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第5节 物体的内能
考点一、内能
（一）内能
(1)分子动能：分子永不停息地做无规则运动，同一切运动着的物体一样,运动着的分子也具有动能。物体的温度越高,分子具有的动能越大。
(2)分子势能：由于分子之间存在相互作用力,因此分子之间也具有势能。
(3)物体的内能：物体内部所有分子热运动的动能和和势能的总和，叫做物体的内能，俗称热能，内能的单位是焦耳( J)。
(4)影响内能大小的因素：物体的温度、质量、状态、种类等。如在其他因素相同时，温度越高物体的内能越大；在其他因素相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；在其他因素相同时，物体的状态不同，物体的内能可能不同；在其他因素相同时，物体的种类不同，物体的内能也可能不同。
（二）物体内能的改变
(1)热传递可以改变物体的内能
①热传递的条件：物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差。
②热传递对物体的影响：温度高的物体放出热量，温度降低，内能减少；温度低的物体吸收热量，温度升高，内能增加。
③内能变化的量度：用热量来量度内能的变化。热量是指在热传递过程中，传递内能的多少。
④热传递的实质：是内能从高温物体(或同一物体的高温部分)传递到低温物体(或同一物体的低温部分)。
(2)做功可以改变物体的内能
①大量生活现象和实验表明：外界对物体做功，可以使物体的内能增加。常见对物体做功四种方法：
压缩体积(如：用打气简打气) 摩擦生热(如：钻木取火)
锻打物体(如：用铁锤敲打铁块) 弯折物体 (如： 来回多次拧弯细铁丝 )
②大量实验表明，物体对外做功，物体的内能会减少，如气体体积膨胀
③通过做功改变物体的内能，实质是其他形式的能与物体内能相互转化的过程。对物体做了多少功，就有多少其他形式的能转化为内能；物体对外做了多少功，就有多少内能转化为其他形式的能。可见，功可以用来量度内能改变的多少。
典例1：（2024九上·金华月考）小Q和小亮就课本中的如图话题进行了思考和讨论，小Q决定通过手捂增大铁屑的内能，小亮决定通过振荡方式增大铁屑的内能，以下分析正确的是（ ）
A．从能量转化过程来看，小亮的方法和钻木取火是相同的
B．当小Q的手和铁屑所含内能相同时，热传递就会停止
C．小Q所用的方法，温度从手传递到了铁屑
D．小Q和小亮的方法对改变铁屑的内能是不等效的
【答案】A
【解析】A.根据能量转化的知识判断；
B.根据热传递的条件判断；
C.根据热传递的本质判断；
D.根据两种方式改变内能的效果判断。
【解答】A.小亮通过振荡方式增大铁屑的内能，通过做功的方式改变物体的内能，钻木取火是通过做功的方式改变物体的内能，两种方式相同，故A正确；
B.当小光的手和铁屑温度相同时，热传递就会停止，故B错误；
C.女孩手捧水杯，水杯温度较高，热量会从水杯转移到手上，是通过热传递的方式改变手的内能，故C错误；
D.小光和小亮的方法对改变铁屑的内能是等效的，故D错误。
故选A。
变式1：（2024九上·鹿城月考）下列事例中，改变物体内能的途径与其他三项不同的是（　　）
A．柴火烧水 B．压缩空气发热
C．冬季搓手取暖 D．钻木取火
【答案】A
【解析】改变内能的方式有做功和热传递。
【解答】A.柴火烧水是通过热传递的方式改变内能的；
BCD.压缩空气发热、搓手取暖、钻木取火都是做功使物体的内能增加的；由解析可知A选项与其他三个选项改变物体内能的方式不同。
故答案为：A。
变式2：（2023九上·鹿城期末）一网友发现小鸟停在铁栏杆上，误以为小鸟在停驻休息，观察后发现它的双脚被冻结在栏杆上。他慢慢接近，小鸟受惊拍动翅膀；为了避免小鸟双脚受伤，他便一把抓住，试图以手的温度让冰融化。由于效果不佳，他干脆吹气融冰。经过他的不断努力，小鸟获得了自由。根据上述材料，下列分析不合理的是（　　）
A．以手的温度让冰熔化，是通过做功的方式实现
B．吹气融冰，是用热传递的方式让冰熔化
C．小鸟双脚被冻结在铁栏杆上，与铁是热的良导体有关
D．小鸟拍动翅膀，消耗体内有机物，将化学能转化为机械能
【答案】A
【解析】改变内能的方式有做功和热传递；金属的导热性良好，容易把人体的热量导出，所以感觉更冷一些；动物活动时，消耗化学能，机械能增加。
【解答】A、手和冰之间发生热传递，使冰熔化，是通过热传递的方式改变物体内能，故A说法错误；
B、吹气融冰，是用热传递的方式改变冰的内能，故B说法正确；
C、小鸟双脚被冻结在铁栏杆上，是因为铁是热的良导体，故C说法正确；
D、小鸟拍动翅膀，消耗体内有机物，将化学能转化为机械能，故D说法正确。
故答案为：A。
变式3：（2024九上·江北期末）宁波轨道交通规划构建高品质、多式融合、全域一体的轨道交通体系，努力实现“对外区域融合，对内提质增效”。城市地铁在挖隧道过程中，需使用盾构机（如图）挖掘隧道。
（1）盾构机的前端安装了“削铁如泥”的刀盘，刀盘旋转工作时产生大量的热，这是通过　 　的方式改变物体内能。
（2）盾构机体积庞大，需将其拆成多个部件吊装到施工现场。已知部件总质量3×104千克，部件水平平移10米，再竖直下降10米，则部件重力做功　 　焦。
【答案】（1）做功（2）3×106
【解析】（1）改变物体内能的方式：①做功，本质为能量的转化；②热传递，本质为能量的转移；
（2）根据W=Gh计算部件的重力做功大小。
【解答】（1）构机的前端安装了“削铁如泥”的刀盘，刀盘旋转工作时产生大量的热，将机械能转化为内能，这是通过做功的方式改变物体内能；
（2）部件重力做功W=Gh=3×104kg×10N/kg×10m=3×106J。
考点二、温度、热量、内能之间的区别与联系
温度 热量 内能
定义不同 宏观上：表示物体的冷热程度微观上：反映物体中大量分子 在热传递过程中， 传递热量的无规则运动剧烈程度多少 物体内所有分子无规则运动的动能与势能的总和
性质 状态量 过程量 状态量
表述 “降低”或“升高” “放出”或“吸收” “有”“具有”“改变”“增加”“减少”
单位 摄氏度(℃) 焦耳(J) 焦耳(J)
联系 温度的变化，可以改变一个物体的内能，,传递热量的多少可以量度物体内能改变的多少。物体吸收或放出热量，它的内能将发生改变，但它的温度不一定改变。如冰融化时要吸收热量，内能增加，但温度却保持在0℃不变。同样，物体放出热量时，温度也不一定降低
典例1：（2024九上·武义月考）有关温度、热量、内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体吸收热量，内能一定增加，同时温度一定升高
B．一般物体都具有内能，但超低温物体没有内能
C．物体内能减少时，温度不一定降低，但一定是放出了热量
D．物体温度升高，不一定吸收热量，但内能一定增加
【答案】D
【解析】根据温度、内能和热量的关系分析判断。
【解答】A.物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高，例如冰熔化时，故A错误；
B.一般物体都具有内能，因此内能只分大小，不说有无，故B错误；
C.物体内能减少时，温度不一定降低，可能是放出了热量，也可能是对外做功，故C错误；
D.物体温度升高，不一定吸收热量，但内能一定增加，故D正确。
故选D。
变式1：（2024九上·金东期末）关于温度、内能、热量，下列说法正确的是（　　）
A．温度高的物体含有的热量多
B．气体膨胀对外做功，自身内能会减少
C．物体吸收热量，温度一定升高
D．物体内能增大，一定吸收了热量
【答案】B
【解析】我们把物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能 。
【解答】A．热量是过程量，不能说物体含有的热量多，故A错误；
B．气体膨胀对外做功，内能转化为机械能，则物体自身内能减小，故B正确；
C．物体吸收热量过程中温度不一定升高，例如晶体在熔化过程中，吸热但温度不变，故C错误；
D．物体内能增大，不一定吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，故D错误。
故答案为：B。
变式2：（2023九上·浙江月考）关于温度、热量和内能，下列说法中正确的是（　　）
A．0℃的冰没有内能
B．物体吸收热量，温度一定升高
C．物体温度升高，内能一定增加
D．发生热传递时，热量总是从内能大的物体传递到内能小的物体
【答案】C
【解析】根据对温热量和内能的认识分析判断。
【解答】A.一切物体都有内能，故A错误；
B.物体吸收热量后，温度可能不变，例如水沸腾时吸热，故B错误；
C.物体温度升高，内能一定增加，故C正确；
D.发生热传递时，热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，故D错误。
故选C。
变式3：（2023九上·杭州月考）关于温度、热量、内能、比热、热值等，以下说法正确的是（　　）
A．物体的内能增大时，一定要从周围吸热
B．热量一定可以从温度高的物体向温度低的物体转移
C．物体的温度越高，所含的热量一定越多
D．一杯汽油倒去一半，剩余汽油比热一定不变，热值一定减小
【答案】B
【解析】（1）物体的温度升高、内能增大，改变内能的方式，做功和热传递；
（2）热传递的条件是存在温度差；
（3）热量是热传递过程中所传递内能的多少；热量是一个过程量；
（4）热值、比热容是物质的一种特性，热值、比热容的大小与物质的质量无关。
【解答】A、做功和热传递都可以改变物体的内能；物体从外界吸收热量，内能一定增加，故A错误；
B、热传递的条件是存在温度差，热量从温度高的物体传给温度低的物体，故B正确；
C、热量是过程量，只能说吸收或放出热量，不能说含有热量，故C错误；
D、一杯汽油倒去一半，质量改变了，由于比热容、热值是物质的特性，它们的大小与质量无关，所以，剩余汽油的热值和比热容不变，故D错误；
故选：B。
考点三、比热容和热量的计算
（一）比热容
(1)定义及单位：单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容，比热容用符号℃表示，单位为焦/(千克. ℃)，读作焦每千克摄氏度。
(2)水的比热容表示的物理意义意义：水的比热容为4.2x103焦/(千克.℃ ),它的意义是质量为1千克的水，温度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量为4.2x103焦。
(3)水的比热容的特点和应用：一定质量的水升高(或降低)一定温度吸收（或放出）的热量较多，根据这特点， 我们用水作为降温物质或用来取暖，用来降温时，让水吸收并带走更多的热量：用来取暖时，让水放出更多的热量。另一方面，由于水的比热容大，在吸收(或放出)相同的热量时，温度升高(或降低)得小，故沿海沿海地区昼夜温差小，沿海地区冬暖夏凉等。
（二）热量的计算公式
(1)吸热公式： Q吸=cm( t-to)。
式中C表示物质的比热容，m表示物体的质量，to表示物体加热前的温度,t表示物体加热后的温度,“t-to”表示升高的温度，有时可用△to表示，此时吸热公式可写成Q吸=cm△to
(2)放热公式：Q放=cm (to-t)。
式中c、m的含义不变，to表示物体放热前的温度，t表示物体放热后的温度，“to-t”表示降低的温度，有时可用△to表示，此时放热公式可写成Q放=cm△to
(3)热量计算的一般式： Q=cm△t △t表示温度的变化量。
可见，物体吸收或放出热量的多少由物体的质量、物质的比热容和物体温度的变化量这三个量的乘积决定，跟物体温度的高低无关。
Q吸与Q放公式中各物理量的单位：比热容C的单位是焦/(千克.℃),质量m的单位是千克，温度(t、t或△to)的单位是℃(摄氏度)，热量Q的单位是焦，计算时要注意单位的统一。
(4)两个温度不同物体放在一起时，高温物体放出热量,温度降低；低温物体吸收热量，温度升高。若放出热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。用公式表示为Q吸=Q放(热平衡方程)。
典例1：（2023九上·义乌月考） 我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18m/s的速度匀速行驶了5min，消耗燃油0.3kg，汽车发动机的牵引力是1000N。已知燃油的热值为4.5×107J/kg。求：
（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量；
（2）该车发动机的机械效率。
【答案】（1）燃油燃烧产生的热量Q=qm= 4.5×107J/kg ×0.3kg=1.35×107J；
（2）汽车行驶通过的距离s=vt=18m/s×300s=5400m；
汽车发动机做的功：W=Fs=1000N×5400m=5.4×106J；
则发动机的机械效率：。
【解析】（1）根据Q=qm计算燃油燃烧产生的热量；
（2）根据s=vt计算汽车行驶的距离，根据W=Fs计算发动机做的功，最后根据计算发动机的机械效率。
变式1：（2023九上·余姚期末）质量相同的砂石和铁，已知砂石的比热是铁的比热的2倍，如果铁吸收热量后温度升高了48℃，那么砂石吸收同样多的热量，其温度升高（　　）
A．12℃ B．24℃ C．48℃ D．96℃
【答案】B
【解析】两者吸收同样多的热量
A、其他条件相同时，因为砂石的比热是铁的两倍，所以温度的升高量应该是0.5，故A错误；
B、其他条件相同时，因为砂石的比热是铁的两倍，所以温度的升高量应该是0.5，故B正确；
C、其他条件相同时，因为砂石的比热是铁的两倍，所以升高的温度不可能相同，故C错误；
D、其他条件相同时，因为砂石的比热是铁的两倍，所以升高的温度应该要低，故D错误。
变式2：（2023九上·三台期末）两个不同的物体，甲的质量为1kg，乙的质量为2kg，两者温度都升高1℃，吸收热量如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．乙的比热容为 B．甲的比热容小于乙的比热容
C．甲的比热容等于乙的比热容 D．如果两者温度都降低1℃，他们将放出相同的热量
【答案】C
【解析】A. 乙的比热容 =2000J/(Kg·℃)，A错误
B. 甲的比热容=2000J/(Kg·℃)，甲和乙的比热容相等，B错误
C. 甲和乙的比热容相等，C正确
D. 由于甲和乙的比热容相等，但甲的质量比乙要小，根据Q=cm t，两者温度都降低1℃，甲释放的热量要小于乙，D错误
变式3：（2023九上·玉环月考）如图是某太阳能热水器，向其中注入50kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃，水的比热容是4.2×103J/kg/℃，求：
（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少
（2）如果这段时间该太阳能热水器接收到太阳辐射的热量是2.8×107J，则这段时间该热水器的效率是多少
（3）若用煤燃烧来提供2.8×107J的热量，需完全燃烧多少千克煤？（煤的热值约为3.5×107J/kg）
【答案】（1）解：Q吸=cm△t=4.2×103J/kg/℃×50kg×（50℃-10℃）=8.4×106J
（2）解：热水器的效率为： ×100%=30%
（3）解：m= = =0.8kg
【解析】（1）根据公式Q=cm△t计算水吸收的热量；
（2）热水器的效率=；
（3）煤燃烧放出的热量等于水吸收的热量，再根据热值公式的推导式计算燃烧煤的质量。
考点四、热机
（一）热机的特点：通过做功把内能转化为机械能。
（二）汽油机
(3)汽油机在工作时，活塞在汽缸内往复运动。活塞从汽缸的一端运动到另端的过程叫做一个冲程。其工作过程如下表：
冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
工作示意图
进气门开闭情况 打开 关闭 关闭 关闭
排气门开闭情况 关闭 关闭 关闭 打开
活塞运动方向 向下 向上 向下 向上
冲程的作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩汽油和空气的混合物，使其压强增大、温度升高。在压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物 燃料混合物燃烧产生高温高压燃气，高温高压燃气推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 排出废气
能的转化 无能量转化 机械能转化成内能 汽油燃烧：化学能转化成内能；燃气推动活塞做功：内能转化成机械能 无能量转化
(4)工作过程分析：大多数汽油机的一个工作循环都是由四个冲程组成的，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在一个工作循环中，曲轴和飞轮均转动两圈，对外做功1次。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。
典例1：（2024九上·余杭期末）如图甲为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，图乙为汽油机的工作冲程。
（1）图甲中两个滑轮的作用是　 　。
（2）蒸汽弹射装置工作时，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的动能。蒸汽弹射装置工作时的能量转化与图乙中的　 　图(填字母)所示冲程相同。
【答案】（1）改变力的方向 （2）C
【解析】动滑轮可以省力，定滑轮可以改变力的方向，滑轮组既可以改变力的方向，又可以省力。
【解答】（1） 图甲中两个滑轮为定滑轮，作用可以改变力的方向。
（2）C为做功冲程，将内能转化为机械能， 气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功同时推动活塞，故填C。
变式1：（2024九下·义乌开学考）如图所示描述的物理过程，下列分析不正确的是（　　）
A．图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的温度升高，内能增加
B．图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，瓶子内空气的内能增加
C．图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减小
D．图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少
【答案】B
【解析】根据能量转化的知识分析判断。
【解答】A.图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，将机械能转化为内能，则空气的温度升高，内能增加，故A正确不合题意；
B.图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，将空气的内能转化为塞子的机械能，因此瓶子内空气的内能减少，故B错误符合题意；
C.图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，因此水蒸气的内能减小，故C正确不合题意；
D.图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少，故D正确不合题意。
故选B。
变式2：（2024九上·鹿城月考）如图甲所示为我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过　 　的方式，使筒内空气内能　 　，温度升高，达到艾绒的着火点。如图乙所示为单缸四冲程汽油机工作过程中的四个冲程，其中　 　（选填字母）与上述套筒内空气温度升高过程中能量的转化是一致的。
【答案】做功；增大；C
【解析】（1）改变物体内能的方式：做功和热传递。前者的本质是能量的转化，后者的本质是能量的转移。
（2）在四冲程内燃机中，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】（1）如图甲所示为我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过做功的方式，使筒内空气内能增大，温度升高。
（2）取火器将机械能转化为内能，这和汽油机的压缩冲程能量转化相同，故选C
变式3：如图所示，在试管里注入少量水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了， 水蒸气把软木塞向上冲出，瓶口出现白雾。
（1）软木塞向上冲出这一过程，与四冲程汽油机的___________冲程相似。
（2）请你解释以上这些现象产生的原因。( )
【答案】做功 用酒精灯加热，是通过热传递的方式使得水的内能增加，产生大量水蒸气；水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能，木塞冲出；此时水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，即我们看到的白雾。
【解析】（1）[1]软木塞向上冲出这一过程，将水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，这与四冲程汽油机的做功冲程相似。
（2）[2]用酒精灯加热，是通过热传递的方式使得水的内能增加，产生大量水蒸气；水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能，木塞冲出；此时水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，即我们看到的白雾。
考点五、燃料的热值
（一）定义：1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。
（二）单位：焦/千克，如木炭的热值是3.4x107焦/千克，它表示1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4x107焦。
（三）能量转化：燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。
（四）热值是燃料的一种特性， 它只与燃料的种类有关，不同燃料的热值一般不同；与燃料的形状质量、体积、是否完全燃烧均无关。
（五）燃料完全燃烧放出热量的计算公式： Q放=mq。其中m代表燃料的质量,其单位为千克,q代表燃料的热值，其单位为焦/千克，Q代表热量，其单位为焦。
（六）燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。因此，改善燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧，同时应尽可能减少各种热损失，既可以节约燃料、提高效率，又可以减少污染、保护环境。
典例1：有一款太阳能热水器，铭牌上的部分参数如表所示。将它安装在阳光充足水平台面上，并装满水。
型号 JL8801A
水容量/L 80
自身质量/kg 50
（1）某地区（晴天）一天中接收的太阳能3.36×107J，接收的太阳能，如果由燃烧煤气（热值q=4.2×107J/kg）来获得，则需要完全燃烧多少千克煤气？
（2）装满的水质量是多少千克？
（3）若这一天中接收的太阳能有60%被热水器中的水吸收，则可使初温为20℃的水温度升高到多少度 [c=4.2×103J/（kg·℃)]
【答案】（1）需要完全燃烧煤气的煤气质量： ;
（2）装满的水的质量：;
（3）水一天中吸收的热量Q'＝ηQ＝60%×3.36×107J＝ 2.016×107J，
由公式Q＝cmΔt＝cm（t-t0）得：水升高到的温度：。
【解析】（1）根据公式Q＝qm进行计算；
（2）根据密度公式计算水的质量；
（3）根据热水器的效率，利用公式Q＝cmΔt完成计算。
变式1：（2024九上·柯桥期末）中国载人航天工程再次传来好消息：
（1）2023年10月24日神舟十七号载人飞船由长征二号F运载火箭成功发射升空。火箭燃料要求质量小而放出的热量多，使用液氢作为燃料就是利用它　 　的特性。
（2）2023年10月31日神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱进入大气层时与空气剧烈摩擦，表面温度急剧升高，这是通过　 　的方式改变内能。
【答案】（1）热值大 （2）做功
【解析】（1）热值是表示燃料燃烧放出热量多少的物理量，质量相同的燃料，热值越大，则放出的热量越多；
（2）改变内能的方式：①做功，本质为能量的转化；②热传递，本质为能量的转移。
【解答】（1）火箭燃料要求质量小而放出的热量多，使用液氢作为燃料就是利用它热值大的特性。
（2）返回舱进入大气层时与空气剧烈摩擦，表面温度急剧升高，这是通过做功的方式改变内能。
变式2：（2022·浙江温州·九年级期末）近年来，我国多个城市成功实现氢燃料新能源公交车投放使用。某氢能源公交车（如图所示）在一次行驶过程中消耗了3kg的氢燃料，已知水的比热是4.2×103J/(kg·℃)、氢燃料的热值为1.4×108J/kg，求：
(1)3kg的氢燃料完全燃烧，放出多少热量？
(2)若该3kg氢燃料完全燃烧放出热量全部被质量为4000kg、温度为20℃的水吸收，求水升高的温度。
【答案】(1)8.4×108J；(2)50℃
【分析】(1)3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量
(2)水吸收的热量
由可得，水升高温度
答：(1)3kg的氢燃料完全燃烧放出8.4×108J热量；(2)若这些热量全部被质量为4000kg、温度为20℃的水吸收，则水升高50℃。
变式3：用燃气灶烧水，燃烧0.5千克的煤气，能使50千克的水从20℃升高到70℃(不计热散失)。已知水的比热容为4.2×103焦/(千克·℃) ，煤气的热值为4.2×107焦/千克。求：
（1）0.5千克煤气完全燃烧放出的热量。
（2）水吸收的热量。
（3）燃气灶烧水的效率。
【答案】（1）煤气燃烧放出的热量Q=qm=4.2×107焦/千克×0.5千克=2.1×107焦；
（2）水吸收的热量Q吸=c水m水△t水=4.2×103焦/(千克·℃)×50千克×（70℃-20℃）=1.05×107J；
（3）燃气灶的效率。
【解析】（1）根据Q=qm计算煤气放出的热量；（2）根据Q吸=c水m水△t水计算水吸收的热量；
（3）根据计算燃气灶的效率
1．（2023九上·三台期末）小王周末和家人乘车去游玩，某一时刻她看到汽车转速表显示的转速为1800r/min，她向爸爸了解到汽车发动机为四缸四冲程发动机，则此时汽车在1s内完成了（　　）
A．240个冲程，做了60次功 B．60个冲程，做了15次功
C．120个冲程，做了30次功 D．240个冲程，做了30次功
【答案】A
【解析】发动机的四个冲程分别为：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程和排气冲程。发动机每转动半圈完成一个冲程，每转动两圈完成四个冲程，为一个工作循环，做一次功，故转2圈做一次功。
【解答】A.汽车的转速为1800r/min，说明一分钟转了1800圈，1s转动30圈，因此每个缸1s内完成60个冲程，做了15此功，四个缸就完成240冲程，做60次功，A正确，B.C.D错误
2．（2024九上·绍兴期末）用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（　　)
A．软木塞的机械能守恒
B．能量的转化形式与热机做功冲程能量转化相同
C．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大
D．软木塞的机械能转化为水蒸气的内能
【答案】B
【解析】AD.根据木塞和水蒸气的内能转化判断；
B.热机的做功冲程将内能转化为机械能；
C.物体对外界做功，则物体内能减小。
【解答】在实验过程中，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，从而使木塞机械能变大，而水蒸气的内能减小，这和热机的做功冲程能量转化相同，故B正确，而A、C、D错误。
故选B。
3．（2024九上·平湖期末）如图所示，向装有少量水的烧瓶内缓慢打气，突然塞子跳起来，同时瓶内出现了“白雾”。下列关于该现象的说法正确的是（　　）
A．瓶内气体对外做功 B．机械能转化为内能
C．瓶塞的机械能减少 D．瓶内气体温度升高
【答案】A
【解析】改变内能的方式有做功和热传递。
【解答】A.突然塞子跳起来，气体膨胀，瓶内气体对外做功，内能减少，A正确；
B应该是内能转化为机械能，B错误；
C.内能转化为机械能，瓶塞的机械能增加，C错误；
D.瓶内气体内能减少，温度降低，D错误；
故答案为：A。
4．（2024九上·南浔期末）小楠用可乐瓶制作水火箭，先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图甲所示；打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中，如图乙所示。下列分析正确的是（　　）
A．上升过程中，喷出的水对水火箭有向下的推力
B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少
C．上升过程中，水火箭的重力势能转化为动能
D．下降过程中，水火箭的机械能逐渐增大
【答案】B
【解析】A.根据力的作用的相互性判断；
B.根据内能和机械能的转化判断；
C.根据描述分析动能和重力势能的变化；
D.根据机械能与内能的转化判断。
【解答】A.上升过程中，火箭向下喷水，而喷出的水对水火箭产生向上的推力，故A错误；
B.上升过程中，水火箭瓶内气体的内能转化为机械能，即内能减小，故B正确；
C.上升过程中，水火箭的动能和重力势能都在减小，即二者不存在转化关系，故C错误；
D.下降过程中，水火箭的机械能转化为内能，即机械能减小，故D错误。故选B。
5．（2023九上·玉环月考）如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　）
A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少
B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大
C．图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减少
D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大
【答案】C
【解析】改变内能的方式有两种，做功和热传递，外界对物体做功，内能增加；物体对外界做功，内能减小；
【解答】A.图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能增加，因为外界对物体做功，内能增加，A错误；
B.图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能减小，因为空气对外做功，内能减小，B错误；
C.图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减少 ，正确；
D.图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能减小。D错误；
故答案为：C
6.（2021九下·金华月考）如图是被“热棒”包围的青藏铁路。“热棒”相当于一个制冷机，解决了“千年冻土”。“热棒”就是在中空的铁棒里装有适量的液态氨，当路基的温度上升时，通过 的方式将内能传给“热棒”里的液氨，液氨吸热 （填物态变化名称），上升到热棒上端，通过散热片冷却后液化成液态氨，又沉入了棒底。
【答案】热传递；汽化
【解析】（1）改变物体内能的方法：做功和热传递，前者的本质为能量的转化，后者的本质为能量的转移。（2）物质由液态变成气态叫汽化，据此分析解答。
【解答】（1）热棒”就是在中空的铁棒里装有适量的液态氨，当路基的温度上升时，通过热传递的方式将内能传给“热棒”里的液氨；
（2）液氨吸热，由液态变成气态发生汽化现象，上升到热棒上端，通过散热片冷却后液化成液态氨，又沉入了棒底。
7．（2024九上·东阳期末）如图是某科学兴趣小组制作的水火箭。发射时，先在瓶内装适量水，再用打气筒往瓶内打足气。打开阀门，水从尾部向下喷出，由于物体间力的作用是相互的，火箭向上飞向空中。
（1）向瓶内打气时，瓶内气体内能　 　（填“增加”、“减少”或“不变”）；
（2）水从尾部向下喷出时，瓶内气体对水做功，该过程相当于内燃机的　 　冲程。
【答案】（1）增加（2）做功
【解析】（1）物体对外界做功，物体内能增大；外界对物体做功，物体内能减小；
（2）四冲程内燃机的压缩冲程，将机械能转化为内能；做功冲程，将内能转化为机械能。
【解答】（1）向瓶内打气时，将活塞的机械能转化为空气的内能，则瓶内气体内能增加；
（2）水从尾部向下喷出时，瓶内气体对水做功，将内能转化为机械能，该过程相当于内燃机的做功冲程。
8．（2023九上·永康月考）如图甲所示为我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过　 　的方式，使筒内空气内能　 　，温度升高，达到艾绒的着火点。
【答案】做功；增加
【解析】（1）改变物体内能的方式：做功和热传递，前者的本质为能量的转化，后者的本质为能量的转移；
（2）外界对物体做功，则内能增大，那么温度升高；物体对外界做功，则内能减小，那么温度降低。
【解答】把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，将机械能转化为内能，这是通过做功的方式，使筒内空气内能增加，温度升高，达到艾绒的着火点。
9.（2022·浙江宁波·中考真题）单位质量的气体物质，在体积不变的条件下温度升高1℃所吸收的热量称为该气体的定容比热，已知氦气的定容比热为3100J/(kg·℃)。如图所示，质量为0.02kg的氦气被密封在圆柱形气缸内，气缸内氦气气压与外界大气压相同。用力把活塞AB固定，当氦气的温度从20℃升高到30℃时，氦气吸收的热量是___________J。撤去力，氦气推动活塞做功，这一过程的能量转化形式与四冲程汽油机的___________冲程相同。
【答案】620 做功
【解析】[1]氦气吸收的热量Q吸=cmΔt=3100J/(kg·℃)×0.02kg×(30℃-20℃)=620J
[2]撤去力，氦气推动活塞做功，内能转化为机械能，此过程与四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。
10．（2022九上·新昌期末）如图是用完全相同的加热装置给甲、乙两种质量相等的不同晶体同时均匀加热，两种晶体熔化前后温度随时间变化的图象。单位质量的两种晶体熔化过程中吸收的热量相比较，Q甲 Q乙；AB是晶体甲熔化图像上的两个点，该晶体在A点时的内能 B点时的内能。（均选填“大于”、“小于”或“等于”）
【答案】小于；小于
【解析】（1）根据W=Pt可知，加热装置相同，可以通过加热时间判断产生热量的多少。首先根据图像横线部分的长度确定吸收热量的多少，再根据比较单位质量的晶体吸收热量的多少。
（2）晶体熔化时，虽然温度保持不变，但是继续吸热，因此熔化时间越长，内能越大。
【解答】（1）根据图像可知，甲熔化的时间小于乙熔化的时间，那么甲吸收的热量小于乙吸收的热量，根据可知，单位质量的两种晶体熔化吸收热量Q甲（2）根据图像可知，B点在A点之后，加热时间更长，吸收热量更多，内能更大，即A点的内能小于B点的内能。
11．（2024九上·平湖期末）亚洲最大、世界排名第二的矿车是中国制造的徐工DE400。该矿车搭配的是一台电控高性能柴油机，矿车相关参数如下表所示。
型号 DE400
自重 260吨
最大载重 400吨
最高时速 50千米/时
发动机 柴油机
额定功率 2800千瓦
（1）柴油机属于内燃机，工作原理与汽油机相似。柴油机工作时将内能转化为机械能的是　 　冲程。
（2）徐工矿车DE400以额定功率并保持10米/秒的速度在水平路面上匀速行驶1000米，矿车的牵引力做了多少功
【答案】（1）做功
（2）解法一：F=P/v=2800000W÷10m/s=2.8×105N
W=Fs=2.8×105N×1000m=2.8×108J
解法二：t=s/v=1000m÷10m/s=100s
W=Pt=2.8×106W×100s=2.8×108J
【解析】内燃机工作时活塞在汽缸中往复运动，从汽缸的一端到另一端叫做一个冲程。也叫行程。
【解答】（1） 在发动机内部将燃料的内能转化为机械能，这一过程即为做功冲程（又称做功行程），柴油机工作时将内能转化为机械能的是做功冲程；
（2）牵引力等于功率除以速度，牵引力乘以运动路程等于牵引力所做功。
12．（2024九上·杭州期末）为探究机械功与热之间的关系，焦耳设计了一个实验，在容器里装水，中间安上带有叶片的转轴，通过重物下降，带动叶片旋转，使水的内能增加。小金自制类似装置验证热和功的关系，如图所示（部分固定装置舍去），其中重物的重力为420牛，匀速下降高度为1m，测得水的温度上升了0.2℃，容器中水的质量为0.45kg，（水的比热C=4.2×103焦/（千克·℃））
（1）该实验通过　 　方式增加了水的内能。
（2）容器内水吸收热量为多少焦
（3）机械功转化为水的内能的效率是多少
【答案】（1）做功
（2）水的比热容c=4.2×103J/（kg ℃），水的质量m=0.45kg，水升高温度Δt=0.2℃，
水吸收的热量为：Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg ℃）×0.45kg×0.2℃=378J
答：容器内水吸收热量为378J。
（3）重物下降时减小的机械能W总=Gh=420N×1m=420J，
机械能转化为水的内能的效率
答：机械功转化为水的内能的效率是90%。
【解析】（1）改变物体内能的方式：做功和热传递，做功发生能量的转化，热传递发生能量的转移；
（2）知道水的质量、水的比热容、水上升的温度，利用吸热公式Q吸=cmΔt求水吸收的热量；
（3）根据求得效率。
【解答】（1）在容器里装水，中间安上带有叶片的转轴，通过重物下降，带动叶片旋转，使水的内能增加。所以是通过做功的方式增大了水的内能；
（2）根据Q吸=cmΔt即可计算出容器内水吸收的热量；
（3）先计算出重物下降时做的总功，再根据计算出机械功转化为水的内能的效率。
13．（2023九上·余姚期末）电磁炉有方便、高效、节能、卫生、安全的性能，已成为广受欢迎、普遍使用的新型灶具。在家庭电路上使用功率为1500W的电磁炉来烧水，将1kg20℃的冷水加热到100℃，需4分钟。求。
（1）水吸收的热量。
（2）电流做的功。
（3）电磁炉的效率。[c水＝4.2×103J/（kg ℃））]
【答案】（1）解：水吸收的热量：
Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg ℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J；
答：水吸收的热量为3.36×105J。
（2）解：消耗的电能：W＝Pt＝1500W×4×60s＝3.6×105J；
答：电流做的功为3.6×105J。
（3）解：电磁炉的效率： 。
答：电磁炉的效率为93.3%。
【解析】（1）水吸收的热量可根据题中已知的水的质量，比热，升高的温度直接利用热量的计算公式Q=cmt求解。
（2）电流做的功可根据W=Pt求解。
（3）电磁炉工作时将电能转化成内能，所以有用功就是获得的内能，总功就是消耗掉的电能，效率是有用功和总功的比值。
14．（2023九上·萧山月考）如图甲为汽油机的四个冲程示意图，请回答下列问题。
（1）汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程的顺序是 　（对图甲A、B、C、D重新排序）。
（2）一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每分钟完成　 　个做功冲程，A图所示的冲程中，燃气内能会　 　（填“增大”或“减小”）。
（3）图乙所示为某汽油机的能流图，则该汽油机的效率为η＝　 　（用图中的字母代号表示）。根据此图，提出一条提高发动机效率的有效措施：　 　。
（4）据报道，截止今年九月底我国新能源汽车的保有量已达1800多万辆。某品牌的一款电动汽车的部分参数如下表：
空车质量 1380kg 　 最大功率 100kW
轮胎与地面总接触面积 0.032m2 　 最高速度 120km/h
电池容量 42kW h 　 最大续行里程 260km
假如汽车上只有质量为60kg的司机一人，汽车以60km/h的速度匀速行驶36km，耗电9kW h。设汽车所受的阻力为汽车总重的0.05倍，则电动汽车电能转化为机械能的效率为　 　，显然相比汽油车大约30%的效率，电动汽车更环保，更节能。
【答案】（1）BADC
（2）900；增大
（3）；增加润滑油来减小汽缸内的摩擦
（4）80%
【解析】（1）内燃机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程，根据气阀开闭合，活塞移动情况确定冲程的名称，并排出正确顺序；
（2）热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周；压缩冲程中机械能转化为内能；做功冲程中内能转化为机械能；
（3）热机的机械效率是指有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值；根据热能的损失来判断提高机械效率的措施；
（4）汽车匀速行驶，牵引力与阻力相等，根据W=Fs便可计算出牵引力做的功；根据求出电动汽车电能转化为机械能的效率。
【解答】（1）甲中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是第二个冲程；
乙中的进气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一个冲程；
丙中的排气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四个冲程；
丁中的两个气阀都关闭，火花塞点火，活塞下运动，所以为做功冲程，是第三个冲程；
故先后顺序为：BADC；
（2）若飞轮转速是1800r/min，表示每分钟飞轮转动1800圈，因为飞轮转2圈，对外做功1次，所以，飞轮转1800圈对外做功900次；
A图为压缩冲程，压缩冲程中机械能转化为内能，故燃气内能会增大；
（3）由能流图可知：燃料完全燃烧放出的热量为E=E1+E2+E3+E4，有用机械能即有用功为E2，所以内燃机的效率；
根据图示的能量流向图可知，要提高汽油机效率，可增加润滑油来减小汽缸内的摩擦 ；
（4）电动汽车匀速行驶，所以牵引力与阻力平衡，
则电动汽车受到的牵引力为：
F=f=0.05（G车+G人）=0.05（m车+m人）g=0.05×（1380kg+60kg）×10N/kg=720N；
则电动车行驶36km，牵引力做的功为：
W=Fs=720N×3.6×104m=2.592×107J；
这个过程耗电：
W总=9kW h=9×3.6×106J=3.24×107J，
电动汽车电能转化为机械能的效率：
。
15．（2022·浙江丽水·中考真题）火的使用推动了人类文明的进步。随着科技的发展，生活中的点火方式越来越使捷多样，但火柴仍是实验室常用的点火工具。火柴引燃过程：划动火柴→擦火皮（含微量易燃物）产生火星→引发火柴头燃烧。图乙是小丽设计的三种引燃火柴的方式，若F1=F2>F3，且B、C的火柴棒与擦火皮夹角相同，则哪种方式更容易将火柴引燃 请用所学知识解释。
【答案】见详解
【解析】火柴头与擦火皮之间的压力越大，产生的摩擦力越大；火柴滑动过程中，克服摩擦力做功越多，机械能转化为内能越多；内能增大，温度很高；温度达到擦火皮上易燃物的着火点，产生火星；放出的热量传递到火柴头，引发火柴头燃烧，综上所述，根据题意知道，B方式更容易将火柴引燃。
16．英国物理学家斯特林于 1816 年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机汽缸内工作介质 易汽化、易液化，该介质经过吸热膨胀、冷却压缩的循环过程输出动力，因此又被称为 热气机。某工程师按照“斯特林发动机”原理设计了如图甲所示的模型机，工作过程中 飞轮持续旋转如图乙。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。
【答案】酒精灯加热将化学能转化为内能，热汽缸中的工作介质吸热汽化膨胀，推动活塞A向右运动做功，将内能转化为机械能；由于飞轮具有惯性，带动活塞A向左运动，活塞A将热汽缸中的工作介质推入冷汽缸并液化，活塞B又将介质推回热汽缸，如此反复。
【解析】①燃料燃烧将化学能转化为内能；
②物质吸收热量后汽化，变成气体后体积增大，压强增大；物质放出热量后液化，变成液体后体积减小，压强减小；
③分析活塞的运行方向，从而明确飞轮转动的原因。
17．（2022·浙江宁波·九年级期末）很多同学在课间玩扭转矿泉水瓶的游戏，如图所示。在瓶里装有少量的水，盖紧瓶盖，使劲拧瓶的下部，使其严重变形，然后略松开瓶盖（对着没人的方向），瓶盖弹出数米远，同时观察到瓶口和瓶内有白雾产生。请用所学知识对实验现象进行解释。
【答案】见解析
【解析】用力使劲拧瓶的下部时，瓶子的体积变小，此时压缩瓶内气体做功，机械能转化为内能，瓶内气体内能增大，温度升高，瓶中的水更多的变成水蒸气；当瓶盖弹出时，瓶内及瓶口有白雾，这是因为瓶内气体（包含水蒸气）对外做功，内能减小，水蒸气遇冷液化形成了小水滴。
18．（2024九上·临海期末）热机在人类生活中发挥着重要作用。汽油机、柴油机都属于热机中的内燃机，它们的结构(模型如图所示)和工作原理基本相似。飞轮可看成一个杠杆，活塞、连杆是固定连接，为飞轮旋转提供动力，使其克服曲轴的阻力并带动曲轴旋转，进而使车辆运行。同排量(汽缸总容积相同)的情况下，汽油机动力小、机械效率一般为20%~30%：柴油机动力大、机械效率可达45%。下表是汽油机和柴油机相关参数的比较，试分析两者的动力、机械效率存在差别的原因。
汽油机 柴油机
燃料种类及性质 汽油，密度小，易挥发，燃烧较快，燃烧效率低 柴油，密度大，不易挥发，燃烧较慢，燃烧效率高
构造 汽缸、连杆较短，飞轮较小 汽缸、连杆较长，飞轮较大
吸入汽缸的物质 汽油和空气的混合物 空气
压缩冲程前后汽缸容积比 10：1 23：1
点火方式 上方有火花塞，在压缩冲程末点燃汽缸内的混合物 上方有喷油嘴，在压缩冲程末喷出雾状柴油液滴，遇到汽缸里的高温空气迅速汽化并燃烧
【答案】动力大：①柴油机压缩冲程前后汽缸容积比大，做功冲程活塞受到的压力大，推动飞轮转动的力大；②柴油机飞轮大，动力臂大，根据F1L1=F2L2，可以克服更大的阻力。
机械效率高：①柴油机吸入的是空气，同排量的情况下，氧气更充足，有利于柴油的充分燃烧；②柴油以雾状油滴的形式喷出，遇到高温迅速汽化，增大了可燃物与助燃剂的接触面积，燃烧更充分；③柴油机的汽缸长度长，燃油推动活塞的距离大；④柴油机压缩冲程前后压缩比大，缸内气压大，燃气对活塞的压力大，根据W=FS， 燃气对活塞做的功多，转化得到的机械能大。
上述6点，一点一分，写出任意4点即得满分
【解析】理解表中参数，区分汽油机和柴油机在动力和效率方面不同点。结合杠杆平衡条件F1L1 =F2L2和做功W=FS进行分析。
【解答】
由表中数据可知，汽油机和柴油机在动力方面：
①柴油机压缩冲程前后汽缸容积比大，做功冲程活塞受到的压力大，推动飞轮转动的力大。
②柴油机飞轮大，动力臂大，根据F1L1=F2L2可以克服更大的阻力。
机械效率方面：
①柴油机吸入的是空气，同排量的情况下，氧气更充足，有利于柴油的充分燃烧。
②柴油以雾状油滴的形式喷出，遇到高温迅速汽化，增大了可燃物与助燃剂的接触面积，燃烧更充分。
③柴油机的汽缸长度长，燃油推动活塞的距离大。
④柴油机压缩冲程前后压缩比大，缸内气压大，燃气对活塞的压力大，根据W=FS，燃气对活塞做的功多，转化得到的机械能大。
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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第5节 物体的内能
考点一、内能
（一）内能
(1)分子动能：分子永不停息地做无规则运动，同一切运动着的物体一样,运动着的分子也具有动能。物体的温度越高,分子具有的动能越大。
(2)分子势能：由于分子之间存在相互作用力,因此分子之间也具有势能。
(3)物体的内能：物体内部所有分子热运动的动能和和势能的总和，叫做物体的内能，俗称热能，内能的单位是焦耳( J)。
(4)影响内能大小的因素：物体的温度、质量、状态、种类等。如在其他因素相同时，温度越高物体的内能越大；在其他因素相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；在其他因素相同时，物体的状态不同，物体的内能可能不同；在其他因素相同时，物体的种类不同，物体的内能也可能不同。
（二）物体内能的改变
(1)热传递可以改变物体的内能
①热传递的条件：物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差。
②热传递对物体的影响：温度高的物体放出热量，温度降低，内能减少；温度低的物体吸收热量，温度升高，内能增加。
③内能变化的量度：用热量来量度内能的变化。热量是指在热传递过程中，传递内能的多少。
④热传递的实质：是内能从高温物体(或同一物体的高温部分)传递到低温物体(或同一物体的低温部分)。
(2)做功可以改变物体的内能
①大量生活现象和实验表明：外界对物体做功，可以使物体的内能增加。常见对物体做功四种方法：
压缩体积(如：用打气简打气) 摩擦生热(如：钻木取火)
锻打物体(如：用铁锤敲打铁块) 弯折物体 (如： 来回多次拧弯细铁丝 )
②大量实验表明，物体对外做功，物体的内能会减少，如气体体积膨胀
③通过做功改变物体的内能，实质是其他形式的能与物体内能相互转化的过程。对物体做了多少功，就有多少其他形式的能转化为内能；物体对外做了多少功，就有多少内能转化为其他形式的能。可见，功可以用来量度内能改变的多少。
典例1：（2024九上·金华月考）小Q和小亮就课本中的如图话题进行了思考和讨论，小Q决定通过手捂增大铁屑的内能，小亮决定通过振荡方式增大铁屑的内能，以下分析正确的是（ ）
A．从能量转化过程来看，小亮的方法和钻木取火是相同的
B．当小Q的手和铁屑所含内能相同时，热传递就会停止
C．小Q所用的方法，温度从手传递到了铁屑
D．小Q和小亮的方法对改变铁屑的内能是不等效的
变式1：（2024九上·鹿城月考）下列事例中，改变物体内能的途径与其他三项不同的是（　　）
A．柴火烧水 B．压缩空气发热
C．冬季搓手取暖 D．钻木取火
变式2：（2023九上·鹿城期末）一网友发现小鸟停在铁栏杆上，误以为小鸟在停驻休息，观察后发现它的双脚被冻结在栏杆上。他慢慢接近，小鸟受惊拍动翅膀；为了避免小鸟双脚受伤，他便一把抓住，试图以手的温度让冰融化。由于效果不佳，他干脆吹气融冰。经过他的不断努力，小鸟获得了自由。根据上述材料，下列分析不合理的是（　　）
A．以手的温度让冰熔化，是通过做功的方式实现
B．吹气融冰，是用热传递的方式让冰熔化
C．小鸟双脚被冻结在铁栏杆上，与铁是热的良导体有关
D．小鸟拍动翅膀，消耗体内有机物，将化学能转化为机械能
变式3：（2024九上·江北期末）宁波轨道交通规划构建高品质、多式融合、全域一体的轨道交通体系，努力实现“对外区域融合，对内提质增效”。城市地铁在挖隧道过程中，需使用盾构机（如图）挖掘隧道。
（1）盾构机的前端安装了“削铁如泥”的刀盘，刀盘旋转工作时产生大量的热，这是通过　 　的方式改变物体内能。
（2）盾构机体积庞大，需将其拆成多个部件吊装到施工现场。已知部件总质量3×104千克，部件水平平移10米，再竖直下降10米，则部件重力做功　 　焦。
考点二、温度、热量、内能之间的区别与联系
温度 热量 内能
定义不同 宏观上：表示物体的冷热程度微观上：反映物体中大量分子 在热传递过程中， 传递热量的无规则运动剧烈程度多少 物体内所有分子无规则运动的动能与势能的总和
性质 状态量 过程量 状态量
表述 “降低”或“升高” “放出”或“吸收” “有”“具有”“改变”“增加”“减少”
单位 摄氏度(℃) 焦耳(J) 焦耳(J)
联系 温度的变化，可以改变一个物体的内能，,传递热量的多少可以量度物体内能改变的多少。物体吸收或放出热量，它的内能将发生改变，但它的温度不一定改变。如冰融化时要吸收热量，内能增加，但温度却保持在0℃不变。同样，物体放出热量时，温度也不一定降低
典例1：（2024九上·武义月考）有关温度、热量、内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体吸收热量，内能一定增加，同时温度一定升高
B．一般物体都具有内能，但超低温物体没有内能
C．物体内能减少时，温度不一定降低，但一定是放出了热量
D．物体温度升高，不一定吸收热量，但内能一定增加
变式1：（2024九上·金东期末）关于温度、内能、热量，下列说法正确的是（　　）
A．温度高的物体含有的热量多
B．气体膨胀对外做功，自身内能会减少
C．物体吸收热量，温度一定升高
D．物体内能增大，一定吸收了热量
变式2：（2023九上·浙江月考）关于温度、热量和内能，下列说法中正确的是（　　）
A．0℃的冰没有内能
B．物体吸收热量，温度一定升高
C．物体温度升高，内能一定增加
D．发生热传递时，热量总是从内能大的物体传递到内能小的物体
变式3：（2023九上·杭州月考）关于温度、热量、内能、比热、热值等，以下说法正确的是（　　）
A．物体的内能增大时，一定要从周围吸热
B．热量一定可以从温度高的物体向温度低的物体转移
C．物体的温度越高，所含的热量一定越多
D．一杯汽油倒去一半，剩余汽油比热一定不变，热值一定减小
考点三、比热容和热量的计算
（一）比热容
(1)定义及单位：单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容，比热容用符号℃表示，单位为焦/(千克. ℃)，读作焦每千克摄氏度。
(2)水的比热容表示的物理意义意义：水的比热容为4.2x103焦/(千克.℃ ),它的意义是质量为1千克的水，温度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量为4.2x103焦。
(3)水的比热容的特点和应用：一定质量的水升高(或降低)一定温度吸收（或放出）的热量较多，根据这特点， 我们用水作为降温物质或用来取暖，用来降温时，让水吸收并带走更多的热量：用来取暖时，让水放出更多的热量。另一方面，由于水的比热容大，在吸收(或放出)相同的热量时，温度升高(或降低)得小，故沿海沿海地区昼夜温差小，沿海地区冬暖夏凉等。
（二）热量的计算公式
(1)吸热公式： Q吸=cm( t-to)。
式中C表示物质的比热容，m表示物体的质量，to表示物体加热前的温度,t表示物体加热后的温度,“t-to”表示升高的温度，有时可用△to表示，此时吸热公式可写成Q吸=cm△to
(2)放热公式：Q放=cm (to-t)。
式中c、m的含义不变，to表示物体放热前的温度，t表示物体放热后的温度，“to-t”表示降低的温度，有时可用△to表示，此时放热公式可写成Q放=cm△to
(3)热量计算的一般式： Q=cm△t △t表示温度的变化量。
可见，物体吸收或放出热量的多少由物体的质量、物质的比热容和物体温度的变化量这三个量的乘积决定，跟物体温度的高低无关。
Q吸与Q放公式中各物理量的单位：比热容C的单位是焦/(千克.℃),质量m的单位是千克，温度(t、t或△to)的单位是℃(摄氏度)，热量Q的单位是焦，计算时要注意单位的统一。
(4)两个温度不同物体放在一起时，高温物体放出热量,温度降低；低温物体吸收热量，温度升高。若放出热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。用公式表示为Q吸=Q放(热平衡方程)。
典例1：（2023九上·义乌月考） 我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18m/s的速度匀速行驶了5min，消耗燃油0.3kg，汽车发动机的牵引力是1000N。已知燃油的热值为4.5×107J/kg。求：
（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量；
（2）该车发动机的机械效率。
变式1：（2023九上·余姚期末）质量相同的砂石和铁，已知砂石的比热是铁的比热的2倍，如果铁吸收热量后温度升高了48℃，那么砂石吸收同样多的热量，其温度升高（　　）
A．12℃ B．24℃ C．48℃ D．96℃
变式2：（2023九上·三台期末）两个不同的物体，甲的质量为1kg，乙的质量为2kg，两者温度都升高1℃，吸收热量如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．乙的比热容为 B．甲的比热容小于乙的比热容
C．甲的比热容等于乙的比热容 D．如果两者温度都降低1℃，他们将放出相同的热量
变式3：（2023九上·玉环月考）如图是某太阳能热水器，向其中注入50kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃，水的比热容是4.2×103J/kg/℃，求：
（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少
（2）如果这段时间该太阳能热水器接收到太阳辐射的热量是2.8×107J，则这段时间该热水器的效率是多少
（3）若用煤燃烧来提供2.8×107J的热量，需完全燃烧多少千克煤？（煤的热值约为3.5×107J/kg）
考点四、热机
（一）热机的特点：通过做功把内能转化为机械能。
（二）汽油机
(3)汽油机在工作时，活塞在汽缸内往复运动。活塞从汽缸的一端运动到另端的过程叫做一个冲程。其工作过程如下表：
冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
工作示意图
进气门开闭情况 打开 关闭 关闭 关闭
排气门开闭情况 关闭 关闭 关闭 打开
活塞运动方向 向下 向上 向下 向上
冲程的作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩汽油和空气的混合物，使其压强增大、温度升高。在压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物 燃料混合物燃烧产生高温高压燃气，高温高压燃气推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 排出废气
能的转化 无能量转化 机械能转化成内能 汽油燃烧：化学能转化成内能；燃气推动活塞做功：内能转化成机械能 无能量转化
(4)工作过程分析：大多数汽油机的一个工作循环都是由四个冲程组成的，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在一个工作循环中，曲轴和飞轮均转动两圈，对外做功1次。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。
典例1：（2024九上·余杭期末）如图甲为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，图乙为汽油机的工作冲程。
（1）图甲中两个滑轮的作用是　 　。
（2）蒸汽弹射装置工作时，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的动能。蒸汽弹射装置工作时的能量转化与图乙中的　 　图(填字母)所示冲程相同。
变式1：（2024九下·义乌开学考）如图所示描述的物理过程，下列分析不正确的是（　　）
A．图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的温度升高，内能增加
B．图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，瓶子内空气的内能增加
C．图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减小
D．图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少
变式2：（2024九上·鹿城月考）如图甲所示为我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过　 　的方式，使筒内空气内能　 　，温度升高，达到艾绒的着火点。如图乙所示为单缸四冲程汽油机工作过程中的四个冲程，其中　 　（选填字母）与上述套筒内空气温度升高过程中能量的转化是一致的。
变式3：如图所示，在试管里注入少量水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了， 水蒸气把软木塞向上冲出，瓶口出现白雾。
（1）软木塞向上冲出这一过程，与四冲程汽油机的___________冲程相似。
（2）请你解释以上这些现象产生的原因。( )
考点五、燃料的热值
（一）定义：1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。
（二）单位：焦/千克，如木炭的热值是3.4x107焦/千克，它表示1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4x107焦。
（三）能量转化：燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。
（四）热值是燃料的一种特性， 它只与燃料的种类有关，不同燃料的热值一般不同；与燃料的形状质量、体积、是否完全燃烧均无关。
（五）燃料完全燃烧放出热量的计算公式： Q放=mq。其中m代表燃料的质量,其单位为千克,q代表燃料的热值，其单位为焦/千克，Q代表热量，其单位为焦。
（六）燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。因此，改善燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧，同时应尽可能减少各种热损失，既可以节约燃料、提高效率，又可以减少污染、保护环境。
典例1：有一款太阳能热水器，铭牌上的部分参数如表所示。将它安装在阳光充足水平台面上，并装满水。
型号 JL8801A
水容量/L 80
自身质量/kg 50
（1）某地区（晴天）一天中接收的太阳能3.36×107J，接收的太阳能，如果由燃烧煤气（热值q=4.2×107J/kg）来获得，则需要完全燃烧多少千克煤气？
（2）装满的水质量是多少千克？
（3）若这一天中接收的太阳能有60%被热水器中的水吸收，则可使初温为20℃的水温度升高到多少度 [c=4.2×103J/（kg·℃)]
变式1：（2024九上·柯桥期末）中国载人航天工程再次传来好消息：
（1）2023年10月24日神舟十七号载人飞船由长征二号F运载火箭成功发射升空。火箭燃料要求质量小而放出的热量多，使用液氢作为燃料就是利用它　 　的特性。
（2）2023年10月31日神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱进入大气层时与空气剧烈摩擦，表面温度急剧升高，这是通过　 　的方式改变内能。
变式2：（2022·浙江温州·九年级期末）近年来，我国多个城市成功实现氢燃料新能源公交车投放使用。某氢能源公交车（如图所示）在一次行驶过程中消耗了3kg的氢燃料，已知水的比热是4.2×103J/(kg·℃)、氢燃料的热值为1.4×108J/kg，求：
(1)3kg的氢燃料完全燃烧，放出多少热量？
(2)若该3kg氢燃料完全燃烧放出热量全部被质量为4000kg、温度为20℃的水吸收，求水升高的温度。
变式3：用燃气灶烧水，燃烧0.5千克的煤气，能使50千克的水从20℃升高到70℃(不计热散失)。已知水的比热容为4.2×103焦/(千克·℃) ，煤气的热值为4.2×107焦/千克。求：
（1）0.5千克煤气完全燃烧放出的热量。
（2）水吸收的热量。
（3）燃气灶烧水的效率。
1．（2023九上·三台期末）小王周末和家人乘车去游玩，某一时刻她看到汽车转速表显示的转速为1800r/min，她向爸爸了解到汽车发动机为四缸四冲程发动机，则此时汽车在1s内完成了（　　）
A．240个冲程，做了60次功 B．60个冲程，做了15次功
C．120个冲程，做了30次功 D．240个冲程，做了30次功
2．（2024九上·绍兴期末）用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（　　)
A．软木塞的机械能守恒
B．能量的转化形式与热机做功冲程能量转化相同
C．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大
D．软木塞的机械能转化为水蒸气的内能
3．（2024九上·平湖期末）如图所示，向装有少量水的烧瓶内缓慢打气，突然塞子跳起来，同时瓶内出现了“白雾”。下列关于该现象的说法正确的是（　　）
A．瓶内气体对外做功 B．机械能转化为内能
C．瓶塞的机械能减少 D．瓶内气体温度升高
4．（2024九上·南浔期末）小楠用可乐瓶制作水火箭，先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图甲所示；打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中，如图乙所示。下列分析正确的是（　　）
A．上升过程中，喷出的水对水火箭有向下的推力
B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少
C．上升过程中，水火箭的重力势能转化为动能
D．下降过程中，水火箭的机械能逐渐增大
5．（2023九上·玉环月考）如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　）
A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少
B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大
C．图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减少
D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大
6.（2021九下·金华月考）如图是被“热棒”包围的青藏铁路。“热棒”相当于一个制冷机，解决了“千年冻土”。“热棒”就是在中空的铁棒里装有适量的液态氨，当路基的温度上升时，通过 的方式将内能传给“热棒”里的液氨，液氨吸热 （填物态变化名称），上升到热棒上端，通过散热片冷却后液化成液态氨，又沉入了棒底。
7．（2024九上·东阳期末）如图是某科学兴趣小组制作的水火箭。发射时，先在瓶内装适量水，再用打气筒往瓶内打足气。打开阀门，水从尾部向下喷出，由于物体间力的作用是相互的，火箭向上飞向空中。
（1）向瓶内打气时，瓶内气体内能　 　（填“增加”、“减少”或“不变”）；
（2）水从尾部向下喷出时，瓶内气体对水做功，该过程相当于内燃机的　 　冲程。
8．（2023九上·永康月考）如图甲所示为我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过　 　的方式，使筒内空气内能　 　，温度升高，达到艾绒的着火点。
9.（2022·浙江宁波·中考真题）单位质量的气体物质，在体积不变的条件下温度升高1℃所吸收的热量称为该气体的定容比热，已知氦气的定容比热为3100J/(kg·℃)。如图所示，质量为0.02kg的氦气被密封在圆柱形气缸内，气缸内氦气气压与外界大气压相同。用力把活塞AB固定，当氦气的温度从20℃升高到30℃时，氦气吸收的热量是___________J。撤去力，氦气推动活塞做功，这一过程的能量转化形式与四冲程汽油机的___________冲程相同。
10．（2022九上·新昌期末）如图是用完全相同的加热装置给甲、乙两种质量相等的不同晶体同时均匀加热，两种晶体熔化前后温度随时间变化的图象。单位质量的两种晶体熔化过程中吸收的热量相比较，Q甲 Q乙；AB是晶体甲熔化图像上的两个点，该晶体在A点时的内能 B点时的内能。（均选填“大于”、“小于”或“等于”）
11．（2024九上·平湖期末）亚洲最大、世界排名第二的矿车是中国制造的徐工DE400。该矿车搭配的是一台电控高性能柴油机，矿车相关参数如下表所示。
型号 DE400
自重 260吨
最大载重 400吨
最高时速 50千米/时
发动机 柴油机
额定功率 2800千瓦
（1）柴油机属于内燃机，工作原理与汽油机相似。柴油机工作时将内能转化为机械能的是　 　冲程。
（2）徐工矿车DE400以额定功率并保持10米/秒的速度在水平路面上匀速行驶1000米，矿车的牵引力做了多少功
12．（2024九上·杭州期末）为探究机械功与热之间的关系，焦耳设计了一个实验，在容器里装水，中间安上带有叶片的转轴，通过重物下降，带动叶片旋转，使水的内能增加。小金自制类似装置验证热和功的关系，如图所示（部分固定装置舍去），其中重物的重力为420牛，匀速下降高度为1m，测得水的温度上升了0.2℃，容器中水的质量为0.45kg，（水的比热C=4.2×103焦/（千克·℃））
（1）该实验通过　 　方式增加了水的内能。
（2）容器内水吸收热量为多少焦
（3）机械功转化为水的内能的效率是多少
13．（2023九上·余姚期末）电磁炉有方便、高效、节能、卫生、安全的性能，已成为广受欢迎、普遍使用的新型灶具。在家庭电路上使用功率为1500W的电磁炉来烧水，将1kg20℃的冷水加热到100℃，需4分钟。求。
（1）水吸收的热量。
（2）电流做的功。
（3）电磁炉的效率。[c水＝4.2×103J/（kg ℃））]
14．（2023九上·萧山月考）如图甲为汽油机的四个冲程示意图，请回答下列问题。
（1）汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程的顺序是 　（对图甲A、B、C、D重新排序）。
（2）一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每分钟完成　 　个做功冲程，A图所示的冲程中，燃气内能会　 　（填“增大”或“减小”）。
（3）图乙所示为某汽油机的能流图，则该汽油机的效率为η＝　 　（用图中的字母代号表示）。根据此图，提出一条提高发动机效率的有效措施：　 　。
（4）据报道，截止今年九月底我国新能源汽车的保有量已达1800多万辆。某品牌的一款电动汽车的部分参数如下表：
空车质量 1380kg 　 最大功率 100kW
轮胎与地面总接触面积 0.032m2 　 最高速度 120km/h
电池容量 42kW h 　 最大续行里程 260km
假如汽车上只有质量为60kg的司机一人，汽车以60km/h的速度匀速行驶36km，耗电9kW h。设汽车所受的阻力为汽车总重的0.05倍，则电动汽车电能转化为机械能的效率为　 　，显然相比汽油车大约30%的效率，电动汽车更环保，更节能。
15．（2022·浙江丽水·中考真题）火的使用推动了人类文明的进步。随着科技的发展，生活中的点火方式越来越使捷多样，但火柴仍是实验室常用的点火工具。火柴引燃过程：划动火柴→擦火皮（含微量易燃物）产生火星→引发火柴头燃烧。图乙是小丽设计的三种引燃火柴的方式，若F1=F2>F3，且B、C的火柴棒与擦火皮夹角相同，则哪种方式更容易将火柴引燃 请用所学知识解释。
16．英国物理学家斯特林于 1816 年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机汽缸内工作介质 易汽化、易液化，该介质经过吸热膨胀、冷却压缩的循环过程输出动力，因此又被称为 热气机。某工程师按照“斯特林发动机”原理设计了如图甲所示的模型机，工作过程中 飞轮持续旋转如图乙。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。
17．（2022·浙江宁波·九年级期末）很多同学在课间玩扭转矿泉水瓶的游戏，如图所示。在瓶里装有少量的水，盖紧瓶盖，使劲拧瓶的下部，使其严重变形，然后略松开瓶盖（对着没人的方向），瓶盖弹出数米远，同时观察到瓶口和瓶内有白雾产生。请用所学知识对实验现象进行解释。
18．（2024九上·临海期末）热机在人类生活中发挥着重要作用。汽油机、柴油机都属于热机中的内燃机，它们的结构(模型如图所示)和工作原理基本相似。飞轮可看成一个杠杆，活塞、连杆是固定连接，为飞轮旋转提供动力，使其克服曲轴的阻力并带动曲轴旋转，进而使车辆运行。同排量(汽缸总容积相同)的情况下，汽油机动力小、机械效率一般为20%~30%：柴油机动力大、机械效率可达45%。下表是汽油机和柴油机相关参数的比较，试分析两者的动力、机械效率存在差别的原因。
汽油机 柴油机
燃料种类及性质 汽油，密度小，易挥发，燃烧较快，燃烧效率低 柴油，密度大，不易挥发，燃烧较慢，燃烧效率高
构造 汽缸、连杆较短，飞轮较小 汽缸、连杆较长，飞轮较大
吸入汽缸的物质 汽油和空气的混合物 空气
压缩冲程前后汽缸容积比 10：1 23：1
点火方式 上方有火花塞，在压缩冲程末点燃汽缸内的混合物 上方有喷油嘴，在压缩冲程末喷出雾状柴油液滴，遇到汽缸里的高温空气迅速汽化并燃烧
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
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典例分析
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