第十三章 内能和热机

1、第十三章 内能与热机1.1.内能：内能：(1)(1)定义：物体内所有分子无规则运动的定义：物体内所有分子无规则运动的_，以及，以及_的总和。的总和。(2)(2)单位：单位：_。动能动能分子势能分子势能焦焦(J)(J)2.2.影响因素：影响因素：(1)(1)温度：同一个物体的温度越高，内能温度：同一个物体的温度越高，内能_。如图所示，相。如图所示，相等质量的热水的内能比冷水的内能等质量的热水的内能比冷水的内能_。(2)(2)质量：同种物质组成的物体，在温度相同时，质量大的物质量：同种物质组成的物体，在温度相同时，质量大的物体内能体内能_。越大越大大大大大3.3.特点：物体的内能特点：物体的内能_

2、(_(选填选填“会会”或或“不会不会”) )为零。为零。不会不会4.4.改变内能的两种途径改变内能的两种途径: :(1)(1)做功。做功。规律：外界对物体做功，物体内能规律：外界对物体做功，物体内能_；物体对外界做；物体对外界做功，物体内能功，物体内能_。实质：能量的实质：能量的_。增加增加减少减少转化转化(2)(2)热传递。热传递。规律：物体吸热，内能规律：物体吸热，内能_；物体放热，内能；物体放热，内能_。如图。如图所示，抱热水袋取暖过程中，所示，抱热水袋取暖过程中，_的内能增加，的内能增加，_的内的内能减少。能减少。增加增加减少减少人体人体热水袋热水袋条件：物体之间有条件：物体之间有_。

3、热量：热量：a.a.定义：在定义：在_过程中，物体过程中，物体_传递的多少。传递的多少。b.b.单位：单位：_。实质：能量从高温物体向低温物体的实质：能量从高温物体向低温物体的_。 温度差温度差热传递热传递内能内能焦焦(J)(J)转移转移1.1.大小大小:_:_的物质温度每升高的物质温度每升高( (或降低或降低)_)_所吸收所吸收( (或放出或放出) )的热量。的热量。2.2.单位单位:_:_。3.3.水的比热容水的比热容: :(1)(1)数值：数值：c c水水4.24.210103 3 J/(kg) J/(kg)。(2)(2)意义：意义：_。单位质量单位质量1 1 J/(kg)J/(kg)1

4、 kg1 kg水温度升高水温度升高( (或降低或降低)1 )1 吸收吸收( (或放出或放出) )的的热量是热量是4.24.210103 3 J J4.4.热量的计算公式：热量的计算公式：Q=_Q=_。 cmtcmt1.1.热机热机: :把燃料燃烧时释放的把燃料燃烧时释放的_转变为转变为_的装置。的装置。2.2.内燃机内燃机: :(1)(1)定义定义:_:_直接在发动机汽缸内燃烧产生直接在发动机汽缸内燃烧产生_的热机。的热机。(2)(2)分类：常见的内燃机有分类：常见的内燃机有_和和_。内能内能机械能机械能燃料燃料动力动力汽油机汽油机柴油机柴油机(3)(3)汽油机的工作过程。汽油机的工作过程。工

5、作工作冲程冲程进气门进气门排气门排气门活塞运活塞运动方向动方向能量转化能量转化吸气吸气开开_向下向下压缩压缩_关关_转化为转化为_做功做功_转化为转化为_排气排气关关_向上向上联系联系每个工作循环飞轮转每个工作循环飞轮转_,_,完成完成_做功冲程做功冲程在一个工作循环中在一个工作循环中, ,只有只有_冲程燃气对外做功冲程燃气对外做功, ,其他三个辅助冲程依靠其他三个辅助冲程依靠_完成完成1.1.热值热值: :燃料种类燃料种类固体和液体燃料固体和液体燃料气体燃料气体燃料定义定义某种燃料完全燃烧放出的某种燃料完全燃烧放出的_与所用该燃料的与所用该燃料的_之比之比某种燃料完全燃烧放出的某种燃料完全燃

6、烧放出的_与所与所用该燃料的用该燃料的_之比之比单位单位_放热公式放热公式Q=_Q=_Q=_Q=_热量热量质量质量热量热量体积体积J/kgJ/kgJ/mJ/m3 3mqmqVqVq2.2.热机效率热机效率: :(1)(1)定义：热机运转中，对外做的定义：热机运转中，对外做的_与燃料完全燃烧所与燃料完全燃烧所释放的释放的_的比值。的比值。(2)(2)提高的主要途径：提高的主要途径：_各种能量损失。各种能量损失。有用功有用功能量能量减少减少【典例【典例1 1】(2013(2013南充中考南充中考) )关于温度、热量、内能，下列说法正确关于温度、热量、内能，下列说法正确的是的是( )( )A.A.物

7、体的温度越高，所含热量越多物体的温度越高，所含热量越多B.B.温度高的物体，内能一定大温度高的物体，内能一定大C.0 C.0 的冰块内能一定为的冰块内能一定为0 0D.D.温度相同的两物体间不会发生热传递温度相同的两物体间不会发生热传递D D(2012(2012安徽中考安徽中考) )下列关于功、内能和热量的描述中正确的是下列关于功、内能和热量的描述中正确的是( )( )A A物体的温度不变，内能一定不变物体的温度不变，内能一定不变B B做功和热传递都能改变物体的内能做功和热传递都能改变物体的内能C C温度高的物体含有的热量比温度低的物体多温度高的物体含有的热量比温度低的物体多D D热量总是从内

8、能大的物体向内能小的物体传递热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递B B【典例【典例2 2】如图所示是某一沿海城市和某一内陆城市年气温变如图所示是某一沿海城市和某一内陆城市年气温变化曲线。从图像可以看出，在一年中，曲线化曲线。从图像可以看出，在一年中，曲线A A所示的城市气温所示的城市气温变化较变化较_( (选填选填“大大”或或“小小”) )，根据水的比热容比砂石，根据水的比热容比砂石的比热容的比热容_的特点，曲线的特点，曲线A A表示的是表示的是_( (选填选填“沿海沿海”或或“内陆内陆”) )城市的年气温变化曲线。城市的年气温变化曲线。 内陆内陆大大大大【变式训练【变式训练】(2011(

9、2011宁德中考宁德中考) )关于水的比热容，下列说法正关于水的比热容，下列说法正确的是确的是( )( )A.A.沿海昼夜温差小是因为水的比热容小沿海昼夜温差小是因为水的比热容小B.B.水变成冰后，比热容不变水变成冰后，比热容不变C.C.水的比热容较大，可用作柴油机的冷却剂水的比热容较大，可用作柴油机的冷却剂D.D.一桶水比一杯水的比热容大一桶水比一杯水的比热容大C C【典例【典例3 3】(2013(2013兰州中考兰州中考) )已知煤气的热值为已知煤气的热值为3.63.610107 7 J/m J/m3 3，0.28 m0.28 m3 3的煤气完全燃烧放出的热量是多少？若这些热量的的煤气完全

10、燃烧放出的热量是多少？若这些热量的50%50%被温度为被温度为20 20 ，质量为，质量为30 kg30 kg的水吸收，则水温升高多少？的水吸收，则水温升高多少？cc水水=4.2=4.210103 3 J/(kg) J/(kg)【精讲精析】煤气完全燃烧放出的热量【精讲精析】煤气完全燃烧放出的热量Q Q放放=Vq=Vq=0.28 m=0.28 m3 33.63.610107 7 J/m J/m3 3=1.008=1.00810107 7 J J水吸收的热量水吸收的热量Q Q吸吸=Q=Q放放=50%=50%1.0081.00810107 7 J=5.04 J=5.0410106 6 J J由由Q

11、Q吸吸=c=c水水mtmt得水升高的温度得水升高的温度答案：答案：1.0081.00810107 7 J 40 J 40 63Q5.04 10 Jt40 c m4.2 10 J /(kg) 30 kg 吸水如图是某太阳能热水器，向其中注入如图是某太阳能热水器，向其中注入50 kg50 kg水，阳光照射一段时间后，水温水，阳光照射一段时间后，水温从从10 10 升高到升高到50 50 。水的比热容是。水的比热容是4.24.210103 3 J/(kg) J/(kg)。试求：。试求：(1)(1)这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？(2)(2)如果这些热量

12、由效率为如果这些热量由效率为20%20%的火炉燃烧煤炭来提供，则需要的火炉燃烧煤炭来提供，则需要完全燃烧多少完全燃烧多少kgkg煤炭？煤炭？( (煤炭的热值煤炭的热值q=3q=310107 7 J/kg) J/kg)【解析【解析】(1)(1)水吸收的热量为水吸收的热量为Q Q吸吸=c=c水水mtmt=4.2=4.210103 3 J/(kg) J/(kg)50 kg50 kg(50 -10 )(50 -10 )=8.4=8.410106 6 J J；(2)(2)煤炭完全燃烧产生的热量为煤炭完全燃烧产生的热量为需要完全燃烧的煤炭的质量为需要完全燃烧的煤炭的质量为答案：答案：(1)8.4(1)8.

13、410106 6 J (2)1.4 kg J (2)1.4 kg67Q8.4 10 JQ4.2 10 J20%吸放77Q4.2 10 Jm1.4 kgq3 10 J / kg放煤。实验探究实验探究探究物质的比热容探究物质的比热容考查角度考查角度物质吸热多少的判断物质吸热多少的判断用控制变量法设用控制变量法设计实验方案计实验方案分析实验数据得出结论分析实验数据得出结论1.1.实验方法：实验方法：_法。法。控制变量控制变量2.2.实验步骤：实验步骤：(1)(1)取质量取质量_的水和煤油分别倒入两只相同的烧杯中；的水和煤油分别倒入两只相同的烧杯中；(2)(2)用用_测出加热前两液体的温度测出加热前两

14、液体的温度t t1 1并记录；并记录；(3)(3)用火焰相同的酒精灯用火焰相同的酒精灯( (或或_相同的电加热器相同的电加热器) )加热，加热加热，加热过程中用搅拌器搅拌；过程中用搅拌器搅拌；(4)(4)用用_测量并计算两种液体温度从测量并计算两种液体温度从t t1 1达到相同的温度达到相同的温度t t2 2所所用的时间用的时间t t。3.3.实验结论：相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的实验结论：相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量热量_。相等相等温度计温度计规格规格秒表秒表不同不同4.4.问题探究：问题探究：(1)(1)为什么要使用火焰相同的酒精灯为什么要使用火焰相同的酒精

15、灯( (或规格相同的电加热器或规格相同的电加热器) )加热、两只相同的烧杯装液体？加热、两只相同的烧杯装液体？提示：提示：火焰相同的酒精灯火焰相同的酒精灯( (或规格相同的电加热器或规格相同的电加热器) )在相同时间在相同时间内放出的热量相等，相同的烧杯导热性能、自身吸收的热量相内放出的热量相等，相同的烧杯导热性能、自身吸收的热量相同，能保证研究对象在相同时间内吸收相等的热量。同，能保证研究对象在相同时间内吸收相等的热量。(2)(2)怎样判断研究对象吸收热量的多少？怎样判断研究对象吸收热量的多少？提示：提示：采用采用“转换法转换法”，当热源相同时，用加热时间反映物质，当热源相同时，用加热时间反

16、映物质吸收热量的多少，加热时间越长，物质吸收的热量越多。吸收热量的多少，加热时间越长，物质吸收的热量越多。【易错警示【易错警示】叙述结论时，一定要注意强调前提条件，即控制叙述结论时，一定要注意强调前提条件，即控制不变的量。不变的量。(1)(1)在在“相同质量的同种物质相同质量的同种物质”条件下，表述条件下，表述“吸收的热量与吸收的热量与升高温度的关系升高温度的关系”；(2)(2)在在“同种物质升高相同的温度同种物质升高相同的温度”条件下，表述条件下，表述“吸收的热吸收的热量与质量的关系量与质量的关系”；(3)(3)在在“质量相同的不同物质升高相同的温度质量相同的不同物质升高相同的温度”条件下，

17、表述条件下，表述“吸收的热量与物质种类是否有关吸收的热量与物质种类是否有关”。【典例【典例】(2012(2012烟台中考烟台中考) )小明设计了如图所示的实验装置来小明设计了如图所示的实验装置来探究水和食用油的吸热本领。探究水和食用油的吸热本领。(1)(1)写出调整实验器材的方法步骤。写出调整实验器材的方法步骤。(2)(2)依据小明的探究方案，在实验探究过程中，除了选用相同依据小明的探究方案，在实验探究过程中，除了选用相同规格的烧杯和酒精灯，还需要控制不变的量有哪些？规格的烧杯和酒精灯，还需要控制不变的量有哪些？(3)(3)实验探究记录数据如表：实验探究记录数据如表：在这些数据中在这些数据中,

18、 ,哪一个最可能是由于测量或者记录的疏忽而产哪一个最可能是由于测量或者记录的疏忽而产生了错误生了错误? ?分析实验数据分析实验数据, ,可以得出的结论是什么可以得出的结论是什么? ?加热加热时间时间t/mint/min0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 91010水的水的温度温度/30303131323233333434353536363737383839394040食用食用油的油的温度温度/303032.532.5353537.537.5404042.542.5474747.547.5505052.552.55555答案：答案：(1)(1)调整下面铁夹，使石棉网处于适当

19、的高度；调整上调整下面铁夹，使石棉网处于适当的高度；调整上面铁夹，使温度计处于适当的高度。面铁夹，使温度计处于适当的高度。(2)(2)水与食用油的质量和初始温度相同。水与食用油的质量和初始温度相同。(3)(3)第第6 min6 min食用油的温度记录错误。分析表中的数据可知，食用油的温度记录错误。分析表中的数据可知，加热时间相同时，食用油升高的温度比水高。分析比较水在加热时间相同时，食用油升高的温度比水高。分析比较水在第第5 min5 min、10 min10 min和食用油在第和食用油在第2 min2 min、4 min4 min的数据可知，升的数据可知，升高相同的温度，水需要加热的时间比食

20、用油长，进而得出水高相同的温度，水需要加热的时间比食用油长，进而得出水的吸热本领比食用油大。的吸热本领比食用油大。【延伸探究【延伸探究】结合上例探究以下问题结合上例探究以下问题(1)(1)在此实验中，如果要使水和食用油的最后温度相同，就要在此实验中，如果要使水和食用油的最后温度相同，就要给水加热更长的时间，此时，水吸收的热量给水加热更长的时间，此时，水吸收的热量_(_(选填选填“大大于于”“”“小于小于”或或“等于等于”) )食用油吸收的热量。食用油吸收的热量。(2)(2)已知水的比热容是已知水的比热容是4.24.210103 3 J/(kg) J/(kg)，根据表中数据可，根据表中数据可得食

21、用油的比热容为得食用油的比热容为_J/(kg) _J/(kg) 。【解析【解析】(1)(1)加热时间反映物质吸收热量的多少，加热时间长，加热时间反映物质吸收热量的多少，加热时间长，则物质吸收的热量多。则物质吸收的热量多。(2)(2)由表中第由表中第5 min5 min实验数据可知，在质量相等时，加热相等时实验数据可知，在质量相等时，加热相等时间，即吸收相等热量，食用油升高的温度是水升高温度的间，即吸收相等热量，食用油升高的温度是水升高温度的2.52.5倍；根据公式倍；根据公式Q=cmtQ=cmt，可知水的比热容是食用油的，可知水的比热容是食用油的2.52.5倍，故倍，故食用油的比热容为食用油的

22、比热容为1.681.6810103 3 J/(kg) J/(kg)。答案：答案：(1)(1)大于大于 (2)1.68(2)1.6810103 31.1.下列过程中物体的内能减少的是下列过程中物体的内能减少的是( )( )A A正在熔化的冰正在熔化的冰B B正在大气层中下落的飞船返回舱正在大气层中下落的飞船返回舱C C紧急刹车时汽车的轮胎紧急刹车时汽车的轮胎D D暖气片内循环的热水暖气片内循环的热水D2.2.下列四幅图中，不属于做功改变物体内能的是下列四幅图中，不属于做功改变物体内能的是( )( )B B3.3.在下列几种情况中，比热容会发生变化的是在下列几种情况中，比热容会发生变化的是( )(

23、 )A A20 20 的水变成的水变成4 4 的水的水 B B一块钢板压制成钢锅一块钢板压制成钢锅C C水结成冰水结成冰 D D把开水倒入冷水中把开水倒入冷水中【解析【解析】选选C C。比热容是物质的一种特性，跟温度、形状等因。比热容是物质的一种特性，跟温度、形状等因素无关，跟物质状态有关。水结成冰，状态发生改变，水和冰素无关，跟物质状态有关。水结成冰，状态发生改变，水和冰的比热容不同。的比热容不同。4.4.以下交通工具中，常用汽油机作为动力装置的是以下交通工具中，常用汽油机作为动力装置的是( )( )A A小轿车小轿车 B B载重卡车载重卡车C C远洋轮船远洋轮船 D D动车动车【解析【解析

24、】选选A A。汽油机比较轻巧，主要用于汽车、飞机、摩托。汽油机比较轻巧，主要用于汽车、飞机、摩托车等；柴油机比较笨重，主要用于载重卡车、火车、轮船等。车等；柴油机比较笨重，主要用于载重卡车、火车、轮船等。5.20135.2013年年2 2月月1515日日1212时时3030分左右，一块分左右，一块陨石坠落在俄罗斯车里雅宾斯克州，陨石坠落在俄罗斯车里雅宾斯克州，发出耀眼的强光和巨响。陨石穿越大发出耀眼的强光和巨响。陨石穿越大气层时与空气摩擦，温度升高，它的气层时与空气摩擦，温度升高，它的内能内能_，这是通过，这是通过_的方式改变内能的。的方式改变内能的。【解析【解析】陨石穿越大气层时，克服空气摩

25、擦做功，机械能转化陨石穿越大气层时，克服空气摩擦做功，机械能转化为内能，其温度升高，内能增加。为内能，其温度升高，内能增加。答案：答案：增加增加 做功做功6.6.汽油的热值为汽油的热值为4.64.610107 7 J/kg J/kg，现有汽油，现有汽油2 kg2 kg，选其中一半，选其中一半完全燃烧，放出的热量是完全燃烧，放出的热量是_J_J，剩余汽油的热值是，剩余汽油的热值是_J/kg_J/kg。【解析【解析】现有汽油现有汽油2 kg2 kg，选其中一半完全燃烧，即用了，选其中一半完全燃烧，即用了1 kg1 kg，Q=mqQ=mq=1 kg=1 kg4.64.610107 7 J/kg=4.

26、6 J/kg=4.610107 7 J J；热值是燃料的一种；热值是燃料的一种特性，其大小不随燃料的质量而变化。特性，其大小不随燃料的质量而变化。答案：答案：4.64.610107 7 4.6 4.610107 77.7.如图所示是四冲程汽油机工作的部分冲程示意图，其中如图所示是四冲程汽油机工作的部分冲程示意图，其中_图是做功冲程，图是做功冲程，_图是依靠飞轮的惯性来完成图是依靠飞轮的惯性来完成的冲程。的冲程。乙乙 甲甲8.8.为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值，小明采用如图所示为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值，小明采用如图所示的装置进行实验：他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个的装置进行

27、实验：他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中，点燃它们，分别给装有质量相等的水的两个相同烧燃烧皿中，点燃它们，分别给装有质量相等的水的两个相同烧杯加热，直至酒精和碎纸片完全燃烧。杯加热，直至酒精和碎纸片完全燃烧。(1)(1)小明设计了一张记录实验数据的表格，其中小明设计了一张记录实验数据的表格，其中两项内容两项内容漏写了，请你帮他补充完整。漏写了，请你帮他补充完整。温度温度燃料燃料加热前的水温加热前的水温/10 g10 g酒精酒精加热后的水温加热后的水温/ / 10 g10 g碎纸片碎纸片(2)(2)实验后小明根据实验数据利用公式实验后小明根据实验数据利用公式Q=cmtQ=cmt算出了

28、水吸收的算出了水吸收的热量，结合热量，结合“10 g10 g酒精酒精”这一数据，算出了酒精的热值，算出这一数据，算出了酒精的热值，算出的酒精热值是否可靠？的酒精热值是否可靠？_，请说明理由，请说明理由_。不可靠不可靠 酒精完全燃烧放出的热量不能全部被水吸收酒精完全燃烧放出的热量不能全部被水吸收1.(20121.(2012嘉兴中考嘉兴中考) )如图所示，在大口厚玻璃瓶内装入少量的如图所示，在大口厚玻璃瓶内装入少量的水，并滴入几滴酒精，塞紧塞子后，用气筒往瓶内打气，当塞水，并滴入几滴酒精，塞紧塞子后，用气筒往瓶内打气，当塞子跳出时，看到瓶口有白雾出现。下列关于该实验的分析错误子跳出时，看到瓶口有白

29、雾出现。下列关于该实验的分析错误的是的是( )( )A.A.往瓶内打气时，外界对瓶内气体做功往瓶内打气时，外界对瓶内气体做功B.B.往瓶内打气时，瓶内气体内能变小往瓶内打气时，瓶内气体内能变小C.C.瓶塞跳出时，瓶内气体温度降低瓶塞跳出时，瓶内气体温度降低D.D.瓶塞跳出时，瓶内气体对外做功瓶塞跳出时，瓶内气体对外做功B B2.(20112.(2011常州中考常州中考) )夏天，海边的昼夜温差小，这是因为水的夏天，海边的昼夜温差小，这是因为水的比热容较大。下列现象中不能反映水的这一特性的是比热容较大。下列现象中不能反映水的这一特性的是( )( )A A汽车发动机的冷却循环系统用水做工作物质汽车

30、发动机的冷却循环系统用水做工作物质B B春天的夜晚，农民往稻田里灌水以防秧苗冻坏春天的夜晚，农民往稻田里灌水以防秧苗冻坏C C炎热的夏天常常在教室的地面上洒水炎热的夏天常常在教室的地面上洒水D D城区建造人工湖以降低城区建造人工湖以降低“热岛效应热岛效应”造成的夏季高温造成的夏季高温C C3.(20133.(2013南京中考南京中考) )如图所示是内燃机的四个冲程，其中属于如图所示是内燃机的四个冲程，其中属于压缩冲程的是压缩冲程的是( )( )A A。4.(20124.(2012宿迁中考宿迁中考) )夏季，在高速公路服务区内，一些重型汽夏季，在高速公路服务区内，一些重型汽车停在有水的坑里，这是

31、因为汽车在高速行驶过程中，通过车停在有水的坑里，这是因为汽车在高速行驶过程中，通过_方式增加轮胎的内能，使轮胎的温度方式增加轮胎的内能，使轮胎的温度_；轮胎；轮胎停在水中，通过停在水中，通过_方式减少内能，降低温度，以保行方式减少内能，降低温度，以保行车安全。车安全。【解析【解析】答案：答案：做功做功 升高升高 热传递热传递5.(20125.(2012宁波中考宁波中考) )用两个相同的用两个相同的“热得快热得快”分别给质量、初分别给质量、初温都相同的甲、乙两种液体同时加热。两液体的温度随时间变温都相同的甲、乙两种液体同时加热。两液体的温度随时间变化的图像如图所示，根据图像可知，甲液体的比热容化的图像如图所示，根据图像