作者：物理樂園
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一【知識梳理】
1 知識嚮導
I.熱現象中的基本概念和基本計算
A. 熱量：把物體在熱傳遞的過程中放出或吸收的能量的多少叫做熱量，用符號Q表示。國際單位是焦耳。
熱量是個過程量，只有在物體間發生熱傳遞是才有意義，千萬不要表達成某物體含有多少熱量。
熱值：把1kg的某種燃料在完全燃燒時所放出的熱量叫做這種燃料的燃燒值。用符號q表示。國際單位是焦/千克。
熔化熱：單位質量的某種晶體在熔點變成同溫度的液體時吸收的熱量，叫做這種物質的熔化熱。
汽化熱：單位質量的某種液體變成同溫度的氣體時吸收的熱量，叫做這種物質的汽化熱。
B. 比熱：把單位質量的某種物質溫度升高1℃所吸收的熱量叫做這種物質的比熱容，簡稱比熱，用符號c表示，常用單位是焦/（千克·℃），比熱是物質的一種特性。
C. 熱量的計算：燃料在完全燃燒時放出的熱量，式中代表燃料的質量，單位是千克，代表燃料的燃燒值，單位是焦/千克，代表燃料在燃燒時放出的熱量，單位是焦。
物體在溫度變化過程中吸收或放出的熱量，式中代表比熱，單位是焦/（千克·℃），代表質量，單位是千克，代表溫度的變化，單位是攝氏度。
D. 熱平衡方程：在熱傳遞過程中，若不計熱損失，高溫物體放出的熱量等於低溫物體吸收的熱量，即，如有熱損失，。
熱平衡方程反映了熱傳遞過程中能量是守恆的。
E. 比熱測定
方法：混合法。
儀器：量熱器。
原理：Q放=Q吸
式中角標「高」「低」「高初」「低初」是指高溫放熱物體或低溫吸熱物體相應的物理量。
誤差分析：因為有熱損失，所有混合後的溫度t末與沒有熱損失相比要偏低，從而與沒有熱損失相比較（t末-t初低）偏小，（t高初-t末）偏大，因此實際測量的比熱值c高較真實值偏小，c低較真實值偏大。
II.熱運動 熱機
（1）熱運動是物質的一種運動形式，宏觀物體內部大量微觀粒子（如分子，原子，電子等）永不停息的無規則運動稱為熱運動，它是物質的一種基本運動形式。一個物體或某一系統在熱平衡時的溫度，取決於內部微觀粒子熱運動狀況，熱運動越劇烈，它的溫度就越高。
（2）分子動理論的基本內容：物體是由大量分子組成的；分子在永不停息地做無規則運動；分子間存在相互作用力的引力和斥力。
（3）內能：物體內部所有分子做無規則運動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內能。改變物體內能有兩種方式：做功和熱傳遞。物體內能改變的多少，可以用傳遞熱量和做功的多少來進行量度。
（4）熱機：把燃料燃燒時放出的內能轉化為機械能的機器焦熱機。
內燃機的工作原理：內燃機的基本特點是讓燃料在氣缸內燃燒，生成高溫高壓的燃氣，利用這種燃氣作為工作物質去推動活塞做功。
內燃機完成一個工作循環（吸氣衝程，壓縮衝程，做功衝程和排氣衝程），活塞往復兩次，飛輪轉動兩周，對外做一次功。
壓縮衝程是機械能轉化為內能，做功衝程則是內能轉化為機械能。
釋疑拓展
1.混合法測比熱中實驗誤差的分析
混合法測比熱的核心儀器是量熱器，量熱器的構造是：兩個圓筒A和B，小筒A通常用鋁或銅製作，大筒B一般用陶瓷製作，小筒A放在大筒B內，中間用小木架C將兩筒隔開，如圖（a）和（b）所示。大筒B上有帶兩個小孔的木蓋，分別插入溫度計和攪拌器。量熱器的整體構造使它能夠儘量減少因熱傳遞而出現的熱量散失。
造成實驗偏差的主要原因：其一是裝置不可避免地要與周圍空氣發生熱交換；其二是在粗略實驗中常常忽略小筒與攪拌器吸收的那部分熱量；其三是溫度計讀數不準確等。
為了提高實驗的準確性，需要注意：①跟固體發生熱交換的水量要適中，由於水的比熱較大，倒入小筒中水的質量過大時，水和小筒升高的溫度偏小，溫度計不容易測準確；②小筒中的水一定要淹沒固體，讓固體和水充分發生熱交換，減小熱量散失；③溫度計的玻璃泡不要跟固體接觸，否則示數迅速升高，不是熱平衡後的溫度；④用攪拌器上下攪動，不要橫向攪動，即避免碰壞溫度計的玻璃泡，又符合冷、熱水熱交換的流向。
二【例題解析】
例1 用混合法測金屬塊的比熱時，下列各種不慎操作中，使測得值比真實值可能偏大的是（設選項以外操作均正確，其餘熱損失不計） （ ）
A.從沸水中取出金屬塊時，沒抖淨上面附著的沸水就投入量熱器小筒的水中
B.金屬塊於水混合時，溫度計沒指示最大值就記下數據
C.量熱器小筒中冷水沒能浸沒金屬塊
D.用沸水加熱金屬塊時，沒達到熱平衡就將金屬塊取出
故答案選A。
【訓練1】 在利用混合法測量銅塊比熱容的實驗中，下列情況能導致銅的比熱容測量值偏大的是（ ）
（1）銅塊從沸水中拿出來放入小筒時，不小心帶入了熱水；
（2）用天平測量銅塊質量時，示數偏大；
（3）用量筒測量水的體積後倒入小筒時，沒有倒乾淨；
（4）溫度計在測量冷水的初溫時，示數比真實值偏高。
A(1),(3) B.(1),(2)
C.(3),(4) D.(2),(3)
【答案】A
【訓練2】 在用混合法測定固體或液體比熱容的實驗中，即使操作完全正確，但熱損失仍然存在。考慮到熱量的損失，那麼測出的比熱容數值與其真實值比較，應當 （ ）
（1）一定大一真實值；
（2）一定小於真實值；
（3）只要經過多次測量求平均值，就一定完全等於真實值；
（4）如果被測物體是放熱物質，則測量值一定小於真實值；如果被測物體是吸熱物質，則測量值一定大於真實值。
【答案】D
這類題型的特點是熱交換過程頻繁，參與熱交換的物質雙方的溫度呈現出連續遞增（減）性。解題的基本方法是根據熱平衡列出多個方程，然後求解。破題的關鍵在於理清每一次熱平衡中物質雙方的質量與溫度變化情況。下面通過例題介紹一種相應的分析方法-圖線法。
例2.將一杯熱水倒入冷水中冷水溫度升高10℃，又向容器內倒入同樣一杯熱水，冷水溫度又升高6℃，若再向容器內倒入同樣一杯熱水，則冷水溫度將再升高（不計熱損失）（ ）
A.4.5℃ B.4℃
C.3.5℃ D.3℃
【答案】B
【訓練4】將質量為的一小杯熱水倒入盛有質量為的冷水的保溫容器中，使得冷水溫度升高了3℃，然後又向保溫容器中倒入一小杯同質量，同溫度的熱水，水溫又上升了2.8℃。不計熱損失，則可判斷 （ ）
【答案】A
【訓練5】質量相等的28℃和100℃的水分別裝在甲、乙兩容器中，現將一個溫度為100℃的金屬球放入甲容器，達到溫度相同時，甲容器水溫升高到40℃，然後迅速取出金屬球放入乙容器中，再次達到溫度相同時，乙容器中的水溫是（不計熱量損失和質量損失）（ ）
A.60℃ B.70℃
C.88℃ D.90℃
【答案】D
3 物體狀態變化時的熱平衡過程分析
由於冰是晶體，在吸收熱量融化的過程中，溫度保持0℃不變，所以不能用公式來計算冰融化過程中吸收的熱量。人們從實驗中發現，單位質量的某種晶體在熔點熔化時，從固體完全變成同溫度的液體時吸收的熱量是一定的，稱為晶體的熔化熱，用字母「」表示。據熔化熱的物理意義可知，質量是的某種晶體，在熔點完全熔化成同溫度的液體時吸收的熱量是。同理，液體汽化成同溫度的氣體時吸收的熱量，式中「」表示液體在某一溫度下的汽化熱。
例3 把0℃的冰，50℃的水和100℃的水蒸氣按質量為10:9:1的比例混合，求熱平衡後的溫度。（冰的熔化熱是，水蒸氣的汽化熱是）
【解析】把0℃的冰，50℃的水和100℃的水蒸氣混合後，熱平衡狀態有三種可能：
（1）冰全部熔化完，水蒸氣全部液化完，熱平衡狀態是某一溫度的水；
（2）冰沒有全部熔化完，水蒸氣全部液化完，並和50℃的水一起降溫至0℃；
（3）冰全部熔化完，這些0℃的水和50℃的水一起升溫到100℃，水蒸氣沒有全部液化。所以在解題時要確定熱平衡狀態是哪一種情況。
設冰、水和水蒸氣的質量分別是10m,9m,m。如果冰全部融化完，則
由於上述分析，實際平衡狀態應為：冰全部熔化完，水蒸氣全部液化完，熱平衡狀態是某一溫度的水。設平衡溫度為，則
討論：
（1）若解得，說明冰未完全融化，最後混合溫度為0℃；
（2）若解得，說明水蒸氣未完全液化，最後混合溫度為100℃。
【訓練6】 一個容器內裝有少量0℃的水，如果將容器內的空氣很快抽出，出去蒸發的水外，剩下的水全部凝固成0攝氏度的冰，求容器中冰和水的質量之比。（水在0℃的汽化熱為）
【答案】25:28
【訓練7】 將50g、0℃的雪（可看成是冰水混合物）投入到裝有450g、40℃水的絕熱容器中，發現水溫下降5℃。那麼在剛才已經降溫的容器中在投入100g上述同樣的雪，容器的溫度又要下降（ ）
A.6℃ B.7.5℃
C.9℃ D.10℃
【答案】B
【答案】9.61dm
4.關於混合物吸（放）熱問題的分析
潮溼的泥土相當於水和幹泥土的混合，渾濁的河水相當於水和泥土的混合，鉛錫合金相當於金屬鉛和金屬錫的混合等。混合物吸收或放出的熱量相當於其中兩種物質處於共同吸熱狀態或放熱狀態，滿足等式
式中Q混合、Q1、Q2分別表示混合物、物質1、物質2吸收或放出的熱量。利用上式可以求解兩種物質混合以後的質量，比熱等相關問題。
【解析】潮溼的泥土吸熱或放熱相當於其中的水和幹泥土共同吸熱或放熱。設潮溼泥土的比熱為c，質量為m；幹泥土的比熱為c2
【跟蹤訓練】
【答案】0.19×103
【答案】150g
內燃機的工作過程有四個衝程組成——吸氣衝程、壓縮衝程、做功衝程、排氣衝程。其中在做功衝程中，燃氣在汽缸裡燃燒，體積迅速膨脹釋放出內能並轉化成機械能對外做功。每完成四個衝程叫做一個工作循環，在一個循環中活塞往復兩次、曲軸轉動兩周、燃氣做功一次。
例5 當今世界，研製各種機器都必須考慮節約能源和治理廢氣汙染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多熱量，如果能將這些熱量再利用起來，會使內燃機效率提高許多。某工廠科研人員生產的四衝程專用柴油發動機，就採用了很多新技術，其中重要的一項叫增壓技術，它是利用廢氣渦輪增壓器使排氣衝程排出得高溫高壓的廢氣驅動廢氣渦輪告訴旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統的進氣渦輪也告訴旋轉，從而增加吸氣衝程的進氣量並增大進氣氣壓，使做功衝程中柴油燃燒更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油機效率和較少廢氣汙染的目的。這種柴油機有6個汽缸，汽缸直徑為110mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r/min時，發動機功率為220kW，最低油耗可達240g/(kW·h)，柴油機熱值為4.3×107J/kg。請回答下列問題：
（1）該柴油發動機的效率最高可達多少？
（2）在做功衝程中汽缸的平均壓強是多少？
（3）如果將我國這種機型的汽車柴油發動機都安裝增壓器後，能使它們的平均效率由原來的約31%提高到35%，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節約多少噸柴油？
【訓練11】 190型柴油機汽缸直徑為90mm，活塞衝程為100mm，做功衝程中燃氣的平均壓強為。
（1）求做功衝程中燃氣所做的功;
(2)如果曲軸每分鐘轉2000圈，求此柴油機的功率。
【答案】440.7J，7345w
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