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第十二讲　内能及其利用
热量　比热容
1．热量
(1)在热传递的过程中，传递热的多少叫作热量(注意：热量只能说“吸收”或“放出”)。
(2)单位：热量的单位是_________。
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_______和_____________的乘积之比，用符号c表示。
(2)物理意义：比热容是描述物质吸热(或放热)本领的物理量。
(3)单位：__________________符号是_____________。
注意：比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与物体的质量大小、温度改变的多少、吸收或放出热量的多少无关。
焦耳(J)
质量
升高温度
焦每千克摄氏度
J/(kg·℃)
(4)计算公式
吸热公式：Q吸＝cm(t－t0)；放热公式：Q放＝cm(t0－t)。
(5)水的比热容大的应用：可用作冷却液、取暖媒介，调节气温。
1.由比热容表可知：质量相等的水和煤油，升高相同的温度，_______吸收的热量少；质量相等的铝块与铜块，放出相等的热量，_______降低的温度多。北方楼房中装有暖气，一般采用____作为传热物体，50 kg的这种物质降低2 ℃放出___________J热量，在此过程中它的比热容 ________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
煤油
铜块
水
4.2×105
不变
比热容/[J·(kg·℃)-1] 煤油2.1×103 铜0.39×103
水4.2×103 铝0.90×103
分子动理论的初步知识
物质构成 常见的物质是由极其微小的粒子——_______、原子构成的(分子通常以10-10 m 为单位来度量) 分子热运动 扩散 定义 不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象
表明 (1)分子在不停地做__________运动
(2)分子间有________
(3)固体之间、液体之间、气体之间都可以发生扩散现象
影响因素 分子的无规则运动跟_______有关；物体温度越高，分子运动越_________
分子
无规则
间隙
温度
剧烈
分子间的 作用力 (1)分子之间存在________，如被紧压在一起的铅柱很难分开
(2)分子之间存在________，如固体、液体很难被压缩
(3)分子间距离：固体分子间距离最小，气体分子间距离最大
分子动 理论 常见的物质是由大量的_______、_______构成的；构成物质的分子在不停地做__________________；分子间存在_______和________
引力
斥力
分子
原子
无规则运动
引力
斥力
2.如图所示，抽掉玻璃板后，保持两瓶口紧贴静置较长时间，两瓶中气体的颜色变得相同，这是________现象。分别在气温高的夏天和气温低的冬天做该实验，夏天能更快看到实验现象，说明温度越高， ___________________________。
扩散
分子的无规则运动越剧烈
内能
1．内能
(1)定义：物体的所有分子热运动的_______与分子________的总和，叫作物体的内能。内能的单位是焦耳(J)。
(2)影响因素：同一物体，状态不变时，温度越高，其内能_______。此外，内能还与物体的质量和状态有关。
动能
势能
越大
2．改变内能的方式
方法 实质 规律
热传递 内能的________ 条件：存在温度差
传递方向：从高温物体传递到低温物体
做功 能量的________ 对物体做功，物体内能会________；物体对外做功，物体内能会________
转移
转化
增加
减少
3.温度、热量、内能的联系和区别
物理量 定义 性质 说明 举例
温度 表示物体的_______程度 状态量(只能说是多少或达到多少) 物体温度升高，内能______，不一定吸热 钻木取火等
热量 在热传递过程中，传递____ 的多少 过程量(只能说放出多少或吸收多少) 物体吸收热量，内能_______，温度不一定升高 晶体熔化等
内能 物体所有分子_______和分子________的总和 状态量(物体在任何情况下都有内能) 物体内能增加，温度不一定升高 水沸腾等
物体内能增加，不一定吸热 摩擦生热等
冷热
增加
热
增加
动能
势能
3.如图所示，游乐场里，工人制作棉花糖时，将白糖倒入中间旋转的小锅里加热，通过___________的方式增加糖的内能使糖熔化，最终制成棉花糖；小朋友从滑梯上滑下来时感觉裤子发烫，这是通过 ________的方式增加了裤子的内能。(均填改变内能的方式)
热传递
做功
能量的转化与守恒
能量的转化 在一定条件下，各种形式的能量是可以相互_________的
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________到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量____________
转化
转化
转移
保持不变
4.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。小球在弹跳的过程中________(选填“遵循”或“不遵循”)能量守恒定律。
小
内
遵循
1．定义：能将____能转化为______能的机器被称为热机。
2．原理：__________能―→_______能―→_______能。
3．种类：蒸汽机、内燃机(汽油机和柴油机)、汽轮机、喷气发动机等。
4．汽油机的工作原理
热机
内
机械
化学
内
机械
工作冲程 吸气冲程 压缩冲程 _________冲程 排气冲程
示意图
做功
进气门 _______ 关闭 关闭 关闭
排气门 关闭 关闭 关闭 ________
活塞运动方向 向下 ________ _______ 向上
能量的转化 / ________能转化为____能 ____能转化为_______能 /
打开
向上
向下
打开
机械
内
内
机械
【说明】①只有做功冲程中燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮的惯性来完成的；
②四冲程汽油机的一个工作循环中，活塞往复运动2次，曲轴转动2圈，对外做功1次。
5.在汽油机的四个冲程中，机械能转化为内能的是_______冲程。如图所示，汽油机正在进行的是 _______冲程。若该汽油机的飞轮转速为1 800 r/min，则它1 s完成 ____个冲程。
压缩
压缩
60
热机的效率
质量
q
焦每千克
J/kg
种类
有用功
热量
6.关于内燃机中燃料释放的能量如图所示，则下列说法不正确的是( )
A.①是燃料的化学能，②是废气带走的能量
B．用来做有用功的那部分能量与燃料燃烧放出的能量之比，叫作热机的效率
C．内燃机的效率比蒸汽机的高
D．废气带走大量能量，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施
B
1．(2025·苏州)如图甲所示，两个相同的容器中分别装有液体a、b，液体a的质量大于b的质量。用两个电热丝分别对液体a、b加热，电热丝R1的电阻大于R2的电阻，工作电压相同，且电热丝产生的热量均被液体吸收，液体a、b温度随时间变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是( )
A．a、b为同种物质
B．a的比热容小于b的比热容
C．相同时间内a、b吸收的热量相等
D．R1的电功率大于R2的电功率
B
比热容及其应用
2．(2024·武汉)下列事例中，与“水的比热容较大”这个特性无关的是( )
A. 汽车发动机用水作冷却剂
B. 人游泳之后从水中出来，风一吹感觉更冷
C. 海边昼夜温度变化比沙漠中小，适于居住
D. 生物体内水的比例很高，有助于调节生物体自身的温度
B
3．(2025·随州一模)如图所示，荷叶上的水珠如颗颗珍珠一般，摇一摇荷叶，水珠会很快滑落，荷叶上竟然滴水不沾。关于荷叶上水珠的一些说法，正确的是( )
A.很小的水珠就是一个水分子
B．当水珠静止不动时，水珠中的水分子也静止不动
C．两滴水珠相遇时能形成一个较大的水珠，说明分子之间存在引力
D．荷叶不沾水，是因为水珠与荷叶的分子之间只有斥力没有引力
分子动理论
C
4．(2025·贵州)将等量白糖分别放入同样多的热水和冷水中，在不搅拌的情况下，热水变甜得更快。这里影响水变甜快慢的主要因素是( )
A．体积 B．质量 C．温度 D．密度
C
5．(2025·南充)如图所示是学校举行消防演练灭火时的情景，对涉及的物理知识分析正确的是( )
A.室外温度为0 ℃时，木柴的内能为零
B．木柴燃烧与未燃相比，含有的热量多
C．若未燃烧的木柴温度升高，内能增加
D．灭火器在使用过程中对外做功，内能不变
C
内能及其改变方式
6．(2025·黄冈模拟)艾灸是中华医学的瑰宝。用艾柱熏烤患者的穴位时，闻到浓浓的艾草药香，这是_______现象，艾灸的部位有温热感，是通过________的方式使其内能增加的。
扩散
热传递
7．(2025·随州一模)关于如图所示的某单缸四冲程汽油机，下列说法正确的是( )
A．靠飞轮惯性完成的冲程是乙、丙、丁
B．四冲程内燃机在一个工作循环中工作过程依次是丁、丙、乙、甲
C．甲图中能量的转化是内能转化为机械能
D．丁图中气缸内气体温度会降低
D
热机及其能量转化
比热容、热值的理解和计算
8．(2025·成都)2025年4月24日在酒泉卫星发射中心，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机，下列说法正确的是( )
A．火箭发动机使用比热容大的燃料
B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大
C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能
D．火箭发动机属于热机
D
9．(2025·武汉模拟)将80 kg水从20 ℃加热到70 ℃，水的内能增加______________J，至少需要完全燃烧_______m3的煤气(煤气的热值约为4.0×107 J/m3)才能提供，水内能的改变是通过__________方式实现的。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
1.68×107
0.42
热传递
10．(2025·荆州沙市区三模)如图所示，这是汽油机的_______冲程。已知汽油的热值是4.6×107 J/kg，3 kg汽油完全燃烧放出热量____________J，若某汽车发动机的效率是40%，消耗这3 kg汽油使该汽车在水平路面上匀速行驶了40 km，则该汽车发动机的牵引力为_________N。
做功
1.38×108
1 380
11．(2025·十堰二模)某油电混合动力汽车工作原理如图甲所示，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机就会启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电，电动汽车所受阻力与车速的关系如图乙所示，在某次测试中，测试前蓄电池已储存的电能为2×108 J，测试中全部由内燃机提供能量，汽车以50 km/h的速度水平匀速行驶了1 h，同时蓄电池的电能增加了10%。求：
(1)在该次测试中，若所用燃料的热值为4.5×107 J/kg，测试过程中消耗10 kg燃料，燃料完全燃烧释放的热量。
(2)在该次测试中，汽车牵引力做的功。
(3)在该次测试中，内燃机的效率(忽略蓄电池和驱动电机的热损失)。
温度、热量、内能的关系
【例1】判断下列说法的正误(对的打“√ ”， 错的打“× ”)。
(1)0 ℃的冰没有内能。( )
(2)15 ℃的水一定比25 ℃的水的内能小。( )
(3)物体的温度不变，它的内能也一定不变。( )
(4)0 ℃的冰熔化成0 ℃的水，内能变大。( )
(5)热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移。( )
(6)热传递过程中， 热量由高温物体向低温物体传递。( )
×
×
×
√
×
√
(7)物体的质量不变，温度升高， 内能一定增加。( )
(8)物体的内能增加，温度一定升高。( )
(9)晶体熔化过程中温度不变，含有的热量变多。( )
(10)物体的温度升高，一定吸收了热量。( )
(11)物体吸收了热量，温度一定升高。( )
(12)物体吸收热量后， 所含的内能一定增加。( )
(13)物体的内能减少，一定是对外界做功了。( )
(14)一个物体的内能增大，一定从外界吸收了热量。 ( )
(15)对物体做功，物体的内能一定会增加。 ( )
×
√
×
×
×
×
×
×
×
热量、热机效率的相关计算
【易错提醒】
(1)注意区分温度“升高”“升高了”“升高到”的物理意义。
(2)理论上计算水被加热后的末温可能高于标准大气压下水的沸点，但实际上不能超过它的沸点。
【例2】(2024·湖北节选)据统计，每燃烧1 kg燃油约排放3.3 kg二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标，氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具不断丰富，其应用流程如下。以氢燃料电池卡车为例，若卡车在水平路面上匀速行驶72 km用时1 h，功率为172 kW。
(1)求卡车所受牵引力。
(2)与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为多少？(燃油机的效率取36 %，燃油的热值q取4.3×107 J/kg)
「实验命题点」 实验必备手册P11
1．小明用如图甲、乙所示的装置探究“比较不同液体吸热的情况”。
探究不同液体的吸热能力
【基础设问】
(1)实验前，应选用初温和________都相等的两种液体。除了图中所示器材外，实验中需要的测量工具有天平和_________，加热过程中，液体1和液体2吸收热量的多少是通过______________来判断的。
(2)实验中选择相同规格的电加热器加热的目的是__________________________________________；不断搅拌液体的目的是___________________。
质量
秒表
加热时间
_保证加热相同时间，物质吸收的热量相同
使液体受热均匀
(3)小明每隔1 min记录一次温度，第3 min时液体1的温度如图丙所示，为____℃。实验记录的数据如表所示，图丁中已画出液体2的温度随时间的变化图像，请在图丁中画出液体1的温度－时间图像。
38
加热时间/min 0 1 2 3 4 5
液体1的温度/℃ 20 26 32 44 50
液体2的温度/℃ 20 24 28 32 36 40
(4)分析数据可知，吸收相同热量时，_________升温更高，________的吸热能力更强。(均选填“液体1”或“液体2”)
(5)由表格数据可知，若液体2为水，则液体1的比热容为___________J/(kg·℃)。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
【能力设问】
(6)冬天，小明想自制一个暖手袋，若从液体1和液体2中选一种液体装入暖手袋中作为供热介质，选择_________为介质，保暖效果会更好。
(7)在制造温度计时，为了提高灵敏度，应选用________作为温度计玻璃泡内的测温物质。
液体1
液体2
2.8×103
液体2
液体1
【拓展设问】
(8)实验结束后，小明又找来了一些冰块，探究了冰熔化过程中温度变化的规律，并根据测得的数据绘制了如图戊所示的图像，在BC阶段中C点处物质的内能________(选填“大于”“小于”或“等于”)B点处物质的内能；由图丁可以看出AB、CD段升高的温度相同，但CD段加热的时间更长，其原因是_________________________。
大于
水的比热容比冰大
1．(2025·湖北)某种温室大棚由棚膜和土墙搭建而成。为使大棚白天吸收太阳更多的能量，科研人员指导农户用水墙替换土墙，如图所示。这是利用水比土有更大的( )
A．比热容 B．密度
C．电阻 D．质量
A
2．(2025·湖南)如图所示的实验中，浓氨水和无色酚酞溶液没有直接接触，但观察到纸花变红，这一现象表明( )
A．分子间存在引力
B．分子间存在斥力
C．分子可以用肉眼观察
D．分子在不停地做无规则运动
D
3．(2025·武汉)生活中处处蕴藏着物理奥秘。下列有关热现象说法正确的是( )
A．制作冰凉的饮料时，直接加冷水比加冰块的效果更好
B．烧开水时，壶嘴周围的“白气”是空气液化形成的
C．用干冰保鲜食物，是利用干冰熔化吸热
D．腌制鸭蛋是通过扩散使食盐进入蛋中
D
4．(2025·无锡)如图所示是中国国家博物馆原始社会厅中展示的一种取火器，它以牛角作外套筒，木制推杆的前端粘附艾绒，取火时，一手握住套筒，一手猛推杆入筒，随即将杆拔出，艾绒即燃，它的尺寸如图所示。下列说法中正确的是( )
A.这种取火器的体积太大，不便于携带
B．取火时是通过做功增加筒内空气的内能
C．取火时是通过热传递增加筒内空气的内能
D．取火的原理与汽油机的做功冲程相同
B
5．(2025·南京)如图所示，用红外灯加热质量相同的水和沙子，水和沙子吸收热量的多少通过___________来反映。加热过程中发现水升温较慢，原因是水的__________较大，红外灯给水和沙子加热主要是利用了红外线的____效应。
加热时间
比热容
热
6．(2024·山西)二氧化碳(CO2)爆破技术是现代工程建设中非常环保的技术。起爆前高压泵将CO2压缩成高压气体，液化后输入爆破筒内。如图所示，爆破时电加热管发热，使筒内的液态CO2迅速汽化，形成的高压气体从泄气孔中喷出，实施爆破。下列说法正确的是( )
A．高压泵压缩CO2，气体内能增大，温度降低
B．高压泵压缩CO2，气体内能减小，温度升高
C．高压CO2气体喷出时，内能增大，温度升高
D．高压CO2气体喷出时，内能减小，温度降低
D
7．(2025·南通)小明用电水壶烧水给爷爷奶奶泡茶。该壶保温性能较好，烧水时壶会吸收一些热量。在壶中装入500 mL的水，加热至沸腾，用时2 min。水用完后，他又在壶中装入1 000 mL的水，加热至沸腾，所需时间最有可能的是( )
A．2 min
B．4 min
C．大于2 min且小于4 min
D．大于4 min
C
8．(2025·武汉)某小组在探究萘熔化过程温度的变化规律时，每隔1 min记录一次温度，得到如图所示的温度随时间变化的图像。分析图像可知：
(1)萘的熔点为____℃，从萘开始熔化到所有萘完全熔化大约持续了____(选填“10”“15”“25”或“35”)min。
(2)萘在AB段和CD段升温较慢的是____段，可能是因为固态萘的比热容_______液态萘的比热容。
80
CD
15
小于
9．(2025·山西)小亮看到如图所示的阳光健身海报，决定每天放学回家由乘电梯改为爬楼梯。爱生活爱运动脂肪完全“燃烧”释放的能量为3.8×104 J(即可看作脂肪的热值q＝3.8×104 J/g)。若小亮的质量为60 kg，家住11楼，每层楼高为3m。(g取10 N/kg)
(1)求小亮所受的重力。
(2)小亮每次乘电梯从1楼到11楼回家，若电梯匀速运行，求电梯对他做的功。
(3)若小亮每次爬楼梯回家消耗脂肪的质量为5 g，求脂肪完全“燃烧”放出的能量。
解：(1)小亮所受的重力G＝m人g＝60 kg×10 N/kg＝600 N。
(2)小亮随电梯做匀速直线运动，小亮所受的支持力与重力大小是平衡力，大小相等，即F＝G＝600 N，小亮在支持力方向上移动的距离s＝(11－1)×3 m＝30 m，电梯对小亮所做的功W＝Fs＝600 N×30 m＝1.8×104 J。
(3)脂肪完全“燃烧”放出的能量Q＝qm脂肪＝3.8×104 J/g×5 g＝1.9×105 J。
10．(2025·巴中)土灶是我国古代劳动人民智慧的结晶，它通常以木柴、秸秆为燃料。目前，我市农村仍有使用土灶做饭的习惯。内部结构如图乙所示，木柴添加通道与烟囱相连，通风通道与木柴添加通道通过中间铁栅连通。某厂家根据土灶的结构设计了两款移动式土灶(如图丙和丁所示)。
(1)为使木柴充分燃烧，移动式土灶设计更合理的是____(选填“丙”或“丁”)。
(2)下列对土灶烟囱作用的说法不合理的一项是( )
A．有利于可燃物充分燃烧
B．有利于冷热空气形成对流
C．有利于提高可燃物的热值
D．有利于排出气体和烟尘
(3)1 kg干木柴在土灶中完全燃烧，可以让铁锅里2 kg的水温度升高50 ℃，则土灶的烧水效率为____%。[q干木柴＝1.2×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
丁
C
3.5

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