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第一部分　教材知识巩固
声、光、热学
第五讲　内能　内能的利用
第2节　内能与热机
2022年版课程标准内容要求
3.1.1了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。
3.3.1了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。
3.3.2通过实验,了解比热容。能运用比热容说明简单的自然现象。
3.3.3了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
3.5.2从能量转化和转移的角度认识效率。
考点1
热量　比热容
1．热量:在热传递过程中,传递的热的多少叫作热量。热量属于过程量,只能说“吸收”或“放出”。用符号Q表示,单位为焦耳(J)。
2．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温度的乘积之比,叫作这种物质的比热容。用符号c表示。表达式:c＝
______。
(2)单位:焦每千克摄氏度,符号是____________。

J/(kg·℃)
(3)物理意义:比热容在数值上________单位质量的某种物质,温度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量。
(4)特点:比热容是物质的一种属性,只与物质的种类和状态有关,与质量、温度的改变量、吸收或放出热量的多少等因素无关。不同物质的比热容一般不同。
(5)应用:水的比热容较大,常用来做暖气片、热水袋的传热介质,汽车发动机的冷却剂。湿地公园用水调节城市气温,缓解热岛效应。
(6)热量的计算:Q＝__________[c表示物质的比热容,单位为 J/(kg·℃);m表示物体的质量,单位为kg;Δt表示温度的变化量,单位为 ℃]。
变形公式:m＝(求质量);Δt＝(求温差)。
等于
cmΔt
特别提醒:应用公式时,要注意“升高(降低)了”“升高(降低)到”的区别,前者表示温差,后者表示末温。
(7)图像:Ⅰ.质量相同的不同物质,当吸收或放出相同的热量时,温度的变化量较大的物质比热容______,如图甲中的a;
Ⅱ.质量相同的不同物质,当温度的变化量相同时,吸收或放出的热量较多的物质比热容______,如图乙中的b。
小
大
1．[沪科图片、人教“演示”改编题]楼房中的“暖气”一般采用热水循环的方式将热带到房屋中供暖,这是因为水的________大,若暖气中50 kg的水,温度降低了2 ℃,放出的热量是___________________J。[c水＝4.2× 103 J/(kg·℃)]
比热容
4.2×105
2．[沪科“做中学”、人教“演示”改编题]利用如图甲所示的实验装置比较不同物质吸热的情况,应在两个相同的烧杯中加入初温和________相同的水和食用油。使用相同规格的电加热器分别对水和食用油加热得到温度随时间变化的图像如图乙所示。加热相同的时间,水和食用油吸收的热量__________(选填“水更多”“食用油更多”或“一样多”)。食用油吸热升温快,将水和食用油加热到相同的温度,______吸收的热量更多,说明______的吸热能力更强。进一步分析数据可得食用油的比热容为____________J/(kg·℃)。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
质量
一样多
水
水
2.8×103
考点2
内能
1．定义:构成物体的所有分子,其热运动的______能和__________能的总和,叫作物体的内能。单位:焦耳(J)。
2．特点:一切物体在任何情况下都具有________。
3．影响因素:物体内能的大小与物体质量、温度和状态等因素有关。同一物体,温度越高,内能越______;在温度、状态均相同的情况下,质量大的物体内能______。
动
分子势
内能
大
大
4．改变物体内能的方式
方式 热传递 做功
实质 内能的①__________ 内能与其他形式的能之间的
②__________
发生条件 存在温度差(内能从高温部分转移到低温部分) 外界对物体做功(内能③________)或者物体对外界做功(内能④________)
实例(选填合适序号) ⑤____________ ⑥____________
a.钻木取火;b.热水袋取暖;c.弯折铁丝时弯折处发烫;d.烧水煮饭;e.炙手可热;f.搓手取暖 关系 做功和热传递在改变物体内能上是等效的 转移
转化
增加
减少
bde
acf
3．[沪科“做中学”、人教“演示”改编题]如图所示,在配有活塞的厚玻璃筒里放一小团脱脂棉,把活塞迅速压下去,看到的现象是_____________
_____。这是因为活塞压缩空气,空气的内能________,温度升高,这是通过________的方式改变空气的内能。这一过程与内燃机工作的________冲程原理相同。
脱脂棉燃烧
起来
增大
做功
压缩
考点3
能量的转化与守恒
1．能量:能量存在多种形式,如机械能、内能、电能、化学能、核能等。
2．能量的转化:在一定条件下,各种形式的能量是可以相互________的。
3．能量守恒定律:能量既不会凭空消失,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____________。
4．能量转化和转移的特点:具有__________。
转化
保持不变
方向性
4．[课标素材改编题]正在工作的电热水壶将电能转化为______能,电风扇将电能大部分转化为________能。
5．[人教“复习与提高”改编题]某铁路车站的节能设计方案如图所示,进站和出站的轨道都与站台构成一个缓坡。列车刹车过程中,由于摩擦,一些机械能会转化成内能散失在空气中,散失在空气中的内能却不能自动再转化为__________,这是因为能量的转化或转移具有方向性;缓坡设计能够以____________(选填“动能”“重力势能”或“内能”)的形式储存能量,减少因刹车引起的损耗,起到节能的作用。
内
机械
机械能
重力势能
考点4
热机
1．内燃机:燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机中最常见的是汽油机和柴油机。
2．工作原理:
3．四冲程汽油机的工作原理
工作冲程 吸气冲程 ①________冲程 ②________冲程 排气冲程
示意图
进气门 打开 关闭 关闭 关闭
排气门 关闭 关闭 关闭 打开
活塞运 动方向 向下 向上 向下 向上
压缩
做功
能量 转化 ③__________转化为④__________ ⑤________转化为⑥____________
工作 循环 一个工作循环中,活塞往复运动⑦________,曲轴转动⑧________,对外做功⑨________;使汽车获得动力的是⑩________冲程 机械能
内能
内能
机械能
两次
两周
一次
做功
6．[人教“演示”、沪科“本章练习”改编题]如图,在试管内装些水,用橡胶塞塞住管口,将水加热一段时间后,橡胶塞被冲出。这个过程中______能转化为_______能,内燃机四个冲程中与之原理相似的是__________。
内
机械
做功冲程
7．[沪科、人教图片改编题]如图所示为内燃机的四个冲程,丙图为内燃机的压缩冲程。主要将机械能转化为内能的冲程是______(选填“甲” “乙”“丙”或“丁”)。若飞轮转速是2 400 r/min。则此内燃机每秒对外做功________次。
丙
20
考点5
热值
1．定义:某种燃料完全燃烧放出的________与其________之比,用符号q表
示。表达式:q＝______。热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
2．单位:J/kg。
3．特点:热值是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的质量、是否完全燃烧、形状、体积等因素无关。
4．应用:液态氢的热值较大,常用于火箭升空的燃料。
热量
质量

5．热量的计算:Q＝________或________(适用于气体)(m表示燃料的质量,单位为kg;V表示燃料的体积,单位为m3;q表示燃料的热值,单位为J/kg或J/m3)。
变形公式:m＝(求质量);V＝(求体积)。
qm
qV
8．[沪科“作业”改编题]火力发电厂通过燃烧煤而获得能量发电。若使用劣质煤,会因燃烧不充分而严重污染环境。质检部门检测煤的品质时主要是依据煤的________。
热值
考点6
热机的效率
1．定义:内能可以转化为其他形式的能量,如机械能(热机)、电能(燃料电池)等,用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧释放出的热量之比叫作热机的效率。
2．公式:η＝×100%(W表示物体做有用功消耗的能量;Q表示燃料完全燃烧释放出的能量)。
3．提高热机效率的措施:使燃料燃烧更充分;在使用燃料的过程中,不断改进和创新,以减少各种能量损失;设法利用废气的能量;减小摩擦。
4．特点:实际中总有部分能量损失,所以热效率总是________1。
特别提醒:汽油机的效率为20%~40%,柴油机的效率为30%~45%。
小于
9．[人教“复习与提高”改编题]已知汽车行驶过程中受到的牵引力恒为1.5×103 N,行驶120 km消耗汽油20 kg,该汽车汽油机的效率是________。(q汽油＝4.5×107 J/kg)
20%
命题点1
改变内能的方式
1．(2025贵州)为保护餐桌桌面,在将盛有高温菜、汤的餐具放上餐桌前,往往先在桌面上放置隔热垫,这主要是从下列哪个方面防止桌面遭受损坏(　　)
A．静电 B．热传递
C．压力 D．噪声
2．(2025兴仁市校级模拟)《本草纲目》记载:“琥珀如血色,以布拭热,吸得芥子者真也”。“拭”指摩擦,“以布拭热”是通过________(选填“做功”或“热传递”)的方式改变琥珀的内能。
B
做功
命题点2
比热容、热值的理解
3．(2017贵阳)环境就是民生,贵阳市实施碧水保护工程,就是要保护好水资源,水对生态环境、气候有一定的调节作用,这是因为水具有较大的__________,请你对保护生态环境提一条有价值的建议:_______________
_____________。
4．(2024沿河县一模节选)火箭发射时常用液态氢作为燃料是因为它具有较高的________(选填“比热容”或“热值”)。
比热容
不乱丢废电池(合理即可)
热值
命题点3
热机及其能量转化
5．(2020贵阳)内燃机的问世极大改善了人类的交通运输方式,但同时也带来了许多环境污染问题,如四冲程内燃机工作时就因________冲程排放的废气对大气造成了污染。
6．(2019贵阳)柴油机压缩冲程中,随着活塞的运动,气缸内空气密度不断________(选填“增大”“减小”或“不变”),这时活塞的机械能转化为被压缩空气的______能,使其温度更高、压强更大。
排气
增大
内
命题点4
热量、热效率的相关计算
7．(2025七星关区校级模拟)如图所示是某品牌汽车汽油机的能量流程图,某次该汽车行驶过程中消耗了0.1 kg汽油。求:[汽油的热值为4.2× 107 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)该汽油机的效率;
(2)此行驶过程中汽油完全燃烧释放的热量;
(3)质量为5 kg的冷却水升高的温度。
解：(1)由图可知,输出有用机械能所占比例为:100%－33%－25%－7%＝35%,即该汽油机的效率为35%
(2)汽油完全燃烧释放的热量Q放＝qm＝4.2×107 J/kg×0.1 kg＝4.2×106 J
(3)水吸收的热量
Q吸＝ηQ放＝25%×4.2×106 J＝1.05×106 J
冷却水升高的温度Δt＝＝50 ℃

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