徽）小明利用家中的燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将1 kg水从20 ℃加热到60 ℃，消耗了0.01 m3天然气（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），天然气的热值为4.0×107 J/m3，则此次燃气灶烧水的效率为
　42％　 。
42％　
【拓展训练·跨学科】第24届冬奥会火炬“飞扬”一经亮相就吸睛无数。“飞扬”采用氢气作燃料，替代了传统燃料丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10），保证了火炬在极寒天气中也能使用。当氢气燃烧时，把 　化学　 能转化为内能。已知氢气的热值为1.4×108 J/kg，完全燃烧20 g氢气放出的热量为 　2.8×106　 J。
化学　
2.8×106　
6.（2023·赤峰）轿车行驶过程中，油箱中的汽油逐渐减少，剩余汽油的热值、密度的变化情况为（　A　）
A.热值不变，密度不变
B.热值不变，密度变小
C.热值变小，密度不变
D.热值变小，密度变小
A
7.用两个完全相同的电加热器分别给质量相同的A、B两种液体加热，加热过程中，温度随时间变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　C　）
A.液体A的比热容大
B.两种液体的比热容相等
C.液体B的比热容大
D.无法比较两种液体的比热容
第7题图
C
8.（2023·常德）下表是一些物质的比热容[单位J/（kg· ℃）]，根据表中数据和生活现象，下列说法正确的是（　D　）
水 4.2×103 铝 0.88×103
煤油、冰 2.1×103 铁、钢 0.46×103
砂石 约0.92×103 铜 0.39×103
A.不同种类的物质，比热容一定不同
B.比热容与物质的状态无关
C.质量相同、初温相同的铝块和铜块吸收相同的热量，铜块的末温更低
D.沿海地区昼夜温差小，是因为水的比热容较大
D
9.如图甲所示是小鹏“探究水和油沸腾时温度变化的特点”的实验装置，两个试管中分别装有初温相同的水和油，相同时间内两个试管中的液体吸收的热量相同。[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
　
第9题图
（1）实验进行一段时间后，放在油中的温度计的示数如图甲所示，为 　91　 ℃。
91　
（2）沸腾前的加热过程中，液体的温度升高，这是通过 　热传递　 的方式增加了液体的内能。
（3）实验过程中两个温度计的示数随时间变化的图像如图乙所示。分析图像可知，液体沸腾时，吸收热量，温度 　不变　 。水的沸点低于100 ℃，原因是此时的气压 　低于　 （选填“高于”“低于”或“等于”）1个标准大气压。
（4）若试管中油的质量为水的质量的2倍，则由图像可知，c油＝ 　2.1×103　 J/（kg·℃）。
热传递　
不变　
低
于　
2.1×103　
10.某家庭用燃气热水器将质量为100 kg、温度为20 ℃的自来水加热到50 ℃，消耗的天然气的体积为0.5 m3（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），天然气的热值为4.0×107 J/m3。求：
（1）天然气完全燃烧放出的热量。
解：（1）天然气完全燃烧放出的热量
Q放＝qV＝4.0×107 J/m3×0.5 m3＝2.0×107 J。
答：（1）天然气完全燃烧放出的热量为2.0×107 J。
（2）水吸收的热量。
解：（2）水吸收的热量
Q吸＝cm（t2－t1）＝4.2×103 J/（kg·℃）×100 kg×（50 ℃－20 ℃）＝1.26×107 J。
答：（2）水吸收的热量为1.26×107 J。
（3）该热水器的工作效率。
解：（3）该热水器的工作效率
η＝×100％＝×100％＝63％。
答：（3）该热水器的工作效率为63％。
11.一辆汽车以72 km/h的速度匀速行驶10 min，消耗的汽油的质量为1.2 kg（假设汽油完全燃烧）。该汽车匀速行驶时受到的牵引力F＝1.2×103 N，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg。
（1）求这辆汽车在这段时间做的功。
解：（1）汽车行驶的速度
v＝72 km/h＝72× m/s＝20 m/s，
汽车行驶的时间t＝10 min＝600 s，
由v＝得，汽车行驶的路程
s＝vt＝20 m/s×600 s＝1.2×104 m，
汽车在这段时间做的功
W＝Fs＝1.2×103 N×1.2×104 m＝1.44×107 J。
答：（1）这辆汽车在这段时间做的功为1.44×107 J。
（2）求这段时间内该汽车的效率。（百分号前保留一位小数）
解：（2）汽油完全燃烧放出的热量
Q＝mq＝1.2 kg×4.6×107 J/kg＝5.52×107 J，
这段时间内汽车的效率
η＝×100％＝×100％≈26.1％。
答：（2）这段时间内该汽车的效率约为26.1％。

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