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第13章　内能　内能的利用
【本章课标要求及素材】
内容要求
1.2.1 通过实验，了解物质的一些物理属性，如导热性，能用语言、文字或图表描述物质的物理属性。
例1 通过实验，了解金属与木材导热性能的差异。
1.3.1 知道常见的物质是由分子、原子构成的。

2.1.2 知道自然界和生活中简单的热现象。了解分子热运动的主要特点，知道分子动理论的基本观点。
例2 观察扩散现象，能用分子动理论的观点加以说明。
2.1.3 举例说明自然界存在多种多样的运动形式。知道物质在不停地运动。
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。
例3 列举几种与生活密切相关的能量。
3.1.2 通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体,不同形式的能量可以相互转化。
例4 列举生活中能量转移和转化的实例。
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。
例5 能运用比热容说明为什么沙漠中的昼夜温差比海边的大。
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。
例6 了解热机对社会发展所起的作用和对环境的影响。
3.5.1 知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
3.5.2 从能量转化和转移的角度认识效率。
3.5.3 列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。
活动建议
（1）利用常见物品设计实验方案，说明组成物质的微粒在不停地运动。
（2）列举太阳能在地球上转化为其他形式能量的实例。
（3）讨论人在滑滑梯过程中能量转化的情况。
（4）调查当地近年来炊事、取暖、交通等方面燃料结构的变化，从经济与环保的角度开展讨论。
（5）燃料的种类很多，如木柴、煤、汽油、酒精、天然气等，查阅资料并比较相同质量的不同燃料完全燃烧时放出热量的多少。
（6）查阅资料或访问农机、汽车维修等专业人员，了解内燃机中燃料燃烧所释放热量的去向，讨论提高效率的可能途径。
（7）调查当地主要炉灶的能量利用效率，写出调查报告。
（8）查阅资料，了解我国新能源汽车的发展概况。
情境素材建议
（1）与能量转化和转移相关的素材：讨论和分析水轮机带动发电机发电、电风扇通电后扇叶转动、加热试管中的水后橡胶塞从管口弹出、金属丝通电后发热等过程中能量的转化和转移情况。
（2）与内能相关的素材：分析为什么通常沿海地区昼夜温差较小，而沙漠地区昼夜温差较大。
跨学科实践
5.1.3 能运用所学知识指导和规范个人行为，践行低碳生活,具有节能环保意识。
例1 了解当地空气质量状况，并调查相关原因。
例2 拟订《个人低碳生活行为指南》，对个人节能环保行为提出具体要求。
【本章知识结构】
知识点一
分子动理论的初步知识（10年9考，除2016年）
1．物质的构成：常见的物质是由极其微小的粒子——________、________等构成的。在研究与热学有关的问题时，这些微观粒子可以不必区分，都看作分子。人们通常以10-10 m为单位来量度分子。
2．分子热运动
（1）不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象，叫作________。
分子
原子
扩散
（2）扩散现象表明：一切物质的分子都在不停地做__________的运动，这种运动叫作分子的__________。
（3）物体的温度越______，分子运动越剧烈，扩散越快
无规则
热运动
高
注意　（1）固体、液体和气体之间都可以发生扩散；（2）扩散现象还表明：分子之间有间隙；（3）肉眼是无法直接观察到分子的，但我们可以用转换法根据宏观的扩散现象推测分子的运动。
3．分子间的作用力
（1）如图1甲，压在一起的两根铅柱能吊起重物，说明分子之间存在________。
（2）如图乙，注射器中的液体很难被压缩，说明分子之间存在________。
引力
图1
斥力
注意　分子间既有引力又有斥力，二者同时存在。
知识点一
1．【辨别分子运动】下列词语中，能体现分子热运动的是（　　）
A．水鸟齐飞 B．花香四溢 C．落叶纷飞 D．白雪飞舞
B
2．【对扩散实验的理解】用如图2所示的装置演示气体扩散现象，其中二氧化氮气体应装入_____（选填“A”或“B”）瓶，这是为了排除________对实验的影响。（ρ空气＜ρ二氧化氮）
B
重力
图2（RJ、HK、BS图片）
知识点二
内能（10年9考，除2020年）
1．定义：构成物体的所有分子，其热运动的________与分子________的总和，叫作物体的内能。内能是不同于机械能的另一种形式的能，与物体的机械运动无关。
2．影响因素：质量、温度、状态等。同一物体，温度降低时内能________，温度升高时内能________。
动能
势能
减少
增加
注意　影响内能的因素有多个，在描述内能大小及变化时，要注意控制变量，如同一物体（限定了质量与状态相同），温度升高（改变温度），内能增加。
3．改变内能的两种方式
方式 区别 联系 实例
实质 发生条件 热传递 能量的 ________ 不同物体或同一物体的不同部分之间存在______ 二者在改变物体内能上是等效的 下列实例中，通过热传递的方式改变物体内能的有______；通过做功的方式改变物体内能的有______。（均填字母）
a．摩擦生热b．炭火烤肉
c．冰袋降温d．钻木取火
做功 内能与机械能之间的______ 外界对物体做功或物体对外界做功 转移
温度差
转化
bc
ad
4．热量：在热传递过程中，传递的热的多少叫作热量，用符号Q表示，单位是________（J）。
焦耳
注意　热量是一个过程量，不能说物体“具有”或“含有”热量，只能说“放出”或“吸收”热量。
知识点二
3．【对内能的理解】判断正误：
（1）物体运动得越快，内能越大 （　　）
（2）0 ℃的冰没有内能 （　　）
（3）温度高的物体，内能一定大 （　　）
4．【对热传递的理解】判断正误：
温度总是从高温物体传递给低温物体 （　　）
×
×
×
×
5．根据你对热量、温度和内能的理解完成下列各题。（均选填“一定”或“不一定”）
（1）物体的温度升高，其内能________增大，该过程__________吸收了热量，如钻木取火。
（2）物体吸收热量（不对外做功），其内能________增大，温度__________升高，如晶体熔化的过程。
一定
不一定
一定
不一定
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________和______________乘积之比，用符号c表示（比值定义法）
单位 _________________（填符号）
理解 （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。
（2）物质的比热容与物质的种类和状态有关，与质量、温度、吸热（或放热）情况无关。
（3）水的比热容较大，为4.2×103 J/（kg·℃），其物理意义是 1 kg的水温度每升高（或降低）1 ℃所吸收（或放出）的热量是_______________
知识点三
比热容（10年10考）
质量
升高的温度
J/（kg·℃）
4.2×103 J
cm（t－t0）
cm（t0－t）
注意　1．审题时要注意，“温度升高到”是指物体的末温，“温度升高了”是指物体的温度变化量。
2．比较物质的温度变化或吸、放热情况的方法：
知识点三
6．【对比热容的理解】下列现象中，物质的比热容会发生变化的是 （　　）
A．煤油被倒掉一半
B．水凝固成冰
C．铁块被加工成锄头
D．玻璃杯摔成碎片
B
7．（1）100 g水的温度从20 ℃升高到90 ℃，需要吸收__________J热量。[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
（2）一根烧红的铁钉，质量为10 g，温度降低800 ℃会放出_________ J热量。[c铁＝0.46×103 J/（kg·℃）]
（3）质量为0.04 kg的煤油吸收420 J的热量，温度升高了5 ℃，则煤油的比热容为_____________J/（kg·℃）。
29 400
3 680
2.1×103
（4）在标准大气压下，质量为2 kg、温度为30 ℃的水，吸收7.56×105 J的热量之后，温度将升高______℃，水的末温为_______℃。[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
注意　在标准大气压下，水的沸点为100 ℃，沸腾后，温度保持 100 ℃不变。
70
100
知识点四
能量的转化与守恒（10年9考，除2021年）
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：能量既不会凭空消失，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，能量的总量保持不变。
3．任何一部机器都不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能造出永动机。
转化
转移
知识点四
8．请补全下列能量转化。
①水轮机带动发电机发电（机械能转化为______能）；
②植物进行光合作用（光能转化为________能）；
9．判断正误：随着科技的发展，水电站的能源利用率可达100%（　　）
电
化学
×
知识点五
热机（10年2考，2020、2016年考）
2．汽油机的四个冲程
冲程名称 示意图 工作特点 能量转化情况
吸气冲程 进气门：开 排气门：关 活塞：向下动 /
______冲程 进气门：关 排气门：______ 活塞：向______动 机械能 →______能
压缩
关
上
内
冲程名称 示意图 工作特点 能量转化情况
________冲程 进气门：______ 排气门：______ 活塞：向______动 ________能→内能→________能
排气冲程 进气门：关 排气门：______ 活塞：向上动 废气带走很多能量
做功
关
关
下
化学
机械
开
注意 汽油机的做功冲程使汽车获得动力，其他三个冲程依靠飞轮的惯性完成
知识点五
10．柴油机的特点：①气缸顶部有喷油嘴，没有火花塞；②在吸气冲程中只吸入________；③点燃方式为压燃式；④对空气的压缩程度比汽油机高，输出功率更大。
11．（RJ新增习题改编）对于单缸四冲程内燃机，1个工作循环包含_____个冲程，曲轴（或飞轮）转动2周，活塞上、下往复运动_____次，对外做功_____次。若某汽油机曲轴的转速为1 200 r/min，则该汽油机每秒对外做功______次。
空气
4
2
1
10
知识点六
燃料的热值（10年1考，2016考）
燃料的热值
完全燃烧
质量
J/kg
种类
qm
qV
知识点六
12．【理解热值】判断正误：
（1）燃料燃烧不完全时热值会变小 （　　）
（2）燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多 （　　）
×
13．完全燃烧2 kg干木柴放出的热量是_____________J；已知沼气的热值为1.9×107 J/m3，若做一顿饭需要7.6×107 J的热量，则需要完全燃烧_____m3 的沼气。（干木柴的热值为1.2×107 J/kg）
×
2.4×107
4
2．提高热机效率的途径：①让燃料尽可能地____________；②减少热量的散失；③设法利用________的能量；④减少机械间的摩擦等。
知识点七
热机的效率（10年3考，2022、2020、2018年考）
有用功
充分燃烧
废气
知识点七
14．【热机效率】某汽油机的能量流向如图3。该汽油机的效率为________。
30%
图3
实验　比较不同物质吸收热量的情况
实验梳理表
实验 设计 思路 1．（1）由生活经验可知，物体温度升高时吸收的热量与物体的质量和升高的温度有关，因此，要比较不同物质吸热的情况，需要控制物质的质量和升高的温度相同，比较两种物质吸收的热量
（2）如何确定两种物质吸收热量的多少？利用相同热源加热，通过____________反映物质吸收热量的多少
加热时间
实验 过程 及注 意点 2．实验器材：相同的烧杯、电
加热器、温度计各两个，水、食
用油、________、________等
3．实验装置：如右图所示
4．实验过程：用天平量取______
（选填“质量”或“体积”）相同的水和食用油；用两个相同的电加热器对它们加热，并记录加热时间和升高的温度
5．注意：用相同的电加热器对两种物质加热，目的是保证相同加热时间内两种物质吸收的热量________
结论 6．质量相同的不同物质，升高相同的温度时，吸收的热量一般不同
天平
秒表
质量
相同
交流 评估 7．比较不同物质吸热能力的两种方法（含图像分析）：依据表中的数据或图像，分析两种物质的吸热能力（即比热容大小）。

（1）方法一：水和食用油的质量相同，升高相同的温度时，水的加热时间长（即吸收的热量多），故水的吸热能力______；
（2）方法二：水和食用油的质量相同，加热相同时间（即吸收的热量相同）时，食用油的温度升高得多，故食用油的吸热能力______
强
加热时间/min 0 1 2 3 4
食用油的温度/℃ 20 28 36 45 52
水的温度/℃ 20 24 28 32 36
弱
拓展 8．小明对一定质量的冰加热，绘制出它的温度随时间变化的图像，如图所示。由图像可以看出物质在AB、CD段升高的温度相同，但CD段加热时间更长，其原因是________________________。
已知水的比热容为 4.2×103 J/（kg·℃），
则冰的比热容为____________J/（kg·℃）
水的比热容比冰的大
2.1×103
考点
分子动理论的相关知识（10年9考，常在填空及综合应用题中考查）
例1　（RJ、HK、BS素材）如图4所示是有关分子动理论的一些小实验，下列说法错误的是（　　）
A．图甲：蓝色硫酸铜溶液与清水的界面逐渐模糊，说明分子在不停地做无规则运动
B．图乙：酒精和水混合后总体积变小，说明分子之间存在间隙
C．图丙：墨水在热水中比在冷水中扩散得快，说明温度越高扩散越快
D．图丁：玻璃板离开水面时弹簧测力计示数变大，说明分子之间存在斥力
D
1．（2024河南，20题节选）诗句“蜂儿不食人间仓，玉露为酒花为粮。作蜜不忙采花忙，蜜成犹带百花香”，赞美了勤劳、无私的蜜蜂。蜜蜂能根据气味找到蜜源，这是由于分子在不停地____________。
2．信阳毛尖由于清明前气温普遍较低发芽数量有限，生长速度较慢，能达到采摘标准的产量很少，所以有“明前茶，贵如金”之说。泡茶时能闻到浓浓茶香，这是一种________现象；用开水泡茶，茶香更浓，说明这种现象的剧烈程度与________有关。拿起杯盖，杯盖内表面会沾有很多小水珠不掉落，这说明分子间存在________（选填“引力”或“斥力”）。
做无规则运动
扩散
温度
引力
考点
内能的改变及内能的利用（10年9考）
例2　（RJ、HK、BS素材）（1）如图5甲，在一厚玻璃管中放一块硝化棉，快速下压活塞后，硝化棉燃烧起来。下压活塞的过程中，通过________的方式使气体内能增加，温度升高。该能量转化过程与汽油机的________冲程相同。
做功
图5
压缩
（2）如图乙，加热试管中的水，一段时间后塞子冲出试管口。加热时，通过__________的方式使水的内能增加。塞子被水蒸气顶开时，水蒸气的______能转化为塞子的________能，该能量转化过程与汽油机的________冲程相同。
热传递
内
机械
做功
3．（2022河南，2题节选）亲身体验并深入思考是我们获得物理知识的重要方法。将一根铁丝快速反复弯折，弯折处发热，可认识到________可以改变物体的内能。（2024河南，21题节选）电暖器工作时房间温度升高，这是通过__________的方式增大空气内能的。
做功
热传递
4．（RJ新增习题改编）图6展示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动剪纸图案转动。在此过程中，热空气的______能转化为扇叶的________能，这一能量转化过程与四冲程汽油机的________冲程相同。
内
图6
机械
做功
考点
对比热容的理解（10年2考）
例3　（RJ、HK、BS素材）如图6是同一纬度上某沿海城市与某内陆城市年气温变化曲线。属于内陆城市的气温变化曲线的是____（选填“甲”或“乙”）。这是由于砂石的比热容
_____（选填“大于”“小于”或“等于”）
水的比热容，质量相同的砂石和水，吸收或
放出相同的热量后，砂石的温度变化______
（选填“大”或“小”）。
甲
图7
小于
大
5．（2023河南，4题节选）广阔的湖水可以调节周边的气温，这是由于水具有较大的__________。
比热容
6．如图7甲所示的是省油灯，瓷盏比铜盏省油是因为c瓷盏＞c铜，从相同大小的火焰吸收相同的热量后，________升高的温度比较小，从而使盏和油的温度不会太高；图乙是相同加热条件下质量相同的陶瓷与铜的温度随加热时间变化的图线，其中a是______的温度变化图线。（均选填“陶瓷”或“铜”）
陶瓷
铜
图7
考点
热量及热效率的相关计算（比热容计算10年8考，常结合家用电器考查）
例4　（RJ、HK、BS素材）（2025德阳改编）小阳在家使用天然气灶为家人煮面条（如图8所示），他将初温为20 ℃、质量为 2 kg的水烧开，该过程中水吸收的热量是______________J，该过程消耗天然气的体积为0.03 m3，这些天然气完全燃烧放出的热量为_____________J，则用该天然气灶加热水的效率为________。[当地气
压为标准大气压，c水＝4.2×103 J/（kg·℃），
q天然气＝4.0×107 J/m3]
6.72×105
图8
1.2×106
56%
例5　氢燃料被公认为21世纪最理想的能源之一，图9是某汽车制造公司生产的氢能源公交车。该氢能源公交车以70 kW的恒定功率匀速行驶10 min，其发动机消耗了0.6 kg的氢燃料，[c水＝4.2×103 J/（kg·℃），q氢燃料＝1.4×108 J/kg，q汽油＝4.6×107 J/kg]求：
（1）质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；
图9
解：（1）0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量
Q放＝mq氢燃料＝0.6 kg×1.4×108 J/kg＝8.4×107 J
（2）若这些热量全部被质量为400 kg、温度为15 ℃的水吸收，水升高的温度；
解：（2）水吸收的热量Q吸＝Q放＝8.4×107 J
由Q＝cmΔt可知，水升高的温度
（3）该氢能源公交车发动机的效率；
解：（3）公交车行驶10 min做的有用功
W有用＝Pt＝70×103 W×10×60 s＝4.2×107 J
该氢能源公交车发动机的效率
（4）若该车由效率为30%的汽油机提供动力，该次行驶需要消耗汽油的质量。（结果保留2位小数）
方法指导　与内能的利用相关的效率计算
（1）炉灶效率：
图10
（1）卡车执行任务时消耗的汽油完全燃烧放出的热量是多少？
解：（1）0.2 kg汽油完全燃烧放出的热量
Q＝m汽油q＝0.2 kg×4.5×107 J/kg＝9×106 J
（2）卡车执行任务时行驶距离为多少？
8．图11是小聪家的太阳能热水器。下表是该太阳能热水器装满水时，在太阳照射下的相关信息，其中太阳辐射功率是指1 h内投射到1 m2面积上的太阳能。[c水＝4.2×103 J/（kg·℃），q天然气＝3.5×107 J/m3， ρ水＝1.0×103 kg/m3]
图11
日照时 间/h 水箱容 积/L 水升高的 温度/℃ 吸热板 面积/m2 太阳辐射功率/
[J·（m2·h）-1]
8 100 50 2 3.5×106
（1）水吸收的热量为多少？
解：（1）水的质量
m＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×100×10-3 m3＝100 kg
水吸收的热量
Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/（kg·℃）×100 kg×50 ℃＝2.1×107 J
日照时 间/h 水箱容 积/L 水升高的 温度/℃ 吸热板 面积/m2 太阳辐射功率/
[J·（m2·h）-1]
8 100 50 2 3.5×106
（2）该太阳能热水器的效率为多大？
解：（2）热水器接收的太阳能
E＝3.5×106 J/（m2·h）×2 m2×8 h＝5.6×107 J
日照时 间/h 水箱容 积/L 水升高的 温度/℃ 吸热板 面积/m2 太阳辐射功率/
[J·（m2·h）-1]
8 100 50 2 3.5×106
（3）若水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，则需要消耗多少立方米天然气？
日照时 间/h 水箱容 积/L 水升高的 温度/℃ 吸热板 面积/m2 太阳辐射功率/
[J·（m2·h）-1]
8 100 50 2 3.5×106

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