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第十四章　内能与热机
第一节　内能及其改变
知识点1　物体的内能
1.内能的概念
概念 微观 宏观 量值
分子的 动能 物质的分子由于 而具有的能量 分子永不停息地做 运动 与 有关 永远不等于零
分子的 势能 物质的分子由它们的相对位置所决定的能量 物质的分子间存在相互作用的 和 与物体的 有关 可能等于零
物体的 内能 物体内所有分子无规则运动的分子 ，以及分子 的总和 分子在永不停息地做无规则运动、分子间存在相互作用力 与 及 、 有关 永远不等于零
2.决定内能大小的因素：内能不仅与温度有关，还与质量、体积有关。
温度是影响物体内能最主要的因素，若体积变化不大，同一个物体，温度越高，它具有的内能就 。物体的内能还受质量、体积的影响。物体的内能跟质量有关，在温度和体积一定时，物体的质量越大，分子的数量越多，物体的内能就 。
3.内能的单位：内能是能量存在的一种形式，各种形式的能量的单位都是焦耳，内能的单位也是焦耳，符号是J。
4.内能和机械能的区别与联系
概念 量值 影响因素 联系
内能 物体内所有分子无规则运动的动能以及分子势能的总和 不能为零，自然界中一切物体在任何情况下都有内能 质量、状态、温度、体积、材料 所有具有机械能的物体同时一定具有内能，但具有内能的物体不一定具有机械能
机械能 物体的动能和势能统称为机械能 可以为零 质量、速度、高度、弹性形变大小
知识点2　改变物体内能的两种途径
1.做功可以改变物体的内能：外界对物体 ，物体内能 ；物体对外做功，物体内能 。
做功的实例：钻木取火、搓手生热、压缩空气、弯折铁丝等。
2.热传递可以改变物体的内能：两个温度不同的物体相互接触时，高温物体 热量，内能 ，温度 ，低温物体 热量，内能 ，温度 。发生热传递的几个物体最终温度一定相同。热传递的实例：加热物体、取暖、做饭等。
3.做功与热传递的区别与联系
区别 联系
实质 条件 方式 (方法) 举例
热传递 内能的转移，由 物体(或部分)转移到 物体(或部分) 不同物体或物体的不同部分存在 。物体吸热，内能增加，放热则内能减少 热传导、 热对流、 烧红的铁块放入水中
做功 其他形式的能量(主要是机械能)与内能之间的相互转化 外界对物体做功，物体内能 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体 人从滑梯上滑下，臀部有灼热感
物体对外界做功，物体内能 利用热膨胀对外做功 烧开水时壶盖被顶起，水蒸气对壶盖做功，水蒸气内能减少
知识点3　热量
定义 在热传递过程中，物体间 传递的多少称为热量
常用单位 焦耳(J)
符号 通常用Q表示
表达方式 吸收热量、放出热量
【说明】
(1)热量是指热传递过程中物体间内能传递的多少，热量是一个过程量。我们不能说一个物体“具有多少热量”“含有多少热量”，只能说一个物体“放出了多少热量”或“吸收了多少热量”。
(2)热量的多少与物体内能的多少、物体温度的高低无关，而与传递内能的多少有关。
第二节　物质的比热容
第1课时　探究物质的比热容
知识点1　探究物质吸热或放热规律
提出问题 不同的物质，在质量相等、升高的温度也相等时，吸收的热量是不是一样呢
猜想与假设 吸收的热量可能不同
设计与 进行实验 (1)取相同质量的水和食用油盛入如图所示的两个相同的烧杯中，用同样的电加热器分别浸入两液体中对其加热 (2)记录加热前液体的初温度t1，预先设定好加热的末温度t2 (3)电加热器浸入液体，可认为电加热器放出的热量被液体完全吸收 (4)当一种液体温度达到t2时，记录该液体加热的最终时刻，计算该液体加热时间t，对另一种液体作同样的观察、操作和记录 　收集数据，将实验数据填入下表： 液体名称液体质 量m/g液体初 温t1/℃液体末 温t2/℃升高的温度 (t2-t1)/℃加热时 间t/min水食用油
实验结论 相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量通常 ；相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量通常
实验 注意 事项 (1)实验中物质吸收热量的多少是通过时间来体现的 (2)温度计的作用是测量液体温度。在测量时，一定要注意不能使温度计的玻璃泡与容器底部、侧壁接触
【说明】
(1)实验探究中应用了转换法，把液体吸热多少转化为加热时间的长短，同时实验过程中还用到控制变量法，控制水和食用油的质量和初温相等。
(2)实验时使用相同的电加热器，目的是保证相同加热时间内两种液体吸收的热量相同。
(3)进行多次实验的目的是寻找普遍规律，避免实验的偶然性，不是减小实验误差。
知识点2　物质的比热容
1.物理学规定：比热容的大小等于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。比热容用符号c表示。
2.国际单位：焦每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)。
3.比热容是物质的一种特性
(1)比热容是反映物质自身性质的物理量。不同的物质，比热容一般不同。对于这一物理量可以从两个方面去理解。
物质的吸热本领 物质的温度改变的难易程度
具体 说明 比热容大表示 比热容大表示
比热容小表示 比热容小表示
解释 相等质量的不同物质升高相同的温度，比热容越大，吸收的热量 ；比热容越小，吸收的热量 相等质量的不同物质吸收相等的热量，比热容越大，温度升高得 ；比热容越小，温度升高得
(2)比热容只决定于 ，反映了物质吸热(或放热)的本领大小，与物质的 、 或 热量的多少、温度的 、 、 等都没有关系。但是，物质的比热容与物质的状态有关。如水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，而冰的比热容为2.1×103 J/(kg·℃)。
(3)在其他条件相同时，质量相同的同种物质，温度升高1 ℃所吸收的热量，与温度降低1 ℃所放出的热量是 。
【说明】
(1)由于每一种物质都有自己的比热容，所以利用物质的这种特性可以鉴别物质。
(2)比热容的大小还反映了物质温度改变的难易程度。质量相同的两种物质制成的两个物体，吸收(或放出)相同的热量时，比热容大的物质制成的物体温度改变要小一些。可见，物质的比热容越大，用其制成的物体的温度越不容易改变。
第2课时　热量的计算
知识点1　有关水的比热容的应用
1.冬天，北方地区用水作为暖气设备的工作介质，汽车发动机用水作为冷却剂都是因为水的 。
冬天暖气设备用热水供暖　用水冷却汽车发动机
2.因为水的比热容较大，所以沙漠地区的昼夜温差较 ，沿海地区的昼夜温差较 。
知识点2　热量的计算
1.吸热公式：Q吸= ，其中c表示物质的比热容， 表示物质的质量， 表示物质的初温， 表示吸热后的末温，“ ”表示升高的温度，有时用 表示，此时吸热公式可写成 。
2.放热公式： ，其中 的含义不变， 表示放热后的末温，“ ”表示降低的温度，有时用 表示，此时放热公式可写成 。
3.热量计算的一般式： ， 表示温度的变化量，可见，物质吸收或放出热量的多少由物质的 、物质的 和物质的 的变化量这三个量决定，跟物质的温度的高低无关。
【说明】
(1)推导式c=只能用来计算物质的比热容，不能简单地认为物质的比热容c与Q成正比、与m和Δt成反比，因为比热容是物质本身的一种特征，与物质吸热或放热的多少、质量的大小及温度变化情况无关。
(2)在利用热量计算公式进行计算时，需要注意以下四点：①正确理解公式中各物理量的物理意义。②同一公式中各物理量的单位要统一。③公式适用于物态不发生变化时物体升温(或降温)过程中吸热(或放热)的计算。如果吸放热过程中存在着物态变化，则不能使用这几个公式。例如，冰熔化为水的过程中需吸热，此时冰的温度(或冰水混合物的温度)没有变化，但需要从外界吸收热量。④注意文字叙述中“升高”“升高了”“降低”“降低了”对应的是温度的改变量，而“升高到”“降低到”对应的是物体的末温。
第三节　热　机
知识点1　热机
1.最简单的“热机”
在试管中装些水，用软木塞塞住试管口，加热使水沸腾，观察到软木塞被推出试管口。
归纳：燃料燃烧将 转化为 ， 转移给水，水蒸气的 转化为瓶塞的 。
2.定义：把燃料燃烧时释放的 转变为 的装置称为热机。
【拓展】　热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机、火箭喷气发动机等。所有热机在工作时能量转化的过程都是相同的，即燃料燃烧将化学能转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。因此，热机就是利用内能来做功的机器，或者说热机就是把内能转化为机械能的机器。
3.内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。根据所用燃料的不同分为 和 等。
知识点2　汽油机
1.利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机是汽油机。
2.活塞在气缸内做一次 叫一个冲程(或行程)。
3.汽油机完成一个工作循环，活塞往复运动两次，飞轮旋转两圈，经历 、 、 、 四个冲程。
4.汽油机的构造示意图
5.四个冲程工作情况和能量转化情况
冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
工作过程 示意图
特点 进气阀 ，排气阀 ，活塞由气缸顶部 运动，缸内活塞上部体积 ，压强减小，所以汽油和空气的混合物通过进气道被吸入气缸 进气阀和排气阀都 ，活塞由气缸最下端 运动，缸内混合气体被压缩，内能增加，温度升高，压强增大 进气阀和排气阀都 ，在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，缸内气体剧烈燃烧，高温、高压气体推动活塞 运动，并通过连杆驱使曲轴转动 进气阀 ，排气阀 ，飞轮因为惯性继续转动从而推动活塞 运动，将产生的废气排出气缸外，并为下一个循环做准备
做功及 能量转 化情况 无能量转化 活塞对混合气体做功，把机械能转化为混合气体的 燃料燃烧，化学能转化为内能；气体对活塞做功，把内能转化为活塞的 无能量转化
【说明】
(1)四个冲程中发生能量转化的有两个冲程：压缩冲程和做功冲程。但只有做功冲程对外做功，其他几个冲程都是靠飞轮的惯性维持的，故飞轮的质量要足够大。在开始转动时，要靠外力先使飞轮和曲轴连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能工作。
(2)在汽油机的一个工作循环中，有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转两周，高温高压燃气对外做功一次。
6.内燃机工作冲程的判断方法
一是气阀的开与关；二是活塞的运动方向。
气阀的开与关 活塞运动方向 冲程名称
只有一个气阀打开 向下 吸气冲程
向上 排气冲程
两个气阀都关闭 向下 做功冲程
向上 压缩冲程
知识点3　柴油机
1.利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机叫柴油机。
2.柴油机的构造和汽油机的构造大致相同，不同的是柴油机的气缸顶部无火花塞而是有喷油嘴。柴油机结构如图所示。
3.柴油机的工作过程
柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，也是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
柴油机 工作过程 喷油嘴喷出雾状柴油
4.汽油机与柴油机的相同与不同之处
比较项目 汽油机 柴油机
相同之处 一个工作循环都要经历四个冲程，都通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能
构造方面 气缸顶部是 气缸顶部是
吸入气体 的混合物 仅仅是
压缩程度 压缩冲程末，气体体积压缩得较小，压强较大，温度较高，没有达到汽油的着火点 压缩冲程末，气体体积要小得多，压强更大，温度更高，超过了柴油的着火点
点燃方式
用途方面 汽油机一般比柴油机轻巧，通常用在飞机、小汽车、摩托车及一些小型农用机械上 柴油机一般用在舰船、载重汽车、拖拉机、坦克等大型设备上，一些小型发电机也用柴油机
【说明】　对热机工作过程的理解
错误 说法 汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气 热机的工作过程只是将内能转化成机械能的过程 压缩冲程，将化学能转化成内能 在做功冲程，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 四冲程汽油机一个工作循环对外做功4次
解释 汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气和汽油的混合物 在压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能 压缩冲程，将机械能转化成内能 在做功冲程中，汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式 四冲程汽油机一个工作循环，四个冲程，活塞往复运动两次，对外做功一次
第四节　跨学科：热机效率和环境保护
知识点1　燃料的热值
定义 某种燃料完全燃烧放出的 与所用该燃料的 之比
数值 等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量
单位 焦每千克，即“J/kg”
公式 ，Q为燃料完全燃烧放出的 ，m为燃料的 ，q为该燃料的
注意 同种燃料的热值相同，不同燃料的热值一般不同
【说明】
(1)燃料的热值是物质本身的一种特性，它只与燃料种类有关，与燃料是否燃烧、燃烧是否充分无关。
(2)如果用q表示燃料的热量，m表示燃料的质量，则完全燃烧该燃料时放出的热量Q=mq。其中m的单位是kg，q的单位是J/kg，Q的单位是J。
(3)对于气体，人们还使用完全燃烧某气体所释放的热量与体积之比来描述气体的热值，因此有Q=Vq，q的单位是J/m3。
(4)热值的物理意义：表示1 kg的某种燃料完全燃烧时所放出的热量的多少(燃料为气体时，表示1 m3的某种燃料完全燃烧时所释放的热量的多少)。同种燃料的热值相同(例如：干木柴用掉一半后，剩余干木柴的热值不变)，不同种燃料的热值一般不同。
(5)Q吸=cmΔt与Q放=mq的综合运用
在日常生活中，我们常燃烧燃料来给水加热。这里，要定量计算将水加热到某种程度需多少燃料，或者燃烧某种燃料可将水加热到多高的温度，就要用到上述两个公式。解答这类题目，关键是要明确Q吸与Q放的关系，然后找出已知量，确定要求的未知量跟已知量的关系，再利用两公式进行解答。
知识点2　热机效率
1.热机运转中，对外做的 与燃料完全燃烧所释放的 的比值称为热机效率。
2.计算公式： 。
3.热机能量损失主要有：燃料没有完全燃烧，排出的废气温度很高，损失了大部分能量；内燃机气缸等部件吸收热量损失了一部分能量；克服内燃机各部件之间的摩擦做功损失了一部分能量。
4.提高热机效率的方法：使燃料燃烧更充分一些；减少热量损失；保证各部件的良好润滑，减小摩擦。
【说明】
(1)由于燃料的优劣、内燃机气缸内氧气含量的多少等原因，热机不可能将燃料完全燃烧，这必将有一部分能量由于燃料没有完全燃烧而损失掉。不过，这里损失的能量很少，通常称为燃烧损失。
(2)四冲程内燃机的一个工作循环中，排气冲程将气缸中的废气排放掉，但此时废气的温度仍很高，内能较大，通常称为废气能量损失。
(3)热机大部分是由金属制成的，金属是热的良导体 ，将部分燃料燃烧所释放的热量通过热传递传递到空气中，所以散热也是能量损失的一方面，通常称为散热损失。
(4)活塞和曲轴在运动时要克服摩擦做功，这部分能量也要靠燃料燃烧释放的内能来提供，通常称为机械损失。
知识点3　环境保护
1.热机造成的环境污染包括两方面
(1)大气污染
①燃料燃烧造成大气污染的原因
燃料中有杂质，燃烧生成二氧化硫等有害物质；燃烧时的高温还会促使氮氧化合物的生成；燃烧不完全会产生粉尘和一氧化碳。
②大气污染的危害
影响人类健康；影响植物正常生长；影响全球气候；大气中的二氧化硫和氮氧化合物经化学反应溶于雨水会形成酸雨，酸雨危害动植物、污染环境。
(2)噪声污染
热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又一方面。
2.保护环境，控制和减少大气污染的措施
(1)改进燃烧设备，加装消烟除尘设备以减少烟尘排放。
(2)提高燃料的综合利用，提高燃料利用率。采取集中供热，例如北方冬季取暖用散热片，减少大气污染；城市普及天然气和煤气的使用，提高机动车燃油标准。
(3)充分开发利用无污染能源，如：利用太阳能、风能、水能、地热能等。
(4)在内燃机排气管上安装消音器，减小噪声污染。
(5)大力植树种草。第十四章　内能与热机
第一节　内能及其改变
知识点1　物体的内能
1.内能的概念
概念 微观 宏观 量值
分子的 动能 物质的分子由于　热运动　而具有的能量 分子永不停息地做　无规则　运动 与　温度　有关 永远不等于零
分子的 势能 物质的分子由它们的相对位置所决定的能量 物质的分子间存在相互作用的　引力　和　斥力　 与物体的　体积　有关 可能等于零
物体的 内能 物体内所有分子无规则运动的分子　动能　，以及分子　势能　的总和 分子在永不停息地做无规则运动、分子间存在相互作用力 与　质量　及　温度　、　体积　有关 永远不等于零
2.决定内能大小的因素：内能不仅与温度有关，还与质量、体积有关。
温度是影响物体内能最主要的因素，若体积变化不大，同一个物体，温度越高，它具有的内能就　越大　。物体的内能还受质量、体积的影响。物体的内能跟质量有关，在温度和体积一定时，物体的质量越大，分子的数量越多，物体的内能就　越大　。
3.内能的单位：内能是能量存在的一种形式，各种形式的能量的单位都是焦耳，内能的单位也是焦耳，符号是J。
4.内能和机械能的区别与联系
概念 量值 影响因素 联系
内能 物体内所有分子无规则运动的动能以及分子势能的总和 不能为零，自然界中一切物体在任何情况下都有内能 质量、状态、温度、体积、材料 所有具有机械能的物体同时一定具有内能，但具有内能的物体不一定具有机械能
机械能 物体的动能和势能统称为机械能 可以为零 质量、速度、高度、弹性形变大小
知识点2　改变物体内能的两种途径
1.做功可以改变物体的内能：外界对物体　做功　，物体内能　增加　；物体对外做功，物体内能　减少　。
做功的实例：钻木取火、搓手生热、压缩空气、弯折铁丝等。
2.热传递可以改变物体的内能：两个温度不同的物体相互接触时，高温物体　放出　热量，内能　减少　，温度　降低　，低温物体　吸收　热量，内能　增加　，温度　升高　。发生热传递的几个物体最终温度一定相同。热传递的实例：加热物体、取暖、做饭等。
3.做功与热传递的区别与联系
区别 联系
实质 条件 方式 (方法) 举例
热传递 内能的转移，由　高温　物体(或部分)转移到　低温　物体(或部分) 不同物体或物体的不同部分存在　温度差　。物体吸热，内能增加，放热则内能减少 热传导、 热对流、 　热辐射　 烧红的铁块放入水中
做功 其他形式的能量(主要是机械能)与内能之间的相互转化 外界对物体做功，物体内能　增加　 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体 人从滑梯上滑下，臀部有灼热感
物体对外界做功，物体内能　减少　 利用热膨胀对外做功 烧开水时壶盖被顶起，水蒸气对壶盖做功，水蒸气内能减少
知识点3　热量
定义 在热传递过程中，物体间　内能　传递的多少称为热量
常用单位 焦耳(J)
符号 通常用Q表示
表达方式 吸收热量、放出热量
【说明】
(1)热量是指热传递过程中物体间内能传递的多少，热量是一个过程量。我们不能说一个物体“具有多少热量”“含有多少热量”，只能说一个物体“放出了多少热量”或“吸收了多少热量”。
(2)热量的多少与物体内能的多少、物体温度的高低无关，而与传递内能的多少有关。
第二节　物质的比热容
第1课时　探究物质的比热容
知识点1　探究物质吸热或放热规律
提出问题 不同的物质，在质量相等、升高的温度也相等时，吸收的热量是不是一样呢
猜想与假设 吸收的热量可能不同
设计与 进行实验 (1)取相同质量的水和食用油盛入如图所示的两个相同的烧杯中，用同样的电加热器分别浸入两液体中对其加热 (2)记录加热前液体的初温度t1，预先设定好加热的末温度t2 (3)电加热器浸入液体，可认为电加热器放出的热量被液体完全吸收 (4)当一种液体温度达到t2时，记录该液体加热的最终时刻，计算该液体加热时间t，对另一种液体作同样的观察、操作和记录 　收集数据，将实验数据填入下表： 液体名称液体质 量m/g液体初 温t1/℃液体末 温t2/℃升高的温度 (t2-t1)/℃加热时 间t/min水食用油
实验结论 相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量通常　相同　；相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量通常　不同　
实验 注意 事项 (1)实验中物质吸收热量的多少是通过时间来体现的 (2)温度计的作用是测量液体温度。在测量时，一定要注意不能使温度计的玻璃泡与容器底部、侧壁接触
【说明】
(1)实验探究中应用了转换法，把液体吸热多少转化为加热时间的长短，同时实验过程中还用到控制变量法，控制水和食用油的质量和初温相等。
(2)实验时使用相同的电加热器，目的是保证相同加热时间内两种液体吸收的热量相同。
(3)进行多次实验的目的是寻找普遍规律，避免实验的偶然性，不是减小实验误差。
知识点2　物质的比热容
1.物理学规定：比热容的大小等于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。比热容用符号c表示。
2.国际单位：焦每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)。
3.比热容是物质的一种特性
(1)比热容是反映物质自身性质的物理量。不同的物质，比热容一般不同。对于这一物理量可以从两个方面去理解。
物质的吸热本领 物质的温度改变的难易程度
具体 说明 比热容大表示　吸热本领大　 比热容大表示　温度难改变　
比热容小表示　吸热本领小　 比热容小表示　温度容易改变　
解释 相等质量的不同物质升高相同的温度，比热容越大，吸收的热量　越多　；比热容越小，吸收的热量　越少　 相等质量的不同物质吸收相等的热量，比热容越大，温度升高得　越少　；比热容越小，温度升高得　越多　
(2)比热容只决定于　物质本身　，反映了物质吸热(或放热)的本领大小，与物质的　质量　、　吸收　或　放出　热量的多少、温度的　高低　、　形状　、　位置　等都没有关系。但是，物质的比热容与物质的状态有关。如水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，而冰的比热容为2.1×103 J/(kg·℃)。
(3)在其他条件相同时，质量相同的同种物质，温度升高1 ℃所吸收的热量，与温度降低1 ℃所放出的热量是　相同的　。
【说明】
(1)由于每一种物质都有自己的比热容，所以利用物质的这种特性可以鉴别物质。
(2)比热容的大小还反映了物质温度改变的难易程度。质量相同的两种物质制成的两个物体，吸收(或放出)相同的热量时，比热容大的物质制成的物体温度改变要小一些。可见，物质的比热容越大，用其制成的物体的温度越不容易改变。
第2课时　热量的计算
知识点1　有关水的比热容的应用
1.冬天，北方地区用水作为暖气设备的工作介质，汽车发动机用水作为冷却剂都是因为水的　比热容较大　。
冬天暖气设备用热水供暖　用水冷却汽车发动机
2.因为水的比热容较大，所以沙漠地区的昼夜温差较　大　，沿海地区的昼夜温差较　小　。
知识点2　热量的计算
1.吸热公式：Q吸=　cm(t2-t1)　，其中c表示物质的比热容，　m　表示物质的质量，　t1　表示物质的初温，　t2　表示吸热后的末温，“　t2-t1　”表示升高的温度，有时用　Δt　表示，此时吸热公式可写成　Q吸=cmΔt　。
2.放热公式：　Q放=cm(t1-t2)　，其中　c、m、t1　的含义不变，　t2　表示放热后的末温，“　t1-t2　”表示降低的温度，有时用　Δt　表示，此时放热公式可写成　Q放=cmΔt　。
3.热量计算的一般式：　Q=cmΔt　，　Δt　表示温度的变化量，可见，物质吸收或放出热量的多少由物质的　质量　、物质的　比热容　和物质的　温度　的变化量这三个量决定，跟物质的温度的高低无关。
【说明】
(1)推导式c=只能用来计算物质的比热容，不能简单地认为物质的比热容c与Q成正比、与m和Δt成反比，因为比热容是物质本身的一种特征，与物质吸热或放热的多少、质量的大小及温度变化情况无关。
(2)在利用热量计算公式进行计算时，需要注意以下四点：①正确理解公式中各物理量的物理意义。②同一公式中各物理量的单位要统一。③公式适用于物态不发生变化时物体升温(或降温)过程中吸热(或放热)的计算。如果吸放热过程中存在着物态变化，则不能使用这几个公式。例如，冰熔化为水的过程中需吸热，此时冰的温度(或冰水混合物的温度)没有变化，但需要从外界吸收热量。④注意文字叙述中“升高”“升高了”“降低”“降低了”对应的是温度的改变量，而“升高到”“降低到”对应的是物体的末温。
第三节　热　机
知识点1　热机
1.最简单的“热机”
在试管中装些水，用软木塞塞住试管口，加热使水沸腾，观察到软木塞被推出试管口。
归纳：燃料燃烧将　化学能　转化为　内能　，　内能　转移给水，水蒸气的　内能　转化为瓶塞的　机械能　。
2.定义：把燃料燃烧时释放的　内能　转变为　机械能　的装置称为热机。
【拓展】　热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机、火箭喷气发动机等。所有热机在工作时能量转化的过程都是相同的，即燃料燃烧将化学能转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。因此，热机就是利用内能来做功的机器，或者说热机就是把内能转化为机械能的机器。
3.内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。根据所用燃料的不同分为　汽油机　和　柴油机　等。
知识点2　汽油机
1.利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机是汽油机。
2.活塞在气缸内做一次　单向运动　叫一个冲程(或行程)。
3.汽油机完成一个工作循环，活塞往复运动两次，飞轮旋转两圈，经历　吸气　、　压缩　、　做功　、　排气　四个冲程。
4.汽油机的构造示意图
5.四个冲程工作情况和能量转化情况
冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
工作过程 示意图
特点 进气阀　打开　，排气阀　关闭　，活塞由气缸顶部　向下　运动，缸内活塞上部体积　增大　，压强减小，所以汽油和空气的混合物通过进气道被吸入气缸 进气阀和排气阀都　关闭　，活塞由气缸最下端　向上　运动，缸内混合气体被压缩，内能增加，温度升高，压强增大 进气阀和排气阀都　关闭　，在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，缸内气体剧烈燃烧，高温、高压气体推动活塞　向下　运动，并通过连杆驱使曲轴转动 进气阀　关闭　，排气阀　打开　，飞轮因为惯性继续转动从而推动活塞　向上　运动，将产生的废气排出气缸外，并为下一个循环做准备
做功及 能量转 化情况 无能量转化 活塞对混合气体做功，把机械能转化为混合气体的　内能　 燃料燃烧，化学能转化为内能；气体对活塞做功，把内能转化为活塞的　机械能　 无能量转化
【说明】
(1)四个冲程中发生能量转化的有两个冲程：压缩冲程和做功冲程。但只有做功冲程对外做功，其他几个冲程都是靠飞轮的惯性维持的，故飞轮的质量要足够大。在开始转动时，要靠外力先使飞轮和曲轴连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能工作。
(2)在汽油机的一个工作循环中，有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转两周，高温高压燃气对外做功一次。
6.内燃机工作冲程的判断方法
一是气阀的开与关；二是活塞的运动方向。
气阀的开与关 活塞运动方向 冲程名称
只有一个气阀打开 向下 吸气冲程
向上 排气冲程
两个气阀都关闭 向下 做功冲程
向上 压缩冲程
知识点3　柴油机
1.利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机叫柴油机。
2.柴油机的构造和汽油机的构造大致相同，不同的是柴油机的气缸顶部无火花塞而是有喷油嘴。柴油机结构如图所示。
3.柴油机的工作过程
柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，也是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
柴油机 工作过程 喷油嘴喷出雾状柴油
4.汽油机与柴油机的相同与不同之处
比较项目 汽油机 柴油机
相同之处 一个工作循环都要经历四个冲程，都通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能
构造方面 气缸顶部是　火花塞　 气缸顶部是　喷油嘴　
吸入气体 　汽油和空气　的混合物 仅仅是　空气　
压缩程度 压缩冲程末，气体体积压缩得较小，压强较大，温度较高，没有达到汽油的着火点 压缩冲程末，气体体积要小得多，压强更大，温度更高，超过了柴油的着火点
点燃方式 　点燃式　 　压燃式　
用途方面 汽油机一般比柴油机轻巧，通常用在飞机、小汽车、摩托车及一些小型农用机械上 柴油机一般用在舰船、载重汽车、拖拉机、坦克等大型设备上，一些小型发电机也用柴油机
【说明】　对热机工作过程的理解
错误 说法 汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气 热机的工作过程只是将内能转化成机械能的过程 压缩冲程，将化学能转化成内能 在做功冲程，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 四冲程汽油机一个工作循环对外做功4次
解释 汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气和汽油的混合物 在压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能 压缩冲程，将机械能转化成内能 在做功冲程中，汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式 四冲程汽油机一个工作循环，四个冲程，活塞往复运动两次，对外做功一次
第四节　跨学科：热机效率和环境保护
知识点1　燃料的热值
定义 某种燃料完全燃烧放出的　热量　与所用该燃料的　质量　之比
数值 等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量
单位 焦每千克，即“J/kg”
公式 　q=　，Q为燃料完全燃烧放出的　热量　，m为燃料的　质量　，q为该燃料的　热值　
注意 同种燃料的热值相同，不同燃料的热值一般不同
【说明】
(1)燃料的热值是物质本身的一种特性，它只与燃料种类有关，与燃料是否燃烧、燃烧是否充分无关。
(2)如果用q表示燃料的热量，m表示燃料的质量，则完全燃烧该燃料时放出的热量Q=mq。其中m的单位是kg，q的单位是J/kg，Q的单位是J。
(3)对于气体，人们还使用完全燃烧某气体所释放的热量与体积之比来描述气体的热值，因此有Q=Vq，q的单位是J/m3。
(4)热值的物理意义：表示1 kg的某种燃料完全燃烧时所放出的热量的多少(燃料为气体时，表示1 m3的某种燃料完全燃烧时所释放的热量的多少)。同种燃料的热值相同(例如：干木柴用掉一半后，剩余干木柴的热值不变)，不同种燃料的热值一般不同。
(5)Q吸=cmΔt与Q放=mq的综合运用
在日常生活中，我们常燃烧燃料来给水加热。这里，要定量计算将水加热到某种程度需多少燃料，或者燃烧某种燃料可将水加热到多高的温度，就要用到上述两个公式。解答这类题目，关键是要明确Q吸与Q放的关系，然后找出已知量，确定要求的未知量跟已知量的关系，再利用两公式进行解答。
知识点2　热机效率
1.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　的比值称为热机效率。
2.计算公式：　η=×100%　。
3.热机能量损失主要有：燃料没有完全燃烧，排出的废气温度很高，损失了大部分能量；内燃机气缸等部件吸收热量损失了一部分能量；克服内燃机各部件之间的摩擦做功损失了一部分能量。
4.提高热机效率的方法：使燃料燃烧更充分一些；减少热量损失；保证各部件的良好润滑，减小摩擦。
【说明】
(1)由于燃料的优劣、内燃机气缸内氧气含量的多少等原因，热机不可能将燃料完全燃烧，这必将有一部分能量由于燃料没有完全燃烧而损失掉。不过，这里损失的能量很少，通常称为燃烧损失。
(2)四冲程内燃机的一个工作循环中，排气冲程将气缸中的废气排放掉，但此时废气的温度仍很高，内能较大，通常称为废气能量损失。
(3)热机大部分是由金属制成的，金属是热的良导体 ，将部分燃料燃烧所释放的热量通过热传递传递到空气中，所以散热也是能量损失的一方面，通常称为散热损失。
(4)活塞和曲轴在运动时要克服摩擦做功，这部分能量也要靠燃料燃烧释放的内能来提供，通常称为机械损失。
知识点3　环境保护
1.热机造成的环境污染包括两方面
(1)大气污染
①燃料燃烧造成大气污染的原因
燃料中有杂质，燃烧生成二氧化硫等有害物质；燃烧时的高温还会促使氮氧化合物的生成；燃烧不完全会产生粉尘和一氧化碳。
②大气污染的危害
影响人类健康；影响植物正常生长；影响全球气候；大气中的二氧化硫和氮氧化合物经化学反应溶于雨水会形成酸雨，酸雨危害动植物、污染环境。
(2)噪声污染
热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又一方面。
2.保护环境，控制和减少大气污染的措施
(1)改进燃烧设备，加装消烟除尘设备以减少烟尘排放。
(2)提高燃料的综合利用，提高燃料利用率。采取集中供热，例如北方冬季取暖用散热片，减少大气污染；城市普及天然气和煤气的使用，提高机动车燃油标准。
(3)充分开发利用无污染能源，如：利用太阳能、风能、水能、地热能等。
(4)在内燃机排气管上安装消音器，减小噪声污染。
(5)大力植树种草。

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