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第五讲　内能　内能的利用
分子热运动
1.物质的构成：常见的物质是由极其微小的粒子—— 、 等构成的。分子很小，人们通常以 m为单位来量度分子。
2.分子热运动
（1）扩散：不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象，叫作扩散。任何条件下，在固体、液体和气体之间都能发生扩散。举例：酒香不怕巷子深、槐花飘香等。
（2）分子热运动：一切物质的分子都在不停地做 。这种无规则的运动叫作分子的热运动。分子运动越 ，物体的温度越高。
3.分子间的作用力：分子之间存在 ，如被紧压在一起的铅柱很难被分开；分子之间存在 ，如固体和液体很难被压缩。分子间的作用力还与分子间的距离有关，如“破镜难圆”说明镜子破裂处的绝大多数分子间的距离较大，分子间几乎没有相互作用力。
4.分子动理论：①常见的物质是由大量分子构成的；②物质内的分子在不停地做热运动；③分子之间存在引力和斥力。
内能
1.内能
（1）定义：构成物体的所有分子，其热运动的 与 的总和，叫作物体的内能。
（2）影响因素
①温度：同一物体，温度升高，内能 ；温度降低，内能 。
②质量：在温度、状态相同的情况下，同种物体的质量越大，内能越 。
③物体的内能与其材料和状态也有关。
（3）特点：一切物体在 时候都有内能，如0℃的冰具有内能。
2.物体内能的改变方式
热传递 做功
实质 能量的 能量的
生活举例 晒太阳、烧水做饭、哈气取暖 钻木取火、摩擦生热、搓手取暖
说明 ①条件：存在温度差 ②规律：高温物体放出热量、内能 ，低温物体吸收热量、内能 外界对物体做功，物体的内能 ；物体对外做功，物体的内能 （如开水顶开壶盖，水的内能减少）
联系 热传递和做功在改变物体的内能上是 的
3.热量
（1）定义：在热传递过程中，传递热的多少叫作热量。用符号 表示。
（2）单位： ，符号： 。
（3）温度、内能、热量之间的关系
①同一物体温度升高，内能一定增加，温度升高不一定吸收热量，如摩擦生热、热机的压缩冲程对气体做功。
②吸收热量，内能增加，温度不一定升高，如晶体熔化时，吸收热量但温度不变。
③内能增加，物体不一定吸收了热量，如用摩擦的方法使冰熔化。
比热容
1.比热容
（1）定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的 与它的 和升高的 乘积之比，叫作这种物质的比热容，用符号c表示。
（2）单位：焦每千克摄氏度，符号： 。
【温馨提示】
（1）比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，与物质的质量、体积、吸放热等无关。
（2）不同的物质，比热容一般不同。
（3）质量相同的不同物质，当吸收或放出相同的热量时，比热容较大的物质温度变化较小；当升高或降低相同的温度时，比热容较大的物质吸收或放出的热量较多。
2.水的比热容
（1）c水＝ ，它表示的物理意义：质量为1kg的水温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103J。
（2）水的比热容较大的应用
①冷却或取暖：汽车发动机用水作冷却剂；冬天用水作供暖介质。
②调节气候：沿海地区昼夜温差小，内陆地区昼夜温差大；修建人工湖缓解热岛效应。
3.热量的计算：吸热公式： ；放热公式： 。其中c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t0表示物体的初温，t表示物体的末温。用Δt表示温度的变化量，则两个公式可以表述为Q＝cmΔt。
【温馨提示】　利用Q＝cmΔt计算时，m的单位一定要转化为kg，注意文字叙述中的“升高”“升高了”“降低”“降低了”对应的是温度的变化量，而“升高到”“降低到”对应的是物体的末温。
热机
1.热机
（1）定义：利用 做功的机械叫作热机。
（2）工作原理：化学能内能机械能。
（3）常见的热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
2.内燃机
（1）定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。
（2）分类：内燃机分为 和 两大类。
3.汽油机的工作过程
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
图示
进气门状态 打开 关闭 关闭 关闭
排气门状态 关闭 关闭 关闭 打开
活塞运动方向 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动
能量转化 —— 机械能→内能 内能→机械能 ——
【温馨提示】　在一个工作循环中，经过4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动 周，对外做功 次。
4.柴油机与汽油机的区别
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 点燃式
使用范围 载重汽车、火车等 小汽车等
热机的效率
1.热值
（1）燃料 放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用字母 表示。
（2）单位： ，符号是 。对某些气体燃料，单位是焦每立方米，符号是J/m3。
（3）特点：燃料的热值是燃料本身的一种特性，只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、是否完全燃烧、放热的多少均无关。
（4）热量计算公式：Q＝ （用于固体、液体燃料）；Q＝ （用于气体燃料）。
2.热机的效率
（1）定义：热机用来做 的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作热机的效率。
（2）公式：η＝ 。
（3）提高效率的途径
①使燃料充分燃烧。如：将煤粒磨成煤粉、加大送风量等。
②在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失。
③利用废气的能量。
能量的转化与守恒
1.能量的转化：在一定条件下，各种形式的能量是可以相互 的。
2.能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量 。
3.方向性：自然界中一切能量的转化和转移都具有方向性。
分子动理论
1.如图所示，玻璃板下面瓶内装有红棕色二氧化氮气体，上面瓶内为空气。抽去玻璃板一段时间后，两瓶内气体颜色逐渐变为一样，这是气体的 现象，此现象可以说明气体的分子间 （选填“有”或“没有”）间隙。温度高时，两瓶内气体颜色变化更快，说明了温度越高，分子运动越 。
2.如图甲，把一块玻璃板水平接触水面，然后稍稍用力向上拉玻璃板，观察到弹簧测力计示数 （选填“变大”“变小”或“不变”），说明了分子间存在 ；如图乙，用注射器抽取半管水，用手指封闭注射器的管口，推压注射器活塞，发现水不容易被压缩，说明分子之间还存在 。
内能
3.“起火烧水”是利用热传递的方式改变物体内能的，下列与之相同的是（　B　）
A.擦燃火柴　　B.围炉烤火 C.钻木取火 D.搓手取暖
4.如图所示，烧瓶内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，可以看到瓶内出现白雾。下列描述错误的是（　C　）
A.在瓶塞跳出的过程中，瓶内气体膨胀对外界做功
B.在瓶塞跳出的过程中，瓶内气体的温度降低
C.当瓶塞跳出前，瓶内气体的内能减小
D.当瓶塞跳出前，瓶内的气体密度增大
比热容
5.傍晚时游客们在三亚美丽的海滩漫步，一边欣赏美丽的晚霞一边戏水，人们会感觉到沙滩的沙子是凉的，海水是暖的，这是因为海水和沙子相比，海水有比较大的（　C　）
A.热量　　B.内能
C.比热容 D.密度
6.已知一个质量为2g的烧红的铁钉，温度为600℃，若它的温度降低到100℃，释放的热量为 J；若这些热量全部用于加热100g常温的水，则水温将升高约 ℃（结果保留一位小数）。[已知铁的比热容为0.46×103J/（kg·℃），水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
热机
7.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，棉花燃烧起来，如图甲所示；给试管里的水加热一段时间后，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去，如图乙所示。其中图 （选填“甲”或“乙”）体现了图丙所示冲程的工作原理，其能量转化是 能转化成机械能。
8.如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，其中图 是将机械能转化为内能的冲程，图 为不靠曲轴惯性完成的冲程。现有一台四冲程汽油机，曲轴的转速为1 800r/min，这台汽油机每分钟完成 个冲程，对外做功 次。
能量的转化和守恒
9.如图所示为弹性小球在地面弹跳的频闪照片。小球弹起的高度越来越小，说明小球的机械能越来越 （选填“大”或“小”），其原因是部分机械能转化成了 能。历史上人类尝试制造各种不需要消耗能量就能源源不断对外做功的“永动机”，但都失败了，因为这违背了 定律。
热量的计算
10.页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，若页岩气的热值为4.2×107J/m3，完全燃烧1m3页岩气能放出 J的热量，在标准大气压下可刚好把50kg的水从20℃加热到沸腾，则燃气灶的热效率为 ；页岩气用掉一部分后，剩余页岩气的热值 （选填“增大”“减小”或“不变”）。[c水＝4.2×103J/（kg·℃）]
　　　
比较不同物质吸热的情况
　小姜利用如图1所示的装置探究“比较不同物质吸热的情况”。
（1）器材：相同规格的电加热器、烧杯、温度计各两个，以及 （填测量工具）、托盘天平（含砝码）、水和食用油。
（2）选取两个相同规格的电加热器进行实验，目的是为了通过比较 来比较物质吸收热量的多少。
（3）实验中选取初温相同、 相同的水和食用油，分别倒入烧杯中，用电加热器加热，当它们吸收相同的热量时，通过比较 来比较不同物质吸热能力的强弱。
（4）如图2所示，小姜正确使用温度计测量液体的温度，按照图中 （选填“A”“B”或“C”）方法读数是正确的；实验中某时刻温度计示数如图3所示为 ℃。
（5）部分实验数据如表所示，分析数据可得出结论： （选填“水”或“食用油”）的吸热能力更强。
物质 质量 /g 初温 /℃ 末温 /℃ 加热时间/min
水 60 20 45 6
食用油 60 20 70 6
【拓展设问】
（6）实验中用电加热器代替传统的酒精灯加热，这样做的好处是 （写出一种即可）。
（7）如图是探究不同物质吸热升温现象的实验装置图。将质量和初温都相同的a、b两种液体，分别装入鸳鸯锅左右两侧锅体中（中间隔挡加装了隔热层），用电磁炉加热。该装置可以较好地控制a、b两种液体在相同加热时间内 相同。加热时，若a液体升温较快，则表明 （选填“a”或“b”）液体吸热本领较强，比热容较大。
（8）该实验采用了控制变量法和转换法，下列探究过程中也采用了这两种方法的是 。
A.探究影响压力作用效果的因素
B.探究平面镜成像的特点
C.探究通电螺线管周围的磁场
（9）人们培育秧苗时，常常在傍晚往农田中灌水，白天再将水放出。这是因为水的 ，在夜间温度下降时水 （选填“放出”或“吸收”）的热量较多，从而达到防冻的目的。第五讲　内能　内能的利用
分子热运动
1.物质的构成：常见的物质是由极其微小的粒子——　分子　、　原子　等构成的。分子很小，人们通常以　10－10　m为单位来量度分子。
2.分子热运动
（1）扩散：不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象，叫作扩散。任何条件下，在固体、液体和气体之间都能发生扩散。举例：酒香不怕巷子深、槐花飘香等。
（2）分子热运动：一切物质的分子都在不停地做　无规则的运动　。这种无规则的运动叫作分子的热运动。分子运动越　剧烈　，物体的温度越高。
3.分子间的作用力：分子之间存在　引力　，如被紧压在一起的铅柱很难被分开；分子之间存在　斥力　，如固体和液体很难被压缩。分子间的作用力还与分子间的距离有关，如“破镜难圆”说明镜子破裂处的绝大多数分子间的距离较大，分子间几乎没有相互作用力。
4.分子动理论：①常见的物质是由大量分子构成的；②物质内的分子在不停地做热运动；③分子之间存在引力和斥力。
内能
1.内能
（1）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，叫作物体的内能。
（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　。
②质量：在温度、状态相同的情况下，同种物体的质量越大，内能越　大　。
③物体的内能与其材料和状态也有关。
（3）特点：一切物体在　任何　时候都有内能，如0℃的冰具有内能。
2.物体内能的改变方式
热传递 做功
实质 能量的　转移　 能量的　转化　
生活举例 晒太阳、烧水做饭、哈气取暖 钻木取火、摩擦生热、搓手取暖
说明 ①条件：存在温度差 ②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　（如开水顶开壶盖，水的内能减少）
联系 热传递和做功在改变物体的内能上是　等效　的
3.热量
（1）定义：在热传递过程中，传递热的多少叫作热量。用符号　Q　表示。
（2）单位：　焦耳　，符号：　J　。
（3）温度、内能、热量之间的关系
①同一物体温度升高，内能一定增加，温度升高不一定吸收热量，如摩擦生热、热机的压缩冲程对气体做功。
②吸收热量，内能增加，温度不一定升高，如晶体熔化时，吸收热量但温度不变。
③内能增加，物体不一定吸收了热量，如用摩擦的方法使冰熔化。
比热容
1.比热容
（1）定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的　热量　与它的　质量　和升高的　温度　乘积之比，叫作这种物质的比热容，用符号c表示。
（2）单位：焦每千克摄氏度，符号：　J/（kg·℃）　。
【温馨提示】
（1）比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，与物质的质量、体积、吸放热等无关。
（2）不同的物质，比热容一般不同。
（3）质量相同的不同物质，当吸收或放出相同的热量时，比热容较大的物质温度变化较小；当升高或降低相同的温度时，比热容较大的物质吸收或放出的热量较多。
2.水的比热容
（1）c水＝　4.2×103J/（kg·℃）　，它表示的物理意义：质量为1kg的水温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103J。
（2）水的比热容较大的应用
①冷却或取暖：汽车发动机用水作冷却剂；冬天用水作供暖介质。
②调节气候：沿海地区昼夜温差小，内陆地区昼夜温差大；修建人工湖缓解热岛效应。
3.热量的计算：吸热公式：　Q吸＝cm（t－t0）　；放热公式：　Q放＝cm（t0－t）　。其中c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t0表示物体的初温，t表示物体的末温。用Δt表示温度的变化量，则两个公式可以表述为Q＝cmΔt。
【温馨提示】　利用Q＝cmΔt计算时，m的单位一定要转化为kg，注意文字叙述中的“升高”“升高了”“降低”“降低了”对应的是温度的变化量，而“升高到”“降低到”对应的是物体的末温。
热机
1.热机
（1）定义：利用　内能　做功的机械叫作热机。
（2）工作原理：化学能内能机械能。
（3）常见的热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
2.内燃机
（1）定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。
（2）分类：内燃机分为　汽油机　和　柴油机　两大类。
3.汽油机的工作过程
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
图示
进气门状态 打开 关闭 关闭 关闭
排气门状态 关闭 关闭 关闭 打开
活塞运动方向 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动
能量转化 —— 机械能→内能 内能→机械能 ——
【温馨提示】　在一个工作循环中，经过4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动　2　周，对外做功　1　次。
4.柴油机与汽油机的区别
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 点燃式
使用范围 载重汽车、火车等 小汽车等
热机的效率
1.热值
（1）燃料　完全燃烧　放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用字母　q　表示。
（2）单位：　焦每千克　，符号是　J/kg　。对某些气体燃料，单位是焦每立方米，符号是J/m3。
（3）特点：燃料的热值是燃料本身的一种特性，只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、是否完全燃烧、放热的多少均无关。
（4）热量计算公式：Q＝　qm　（用于固体、液体燃料）；Q＝　qV　（用于气体燃料）。
2.热机的效率
（1）定义：热机用来做　有用功　的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作热机的效率。
（2）公式：η＝　×100％　。
（3）提高效率的途径
①使燃料充分燃烧。如：将煤粒磨成煤粉、加大送风量等。
②在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失。
③利用废气的能量。
能量的转化与守恒
1.能量的转化：在一定条件下，各种形式的能量是可以相互　转化　的。
2.能量守恒定律：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　。
3.方向性：自然界中一切能量的转化和转移都具有方向性。
分子动理论
1.如图所示，玻璃板下面瓶内装有红棕色二氧化氮气体，上面瓶内为空气。抽去玻璃板一段时间后，两瓶内气体颜色逐渐变为一样，这是气体的　扩散　现象，此现象可以说明气体的分子间　有　（选填“有”或“没有”）间隙。温度高时，两瓶内气体颜色变化更快，说明了温度越高，分子运动越　剧烈　。
2.如图甲，把一块玻璃板水平接触水面，然后稍稍用力向上拉玻璃板，观察到弹簧测力计示数　变大　（选填“变大”“变小”或“不变”），说明了分子间存在　引力　；如图乙，用注射器抽取半管水，用手指封闭注射器的管口，推压注射器活塞，发现水不容易被压缩，说明分子之间还存在　斥力　。
内能
3.“起火烧水”是利用热传递的方式改变物体内能的，下列与之相同的是（　B　）
A.擦燃火柴　　B.围炉烤火 C.钻木取火 D.搓手取暖
4.如图所示，烧瓶内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，可以看到瓶内出现白雾。下列描述错误的是（　C　）
A.在瓶塞跳出的过程中，瓶内气体膨胀对外界做功
B.在瓶塞跳出的过程中，瓶内气体的温度降低
C.当瓶塞跳出前，瓶内气体的内能减小
D.当瓶塞跳出前，瓶内的气体密度增大
比热容
5.傍晚时游客们在三亚美丽的海滩漫步，一边欣赏美丽的晚霞一边戏水，人们会感觉到沙滩的沙子是凉的，海水是暖的，这是因为海水和沙子相比，海水有比较大的（　C　）
A.热量　　B.内能
C.比热容 D.密度
6.已知一个质量为2g的烧红的铁钉，温度为600℃，若它的温度降低到100℃，释放的热量为　460　J；若这些热量全部用于加热100g常温的水，则水温将升高约　1.1　℃（结果保留一位小数）。[已知铁的比热容为0.46×103J/（kg·℃），水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
热机
7.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，棉花燃烧起来，如图甲所示；给试管里的水加热一段时间后，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去，如图乙所示。其中图　乙　（选填“甲”或“乙”）体现了图丙所示冲程的工作原理，其能量转化是　内　能转化成机械能。
8.如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，其中图　乙　是将机械能转化为内能的冲程，图　丙　为不靠曲轴惯性完成的冲程。现有一台四冲程汽油机，曲轴的转速为1 800r/min，这台汽油机每分钟完成　3 600　个冲程，对外做功　900　次。
能量的转化和守恒
9.如图所示为弹性小球在地面弹跳的频闪照片。小球弹起的高度越来越小，说明小球的机械能越来越　小　（选填“大”或“小”），其原因是部分机械能转化成了　内　能。历史上人类尝试制造各种不需要消耗能量就能源源不断对外做功的“永动机”，但都失败了，因为这违背了　能量守恒　定律。
热量的计算
10.页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，若页岩气的热值为4.2×107J/m3，完全燃烧1m3页岩气能放出　4.2×107　J的热量，在标准大气压下可刚好把50kg的水从20℃加热到沸腾，则燃气灶的热效率为　40％　；页岩气用掉一部分后，剩余页岩气的热值　不变　（选填“增大”“减小”或“不变”）。[c水＝4.2×103J/（kg·℃）]
　　　
比较不同物质吸热的情况
　小姜利用如图1所示的装置探究“比较不同物质吸热的情况”。
（1）器材：相同规格的电加热器、烧杯、温度计各两个，以及　秒表　（填测量工具）、托盘天平（含砝码）、水和食用油。
（2）选取两个相同规格的电加热器进行实验，目的是为了通过比较　加热时间　来比较物质吸收热量的多少。
（3）实验中选取初温相同、　质量　相同的水和食用油，分别倒入烧杯中，用电加热器加热，当它们吸收相同的热量时，通过比较　升高的温度　来比较不同物质吸热能力的强弱。
（4）如图2所示，小姜正确使用温度计测量液体的温度，按照图中　B　（选填“A”“B”或“C”）方法读数是正确的；实验中某时刻温度计示数如图3所示为　66　℃。
（5）部分实验数据如表所示，分析数据可得出结论：　水　（选填“水”或“食用油”）的吸热能力更强。
物质 质量 /g 初温 /℃ 末温 /℃ 加热时间/min
水 60 20 45 6
食用油 60 20 70 6
【拓展设问】
（6）实验中用电加热器代替传统的酒精灯加热，这样做的好处是　电加热器热损失少，效率高　（写出一种即可）。
（7）如图是探究不同物质吸热升温现象的实验装置图。将质量和初温都相同的a、b两种液体，分别装入鸳鸯锅左右两侧锅体中（中间隔挡加装了隔热层），用电磁炉加热。该装置可以较好地控制a、b两种液体在相同加热时间内　吸收热量　相同。加热时，若a液体升温较快，则表明　b　（选填“a”或“b”）液体吸热本领较强，比热容较大。
（8）该实验采用了控制变量法和转换法，下列探究过程中也采用了这两种方法的是　A　。
A.探究影响压力作用效果的因素
B.探究平面镜成像的特点
C.探究通电螺线管周围的磁场
（9）人们培育秧苗时，常常在傍晚往农田中灌水，白天再将水放出。这是因为水的　比热容大　，在夜间温度下降时水　放出　（选填“放出”或“吸收”）的热量较多，从而达到防冻的目的。

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