第十三章内能与热机

1、第13章 内能与热机物体的内能1、 内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。任何物体在任何情况下都有内能。影响物体内能大小的因素：温度、质量或体积、材料、存在状态。  2、 机械能的大小与机械运动有关；内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。 3、 物体温度升高会导致物体内能增大。物体存在状态改变（熔化、汽化）也会导致内能改变。反过来，不能说内能改变必然导致温度变化，因为内能的变化有多种因素决定。 4、 改变内能的方法：做功和热传递。  5、 做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加。物体对外

2、做功物体内能会减少。做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化。  6、 热传递是热量从高温物体传向低温物体或从同一物体的高温部分传向低温部分的现象。热传递的条件是有温度差，传递方式是：传导、对流和辐射。  7、 热传递过程中，传递的能量的多少叫热量，单位是J。热传递传递的是热量，不是温度。 8、 温度、热量、内能的区别：  温度：表示物体的冷热程度。温度升高内能增加不一定吸热。如：钻木取火，摩擦生热。 热量：是一个过程。吸收热量不一定升温。如：晶体熔化，水沸腾。内能不一定增加。如：吸收的热量全都对外做功，内能可能不变。

3、0;   内能：是一个状态量。内能增加不一定升温。如：晶体熔化，水沸腾。 不一定吸热。如：钻木取火，摩擦生热  9、 为了理解温度、热量、内能的关系，一定要记住一个特例：“晶体熔化时吸收热量，但温度不变，内能增大；晶体凝固时放出热量，温度也不变，但内能减小”。  10、 指出下列各物理名词中“热”的含义：热传递中的“热”是指： 热量；热现象中的“热”是指： 温度；热膨胀中的“热”是指： 温度；摩擦生热中的“热”是指：内能（热能） 例1 （2014黄冈）关于物体的内能，下列说法正确的是（）A温度为0的物体没有内能B物

4、体内能增加，一定是通过外界对物体做功C正在沸腾的水吸收热量，温度增加，内能不变解：A、温度为0的物体也具有内能，故A错误；B、物体的内能增加，可能是外界对物体做功，也可能是从外界吸收了热量，故B错误；C、正在沸腾的水吸收热量，温度不变，内能增加，故C错误；D、在相同物态下，同一物体温度降低，它的内能会减少，故D正确答案 D例2（2015南宁）下面关于热现象的说法，正确的是（） A冬天搓手取暖是利用热传递来改变内能 B铁丝很难被拉断说明分子间存在引力 C衣柜里的樟脑片升华时要放热D汽油机的做功冲程把机械能转化为内能解 A、冬天搓手取暖是利用做功改变手的内能，故A错误；B、因为分子间存在引力，所以

5、铁丝很难被拉断，故B正确；C、樟脑片放一段时间后会变小，是由固态直接变成气态，是升华现象，升华吸热，故C错误；D、汽油机在做功冲程中将内能转化为机械能，故D错误故选B例3 食物在体内“燃烧”时，一部分用来维持体温，这是把食物的化学能转化为 能，一部分用来提供人跑步，行走的动力，这是把食物的化学能转化为 能答案 内能 机械能小试牛刀1 2016河南模拟）关于物体内能，下列说法正确的是（）A物体温度升高，内能增加，热量增加B热量总是由内能大的物体传递给内能小的物体C物体吸收热量，内能变大，温度不一定升高D内燃机工作时，水箱里的水通过做功使内能增加的解：A、物体温度升高，内能增加，但不能说含有的热量

6、增加，故A错误；B、热传递的发生条件是存在温度差，热量总是由高温物体传递给低温物体的过程，故B错误；C、晶体的熔化过程中，吸热、内能增大，但温度不升高，故C正确；D、内燃机工作时，水箱里的水通过热传递的方式使内能增加的，故D错误；故选C答案 C(2006·昆明)关于内能、温度和热量的下列说法中，正确的是（ ） A 高温物体具有的内能一定比低温物体具有的内能多 B物体的温度越高，含有的热量越多 C在内能转移的过程中，一定有热传递发生 D物体的内能增加，一定是对物体做了功答案 C3下列事例中，属于内能转化为机械能的是( ) A 水壶中的水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起 B两手相互磨擦，手心变热

7、 C用气筒给自行车打气时，气筒会发热D流星与空气磨擦生热、发光答案 真题模拟1(2015河北中考)下列说法正确的是( ) A. 两杯水温度相同,内能也一定相同 B.热量总是自发从内能大的物体向内能小的物体传递 C.由于水的比热容大,工厂里的冷却塔常用水作为冷却介质 D.质量、初温相同的水和煤油放出相同热量后,水的温度高于煤油的温度答案 CD2（2015湖北襄阳）襄阳市的“牛肉面”是襄阳人民“舌尖上的美食”。牛肉面四溢飘香是由于其分子的_造成的，煮烫面条过程中其内能是通过_方式来改变的。【解析】试题分析：组成物质的分子在永不停息地做无规则运动，不同物质相互接触时，分子彼此进入对方的现象

8、就是分子无规则运动的表现，所以牛肉面四溢飘香是由于其分子的无规则运动造成的；改变物体内能有两种方式，一是热传递；二是做功；煮烫面过程，炉火的温度高于锅内水的温度，所以是通过热传递方式改变物体内能。【考点定位】分子动理论；改变内能的方式答案 无规则运动 热传递 2、 比热容：1、 单位质量的某种物质温度升高（降低）1时吸收（放出）的热量，叫比热容，简称比热，用字母C表示,单位是J/(kg·),其物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。  2、 比热容是物质的一种属性，只与物质的种类、和状态有关，与物体的质量和温度变化的多少无关。这是因为比热的定义中已经

9、规定“量是1kg”和“温度升高或降低1”的必备条件，所有物质的比热都是在两个条件下得出的。“一滴水和一桶水”或“冷水和热水”比热相同。 3、 物体在升温或降温时的吸热或放热公式：吸cm（tt0），放cm（t0t）或cmt其中t0为初温，t为末温，t表示温度的变化量，当表示升高的温度时，t=tt0，当表示降低的温度时tt0t ；各量使用的单位：比热c用J/(kg·)；质量m用kg，温度的变化t用  4、 水的比热容为4.2×103J/(kg·)表示：1kg的水温度升高（降低）1吸收（放出）的热量为4.2×103J。水

10、的比热容大,在实际中的应用分下面两种况：   （1）根据cmt，相同质量的水和其它物质升高（或降低）相同的温度，因为水的比热大，水吸收（或放出）的热量多。 （2） 根据t=Q/cm，相同质量的水和其它物质吸收（或放出）相同的热量，因为水的比热大，水升高（或降低）的温度少。  例如汽车发动机的散热器中用水；沿海地区一年的温差比内陆地区小；暖气管道中用水；夏天海滩上的沙子比海水烫脚。其中应用道理（1）的是；应用道理（2）的是例1(2015苏州部分)某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率他们用酒精灯给100g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60

11、、消耗了4.2g酒精已知：水的比热容为4.2×103J/（kg），酒精的热值为3×107J/kg求：（1）此过程中水吸收的热量；解：（1）100g=0.1kg，水吸收的热量： Q吸=cmt=4.2×103J/（kg）×0.1kg×60=2.52×104J；例2（山东潍坊）（多选题）用相同的酒精灯分别对a、b两液体加热（如图甲），根据测得的数据分别描绘出两液体的温度随加热时间变化的图象（如图乙）在相同的时间内两液体吸收的热量相等，不计液体热量散失，分别用ma、mb、Ca、Cb表示a、b两液体的质量和比热容，则结合图中信息做出的下列推断正

12、确的是（）sA若mamb，则CaCbB若mamb，则CaCbC若CaCb，则mambD若CaCb，则mamb小试牛刀已知水的比热容为4.2×103J/，则质量为2kg的水，温度由25降低到20放出的热量是（ ）A4.2×104JB2.1×105JC1.68×105JD3.78×105J【解析】已知水的质量2kg，初温25，末温20，根据Q放=cm（t-t）可求出水放出的热量水放出的热量是：Q放=cm（t-t）=4.2×103J/（kg）×2kg×（25-20）=4.2×104J故选A答案 A 甲、乙两金属

13、球，质量相等，初温相同，先将甲球投入冷水中，待热平衡后水温升高t，取出甲球（设热量与水均无损失），再迅速把乙球投入水中，这杯水热平衡后水温又升高t，设甲、乙两球的比热分别为C甲和C乙，则有（ ） A. C甲=C乙 B.C甲>C乙 C.C甲<C乙 D.无法确定【分析】甲、乙两金属球，先后投入到同一杯水中，由题意可知，两次水升高的温度相同，也就是水吸收的热量相同，因为不计热量损失，由热平衡方程可知，甲乙两金属球放出的热量相同；而甲、乙两金属球的质量相等、初温相同，经放热后，甲金属球比乙多降低了t，则甲金属块的末温比乙的末温低；由上述分析可知，质量相同的甲乙两金属球，放出相同的热量，甲降

14、低的温度多，则可知甲金属与乙金属的比热容关系【解答】解：先后将甲乙两金属球投入到同一杯水中，水升高的温度相同，则水吸收的热量相同；不计热量损失，Q吸=Q放，甲乙两金属块放出的热量相同；由题知，甲金属球比乙多降低了t，即甲金属球的末温低；由上述分析可知，质量相同的甲乙两金属球，放出相同的热量，甲金属块降低的温度多，所以甲的比热容小故选C答案 把一杯酒精倒掉一半，则剩下的酒精（ ） A. 比热不变，燃烧值变为原来的一半 B.比热和燃烧值均不变 C. 比热变为原来的一半，燃烧值不变 D.比热和燃烧值均变为原来的一半 解析：比热是物质的一种特性。它与该种物体的质量大小无关；与该种物体的温度高低无关；与

15、该种物体吸热还是放热也无关。这种物质一旦确定，它的比热就被确定。酒精的比热是2.4×103焦 /（千克），一瓶酒精是如此，一桶酒精也是如此。0的酒精和20的酒精的比热也相同。燃烧值是燃料的一种性质。它是指单位质量的某种燃烧完全燃烧所放出的热量。酒精的燃烧值是3.0×107焦/千克，它并不以酒精的质量多少而改变。质量多的酒精完全燃烧放出的热量多，但酒精的燃烧值并没有改变。所以本题的正确答案应是B真题模拟（2015宁夏）如图所示，相同质量的水和煤油，用功率相同的电热器加热相同的时间后，以下说法正确的是（）A水的末温高B煤油的末温高C水吸收的热量多D煤油的温度变化量大解：（1）因

16、为不知道水和煤油的初温，所以无法判断水和煤油的末温高低，故AB都错误；（2）用相同的电加热器分别给它们加热相同的时间，水和煤油吸收的热量相同，故C错误；（3）质量相同的水和煤油，因为水的比热容大于煤油的比热容，吸收相同的热量后，由Q吸=cmt可知，水的温度升高的少，煤油的温度升高的多，故D正确故选D答案 D2 （2014上海）关于比热容，下列说法中错误的是（） A比热容可用来鉴别物质B水的比热容较大，可用作汽车发动机的冷却剂C沙的比热容较小，所以沙漠地区昼夜温差较大 D一桶水的比热容比一杯水的比热容大分析 比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，与吸放热的多少、质量、体积的大小都没有

17、关系不同物质比热容一般不同水的比热容较大，也就是说水吸入的热量和放出的热量比较多，利用其吸热较多可以降温，利用其放热较多可以取暖【解答】解：A、比热容是物质的一种特性，不同物质比热容一般不同，比热容可用来鉴别物质选项正确 B、水的比热容较大，降温时放出的热量比较多，可用作汽车发动机的冷却剂选项正确 C、沙的比热容较小，吸收或放出相同的热量，温度变化大，所以沙漠地区昼夜温差较大选项正确 D、比热容是物质的一种特性，与质量没有关系，一桶水的比热容和一杯水的比热容相同选项错误故选D答案 D3、 热值(用字母q表示)  1、 定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种

18、燃料的热值。单位是J/kg。燃料燃烧时化学能转化为内能。  2、 热值是燃料的一种属性，不同燃料的热值不同，同种燃料的热值不变，与燃料的多少、燃烧的程度无关。这是由于热值的定义中已经把“量是1kg”和“燃烧的程度是完全燃烧”界定清楚了，所有的热值都是在这两个条件下得到的。 3、 燃料完全燃烧放热的公式：Q=mq 其中各量的单位：热量Q用J，质量m用kg, 热值q用J/kg  4、酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量3.0×107J。 5、火箭常用液态氢做燃料，

19、是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。  例1(2015苏州部分)某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率他们用酒精灯给100g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60、消耗了4.2g酒精已知：水的比热容为4.2×103J/（kg），酒精的热值为3×107J/kg求：（2）4.2g酒精完全燃烧放出的热量；（3）酒精灯烧水时的热效率答：（2）酒精完全燃烧产生的热量：Q放=mq=0.0042kg×3×107J/kg=1.26×105J； 4.2g酒精完全燃烧放出的热量是1.26×105J；（3）酒精灯烧水时的热

20、效率： =×100%=×100%=20% 酒精灯烧水时的热效率是20%例2 （2014山东聊城）煤、石油、天然气的过量开采使人类面临能源危机某县在冬季利用地热能为用户取暖县内有一口自喷状态地热井，出水温度为90，出水流量为150m3h（1）求每小时流出的地热水温度降低到50，所放出的热量（2）这些热量如果用天然气蒸汽锅炉供热，且天然气蒸汽锅炉的热效率为90，则利用上述地热能供暖一小时可以节约多少天然气？（水1.0×103kgm3，c水4.2×103J（kg·），天然气的热值为4×107Jm3） （1）1小时出水的体积为150m3,出水

21、的质量m水=水V=1.0×103kg/m3×150m3=1.5×105kg地热水放出的热量Q放=c水m水t=4.2×103J/（kg·）×1.5×105kg×50=2.52×1010J（2）因为热利用效率=Q放/Q放/所以燃烧天燃气放出的热量Q放/=Q放/=2.52×1010J/90%=2.8×1010J因为Q放/=qV，所以天燃气的体积为V=Q放/q=2.8×1010J/4×107J/m3=700m3小试牛刀1 关于热量、内能和温度，下列说法中，正确的有（ ） A

22、. 物体吸收热量，温度一定升高 B. 物体内能增加，一定吸收热量 C. 物体温度升高，内能一定增加 D. 质量相同的两个物体，温度升高得多的物体吸收的热量不一定多答案 CD2铜块的质量与铅块质量之比是21，如果它们升高的温度之比是23，则它们吸收的热量之比是 （铜的比热容是铅的比热容的3倍） （ ） A. 14 B. 41 C. 49 D. 91 【解析】试题分析：根据公式Q=Cmt可计算铜块和铅块吸收的热量之比m铜：m铅=2：1，t铜：t铅=2：3，铜的比热容是铅的比热容的三倍，根据公式Q=Cmt可得，故A、C、D不正确，B正确，考点：热量的计算答案 B3 在标准大气压下，1kg20的水吸收

23、了3.78×105J的热量后，其温度为 ( ) A80 B. 90 C. 100 D. 110解析 Q吸=cmt，t=Q吸/3.78*105J/4.2*103=90t=t+t0=90+20=110在一个标准大气压下，水的沸点为100，水的温度升高到100将不再上升答案 C 真题模拟（2014苏州）（6分）燃气灶烧水时，把质量为2kg、初温为20的水加热到100，共燃烧了0.02m3天然气（假设天然气完全燃烧）已知水的比热容为4.2×103J/（kg.），天然气的热值为8.4×l07J/m3.求： （1）水吸收的热量； （2）天然气完全燃烧放出的

24、热量； （3）燃气灶烧水时的效率分析： （1）知道水的质量、水的比热容和水的初温和末温，利用吸热公式求水吸收的热量；（2）知道天然气的体积和热值，利用Q放=Vq计算煤气完全燃烧放出的热量，（3）利用效率公式求燃气灶烧水的效率解答：（1）在此过程中，水吸收的热量：Q吸=c水m（tt0 ）=4.2×103J/（kg）×2kg×（10020）=6.72×105J；（2）天然气完全燃烧放热： Q放=Vq=8.4×107J/m3×0.02m3=1.68×106J， 燃气灶烧水的效率：=×100%

25、=×100%=40%2 汽油的热值为4.6×107J/kg，这个数值究竟有多大？有人通过一个具体的例子来认识汽油热值的大小：一个60kg的人，从1楼步行至11楼，每层楼的高度为3m，他克服重力做了_J的功，如果汽油完全燃烧放出的热量在数值上与这些功相等，则需要汽油的质量是_g。（g=10N/kg，结果精确到0.01）【解析】试题分析：质量m=60kg，从1楼步行至11楼，上升的高度h=3m×10=30m，他克服重力做功W=Gh=600N×30m=18000J的功；因为W=Q=qm，所以m=W/q=18000J/4.6×107J/kg=0.39g

26、。【考点定位】功   热值答案 1.8×104   0.39四、热机效率与环境保护：1、热机是利用燃料的燃烧来做功的装置。热机的原理是燃料燃烧，化学能转化为内能，又通过做功把内能转化为机械能。  2、内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。其中压缩冲程将机械能转化为内能。 3、热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和所耗燃料完全燃烧放出的能量之比叫做

27、热机的效率。公式：=W有用/ Q总= W有用/qm   4、 提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧、尽量减小各种热量损失、机件间保持良好的润滑、减小摩擦。  5、汽油机和柴油机的比较： 例1 （2015沈阳）（沈阳市校车安全管理办法）规定校车应全部安装座椅安全带，这是为了防止急刹车时学生因具有 惯性，身体前倾而受到伤害 校车的动力来自内燃机，在如图所示的示意图中，图 甲表示的是四冲程内燃机的吸气冲程 解：（1）当刹车时，人由于惯性身体会向前倾，容易撞在车身或座椅上而造成伤害，安全带可以有效防止惯性带来的这种伤害；（2

28、）甲图中进气门打开，排气门关闭，此时活塞向下运动，是第一个冲程-吸气冲程；乙图中两个气门都关闭，火花塞没有点火，此时活塞向上运动，是第二个冲程压缩冲程故答案为：惯性；甲答案 惯性 甲例2 （2014江苏）如图所示是汽油机的 冲程，通常用水来了冷却发动机是利用水的 的特性；完全燃烧0.1kg的汽油，放出的热量为 。如果这些热量被质量为100kg,初温为20的水完全吸收，可以使水的温度升高 解析 Q放=mq油=4.62*106 J由Q放=Q吸，Q吸=C水M水t得t=Q吸/（cm）=11 答案 做功 比热容较大 4.62*106 11例3有人说“某汽油机比柴油机热机效率低”这句话的意思是（）A汽油机

29、功率比柴油机功率小B.汽油机用来做有用功的能量比柴油机少C.汽油机比柴油机所消耗的燃料少D.汽油机用来做有用功的能量跟燃料完全燃烧所放出的能量的比值比柴油机小解析：本题是考查对热机效率概念的理解A选项把“功率”与“热机效率”混为一谈，功率是反映物体做功快慢的物理量，和“热机效率”是两个完全不同概念的物理量B项和C项没有理解“热机效率”是两个能量之比，只是考虑两个能量中的一个，是不完全的答案 D例4 小星家的太阳能热水器，水箱容积是200L小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为20，然后给热水器水箱送满水，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45请你求解下列问题： （1

30、） 水箱中水的质量；水吸收的热量【c水=4.2×103J(kg·)】 （2）如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为40，求至少需要燃烧多少kg的煤气（煤气的热值为q=4.2×107Jkg）解（1）先根据水箱的容积和水的密度利用密度公式计算水的质量；已知水的比热容、温度的变化量，利用热量的计算公式计算吸收的热量；（2）煤气完全燃烧放出的热量的40%和水吸收的热量相等，然后根据Q放=mq求需要燃烧煤气的质量；：（1）热水器水箱送满水时，水的体积： V=200L=0.2m3， =m/v， 水的质量： m=v=1.0×103kg/m3×

31、;0.2m3=200kg； 水吸收的热量：Q吸=cmt=4.2×103J/（kg）×200kg×（45-20）=2.1×107J；（2）煤气灶的效率为40%，煤气完全燃烧放出的热量：Q放=Q吸/40%=2.1*107J/40%=5.25*107Q=mq，需要燃烧煤气的最小质量：m=Q 放/q=1.25kg小试牛刀 1两个相同的容器分别装满了质量相同的甲、乙两种液体用同一热源分别加热，液体温度与加热时间关系如图所示()           

32、;                 A甲液体的比热容大于乙液体的比热容B如果升高相同的温度，两液体吸收的热量相同C加热相同的时间，甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量D加热相同的时间，甲液体温度升高的比乙液体温度升高的多解析：由图可知，加热相同的时间，即吸收相同的热量，甲液体温度升高的比乙液体温度升高的多，因此甲液体的比热容小于乙液体的比热容，A错，D正确；升高相同的温度，甲液体吸收的热量比乙液体吸收的热量少，B错；用同一热源

33、分别加热相同的时间，两种液体吸收的热量相同，C错答案：D2. 下图表示四冲程内燃机工作时各冲程的示意图，它们正确的排列顺序为() A甲、乙、丙、丁     B丁、丙、乙、 甲      C甲、丙、乙、丁     D甲、丁、乙、丙 解析：考查内燃机四个冲程，掌握每个冲程的特点是关键 答案：D3. 关于四冲程汽油机，下列判断正确的是()A四冲程的顺序适当调整，汽油机也能工作B三个辅助冲程如果减少一个，汽油机也能工作C三个辅助冲程需要靠外力来

34、完成D四冲程只有第三冲程对外做功，把燃料燃烧释放的内能的一部分转化为机械能解析：汽油机工作过程申，四个冲程的顺序，冲程个数均不能变化，否则汽油机就无法正常连续工作，因此A、B两项错误；三个辅助冲程是靠飞轮的惯性完成的，而不是借助于外力C项错误，故应选D.答案：D真题模拟1 如图7所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是（ ）答案 C2（2012?陕西）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （选填“升高”、“降低”或“不变

35、”），其内能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的 为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是 冲程解析单缸六冲程内燃机一个工作循环，6个冲程，燃气对外做功2次，据此分析回答在做功冲程中，高温气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，转化为机械能；在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸汽，推动活塞再次做功，水蒸汽温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率；一个工作循环最后一个冲程是排气冲程，所以为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程答案：降低；减小；效率；排气3（2012菏泽）关于“热机”，下列说法中错误的是（）A通过技术改进，可以使热机的效率达到100%B减少城市热岛效应的措施之一就是倡导“绿色出行”C用水而不用其它循环物质降低热机的温度，