第14章 内能和热机Word格式.docx
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概念:
公式:
单位
一、内能
1、内能：
，叫做物体的内能。
2、物体在任何情况下都有内能：
既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。
无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。
3、影响物体内能大小的因素：
①温度：
在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大。
②质量：
在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大。
③材料：
在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同。
④存在状态：
在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。
4、内能与机械能不同：
机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关
内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。
内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。
这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。
二、内能的改变
1、内能改变的外部表现：
物体温度升高（降低）——物体内能增大（减小）。
物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）——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）
2、改变内能的方法：
和。
A、做功改变物体的内能：
①做功可以改变内能：
对物体做功物体内能会。
物体对外做功物体内能会。
②做功改变内能的实质是
B、热传递可以改变物体的内能。
①热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。
②热传递的条件是有温度差，传递方式是：
传导、对流和辐射。
热传递传递的是内能（热量），而不是温度。
③热传递过程中，物体吸热，温度升高，内能增加；
放热温度降低，内能减少。
④热传递过程中，叫热量，热量的单位是。
热传递的实质。
C、做功和热传递改变内能的区别：
由于它们改变内能上产生的效果相同，所以说做功和热传递改变物体内能上是的。
但做功和热传递改变内能的实质不同，前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。
D、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。
晶体熔化，水沸腾。
内能不一定增加。
吸收的热量全都对外做功，内能可能不变。
△内能：
是一个状态量
内能增加不一定升温。
钻木取火，摩擦生热
总结：
内能是物体内部所有分子做无规则热运动的动能和分子势能的总和，物体的温度越高，内能越大；
一切物体都有内能，内能包括分子动能和分子势能，所以，内能的大小与物体的温度、质量和体积有关；
热量是过程量，就是说，热量只存在于热传递或热交换过程中，只能说吸收或放出热量，热量传递等；
热量不是状态量，不能说含有或者具有热量．
三、热量
1、比热容
⑴定义：
。
⑵物理意义：
的物理量。
⑶比热容是物质的一种特性，大小只与物体的、有关，
⑷水的比热容为4.2×
103J（kg·
℃）表示：
⑸水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大
2、计算公式：
※注意：
此公式只能用于热传递过程中吸收或放出的热量，不能计算燃料燃烧放出的热量；
使用公式计算时，还要注意比热容的单位是J（kg·
℃），质量的单位是kg，温度的单位是℃，
热量的单位是J。
四、内能的获得——燃料的燃烧
燃料燃烧：
能转化为。
五、热值
1、定义：
1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
2、单位：
J/kg（气体燃料的热值单位符号通常用“J/m3”）
3、关于热值的理解：
① 对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。
1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。
某种燃料：
说明热值与燃料的种类有关。
完全燃烧：
表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的，只与有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。
3、公式：
Q＝mq（q为热值）。
实际中，常利用Q吸＝Q放即cm（t-t0）=ηqm′联合解题。
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是3.0×
107J。
煤气的热值是3.9×
107J/m3，它表示：
1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×
六、内能的利用、热机
1、内能的利用方式：
⑴利用内能来加热；
从能的角度看，这是内能的转移过程。
⑵利用内能来做功；
从能的角度看，这是能转化为能。
2、热机：
定义：
利用燃料的燃烧来做功的装置。
能的转化：
能转化为能
3、内燃机：
它主要有汽油机和柴油机。
4、内燃机大概的工作过程：
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。
另外压缩冲程将机械能转化为内能。
5、汽油机和柴油机的比较
汽油机
柴油机
不
同
点
构造：
顶部有一个火花塞。
顶部有一个喷油嘴。
吸气冲程
吸入汽油与空气的混合气体
吸入空气
点燃方式
点燃式
压燃式
效率
低
高
应用
小型汽车、摩托车
载重汽车、大型拖拉机
相同点
冲程：
活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。
一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。
6、热机的效率：
热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。
公式：
η=W有用/Q总=W有用/qm
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。
经典例题：
例1（2005年重庆市）关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（）
A．物体的温度越高，所含热量越多
B．温度高的物体，内能一定大
C．0℃的冰块，内能一定为零
D．温度相同的两物体间不会发生热传递
解析：
物体的温度越高，物体的内能就越大，热量是指热传递过程中内能改变的多少，所以A选项是错误的。
物体的内能大小除了与温度有关外，还跟物体的质量、材料以及状态有关，所以B选项是错误的。
物体在任何情况下都有内能，所以C选项是错误的。
热传递发生的条件是两个物体要有温度差。
所以A选项是正确的。
答案D
例2一块0℃的冰变为0℃的水的过程中，它的内能变化情况是（）
A、变大；
B、变小；
C、不变；
D、不能确定
0℃的冰在变为0℃的水的过程中，尽管温度不变，但是吸收了热量，状态发生了改变，分子间的平均距离改变了，分子势能变大了，所以内能增加了。
答案A
1．水电站的水从高处流向低处的过程中（）
A.重力势能不变，动能增加B.重力势能减小，动能增加
C.重力势能增加，动能减小D.重力势能增加，动能不变
5．关于能量转化说法正确的是（）
A.砂轮磨刀有内能转化为动能
B.陨石进入大气层成为流星时内能转化为机械能
C.壶中水沸腾时壶盖跳动是水的动能转化为壶的动能
D.给自行车打气气筒发热机械能转化为内能
6．关于物体内能的改变，下列正确的是（）
A.物体对外做功物体内能减少B.物体吸收热量物体内能一定增加
C.对物体做功时，物体内能一定减少D.物体放热时，物体内能一定减小
8．下列各个运动过程中，属于动能转化为势能的是（）
A.从空中匀速下降的跳伞运动员B.向上抛出的小石块
C.拧紧的钟表发条带动指针走动D.滚摆急速下落
13．下面现象中，属于内能转化为机械能的现象是（）
A、两决块相互摩擦，冰块熔化B、水蒸汽推动活塞做功
C、压缩气体，温度升高D、用太阳灶烧水
15．从能转化的观点来看，摩擦生热的现象是（）
A、机械能转化为内能B、内能转化为机械能
C、化学能转化为内能D、内能转化为动能
22．热水和冷水混合时，______水放出热量，一直到热水与冷水的________相同时为止。
23．物体的温度升高，表明物体的内能_________,物体内大量分子无规则运动的速度__________（填“变”“增大”或“减小”）
28．火柴可以擦燃，也可以放在火上点燃，前者是用___________的方法使火柴燃烧，后者是用___________的方法使它燃烧。
37.火柴可以擦燃，也可以放在火上点燃，前者是用__________的方法使火柴燃烧，后者是用__________的方法使火柴燃烧，两种方法都可以改变火柴的内能。
二、比热容
例1根据公式c=Q/m△t，判断下列说法中正确的是（）
A、物质的比热容跟它吸收的热量成正比
B、物质的比热容跟它的质量和升高的温度成正比
C、比热容是物质的一种特性，比热容的大小跟它吸收的热量、物体的质量及升高的温度都无关
D、以上说法都不对
例2沿海地区气温的变化为什么比内陆小?
这是因为水的比热容比干泥土的大，在同样受热或冷却的情况下，吸收或放出的热量相同，水的温度变化比干泥土小，因此，在受太阳照射的条件相同时，沿海的气温变化比内陆小。
10．甲乙两物体质量相等,甲物体温度降低20℃,乙物体温度升高15℃时,乙物体吸收热量是甲物体放出热量的2倍,甲乙两物体比热比是（）
A.3:
8B.8:
3C.4:
3D.3:
2
17．在下列几种情况中，比热容会发生变化的是（）
A、20℃的水变成4℃的水B、一块钢板压制成钢锅
C、水结成冰D、把开水倒入冷水中
19.水和煤油吸收的热量相等，水的比热是煤油的2倍,水升高的温度是煤油的1/3倍，则它们的质量之比m水:
m油是（）
A.3:
2B.2:
3C.1:
6D.6:
1
24．现有质量和初温都相等的铝块、铁块和铜块,其比热C铝>
C铁>
C铜，它们吸收相等的热量后,末温最高是______块，末温最低的是______块
38.甲、乙两块金属质量之比是5:
3，当它们吸收相同热量后，升高温度之比是1:
5，则它们的比热之比是____________.
39.质量相同的两块金属甲和乙，甲的比热是乙的3倍，当它们吸收相等的热量时，甲、乙升高温度的比为____________；
当它们升高相同的温度时，甲、乙吸收热量的比为_________．
40.A、B两物体的温度相同，A的质量是B的2倍，A的比热是B的1／4，它们吸收相等的热量后再接触，则热量将从_______物体传递给______物体．
41．在烈日炎炎的夏天，如果你赤脚走在沙滩上，会觉得砂子烫脚；
再从沙滩走入河水中，则感到凉快舒服，这是为什么？
答：
砂子的比热容小于水的比热容；
夏天在相同的日照即吸收相同的热量时，砂子的温度比水的温度升高得快一些；
砂子的温度高，所以烫脚，从砂滩走入水中，水温低于砂子的温度，所以感到凉快舒服。
三、热值与比热容
1、用两个相同的加热器，分别对质量相等的甲、乙两种液体加热，其温度随时间变化的图象如图所示，由图象可知（ ）
A、甲的比热容比乙大
B、甲的比热容比乙小
C、甲和乙的比热容相等
D、开始加热时，甲和乙的比热容为零
2、下列说法中正确的是（ ）
A、一桶水的比热容和一杯水的比热容一样大
B、水壶里的水烧开时，水蒸气把壶盖顶起，机械能转化为内能
C、用锯条锯本板时，锯条发热，锯条的内能减少
D、温度越高的物体．所含的热量越多
3、下列用水的实例中，利用了“水的比热容较大”特点的是（ ）
A、用水浇花B、用水冷却汽车发动机
C、用水发电D、用喷水雾的方法形成彩虹
4．焦碳的热值是3.0×
lO7J/kg，其物理意义是______________________完全燃烧2kg的焦碳放出的热量为__________________J
5.同种物质做成的甲、乙金展块的质量之比为2:
1，降低相同的温度后，
甲、乙两金展块的比热容之比是______________，放出的热量之比是_______________
6.水从2O℃升高到28℃时，水的比热容________________内能_________.（均填变化情况）.
1焦碳的热值是3.0×
lO7J/kg，其物理意义是__________________
7.三口之家分别单独使用不同种类的燃料时平均月消耗量分别为:
木柴约180kg，烟煤约70kg，煤气约50kg，液化石油气约为25m3·
则这几种燃料的热值最高的是（）
A木柴B烟煤C煤气D液化石油气
四、内燃机
1、下图所示是汽油机工作时各种冲程的示意图，其中表示做功冲程的是（ ）
A、
B、
C、
D、
2、汽油机由四个冲程不断循环来保证连续工作．其中将内能转化为机械能的是（ ）
A、吸气冲程B、压缩冲程C、做功冲程D、排气冲程
3、如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ）
A、压缩冲程，将化学能转化成内能
B、压缩冲程，将机械能转化成内能
C、做功冲程，将内能转化成机械能
D、做功冲程，将机械能转化成内能
4、某柴油机燃烧2.4㎏柴油时，对外做的有用功为2.8×
107J，该柴油机的效率为（精确到0.1%）．柴油机吸气冲程，吸入的物质是．（柴油的热值为3.3×
107J/㎏）
5、随着人们生活水平的提高．轿车已逐步进入我国普通百姓家中．已知某国产骄车每行驶100km消耗8L汽油（1L=10-3m3），汽油的密度为0.71×
103kg/m3、热值为4.6×
l07J/kg．则
（1）10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是J．
（2）该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是kg．
（3）当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，它所受到的阻力等于N．
（4）该汽车发动机的效率是%．
6、一汽油机在工作时的能流图如图所示．根据图中的数据计算该汽油机的效率．
7．汽油机和柴油机在构造上相比，汽油机顶部有一个__________，柴油机顶部有一个___________。
一台四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，则此汽油机每秒钟内完成_______个冲程，做了______次功。
五、计算题
1、质量为0.5千克的铝块温度升高了40℃，求铝块吸收的热量Q吸=．【C铝=0.9×
103焦/（千克•℃）】
2、若将2kg的水从20℃加热到70℃，需吸收多少热量？
[c水=4.2×
103J/（kg•℃）]．
3、某太阳能热水器的水箱内装有50kg的水，太阳光照射一段时间后，水温从20℃升高到60℃．水的比热容是4.2×
103J/（kg•℃），焦炭的热值是3．O×
107J/kg．试求：
（1）水吸收的热量是多少？
（2）这些热量相当于完全燃烧多少千克的焦炭？
4、某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧6kg的无烟煤，水的比热为4.2×
103J/（kg•℃），无烟煤的热值是3.4×
107J/kg，试求：
（1）锅炉内200kg的水吸收的热量是多少？
6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？
（2）此锅炉的效率是多少？
课后巩固训练：
下列说法正确的是
A．物体的温度越高，所含热量越多
B．温度高的物体，内能一定大
C．0℃的冰块，内能一定为零
D．温度相同的两物体间不会发生热传递
E．钢水冷却，温度降低，内能一定减少
F．运动速度大的物体内能大
G．物体对外做功其内能一定减小
H．水的温度降低到0℃就会结冰
I．温度相等的一杯水和一桶水的内能相同
J．同一种晶体的熔点和凝固点不同
K．一杯水放在高处比放在低处时具有的内能大
L．给冰加热，冰的温度一定升高
M．把5℃的水放入0℃的房间，水将会结冰
N．物体吸收热量后，温度一定升高
O．任何情况下冰的温度一定低于0℃
P．物体内能增加，一定是吸收了热量
Q．冰在熔化过程中比热容、内能、温度都不变
R．物体在发生物态变化时都要吸热
S．酒精温度计和煤油温度计由于其比热容不同，所以能测量的最高温度也不同的
T．在热机的一个工作循环中，燃气做功四次．
1、质量相同的0℃的水和0℃的冰比较，它们的内能哪个大？
内能大的原因是什么？
多出的这部分能量是以什么形式存在的？
2、小明家楼顶上安装了一台太阳能热水器，水箱中水的质量是120kg，水的比热容为4.2×
103J/（kg.℃），求：
（1）水箱中的水从10℃上升到80℃，需要吸收多少热量？
（2）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，哪些形式的能发生了变化？
3、实验室某玻璃瓶中盛有质量为140g、体积为l.72×
10-4m3的酒精。
已知酒精的热值为3×
107J/kg，水的比热容为4.2×
103J/（kg·
℃）。
试求：
（1）瓶中酒精的密度。
（2）将这些酒精完全燃烧，可放出多少热量？
（3）这些热量能使20kg的水温度升高多少度？
（三）、附加题训练
1、（6分）小宜学习了热学的知识后，知道水的比热为4.2×
℃），他想估算一下自己家中每天烧水、做饭需要的热量，于是他仔细记录了家中每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间”，并把它折算成烧水时间，相当于每天将40kg的20℃水烧开（加热到100℃）。
请计算：
（l）小宜家每天烧水做饭需要多少热量？
（2）如果木柴的热值q为1.2×
107J／kg，从理论上讲小宜家中每天烧水做饭需要多少千克的木柴？
2.（8分）燃气灶是目前许多家庭普遍使用的炉具，而电磁炉则是新一代的智能炉具。
为了比较它们的优劣，小明同学进行了相关调查，得到的有关数据见下表。
燃气灶
电磁炉
热效率
25%
90%
天然气热值
8.0×
107J/m3
额定功率
1000W
天然气价格
2元/m3
市电价格
0.5元/kW﹒h
如果小明家每天做饭、烧水所需热量为8.0×
106J。
若这些热量靠燃气灶提供，需要燃烧多少燃气?
若这些热量靠电磁炉提供，需要消耗多少电能?
你认为这两种炉具各有什么优缺点?
复习及作业
题型4：
综合计算
【例5】某小汽车的“经济耗油量（90
km/h）8
L/100
km”，是指这辆汽车以90
km/h的速度行驶100
km，消耗汽油8
L。
（1）如下图所示，这辆流线型汽车高速行驶时对水平地面的压力（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
在图中O点画出汽车所受重力的示意图。
（2）该汽车在经济耗油量下沿直线匀速行驶25
km，汽车的效率为31.25%。
求：
汽车消耗多少升汽油及汽车的功率。
（汽油热值3.2×
107
J/L）
【例6】如图所示，在青海玉树抗震救灾中，解放军部队某战士用150kW的铲车清理废墟。
若铲车用5s匀速推进了3m，然后将1.5t的建筑废料举高3m装车运走，整个过程是连续的。
若柴油发电机的热效率为34.5%。
已知
（1）在推土过程，铲车受到的阻力。
（2）在举高过程，铲车所做的功。
（3）整个过程消耗柴油多少千克？
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