第十二章內能與熱機-知識點精講精練-滬粵版九年級上冊

【學習目標】

1、內能、熱量的概念，影響內能的因素，改變內能的途徑；

2、比熱容的概念、單位、意義及其應用；

3、熱量的計算；

4、熱機的工作原理及能量轉化過程；

5、燃料的熱值及熱機效率。

【知識網絡】

【要點梳理】

要點一、內能

1、內能：把物體內所有的分子動能與分子勢能的總和叫做物體的內能。

2、單位：焦耳，符號J。

3、改變內能的方式：做功；熱傳遞。

要點詮釋：

1、同一個物體，它的溫度越高，內能越大。物體內能的大小，除與溫度有關外，還與物體的體積、狀態、質量等因素有關。

2、一切物體都有內能。

3、內能與機械能的區別：

物體的內能大小與物體內部分子的熱運動以及分子間的相互作用情況有關，是物體能量的微觀表現；物體的機械能則與整個物體的機械運動情況及相對位置有關，是物體能量的宏觀表現。物體的內能在任何情況下都不會為零（因為分子不停地做無規則運動總有動能），而物體的機械能可以相對為零。所以內能和機械能是兩種不同形式的能量。

4、(1)對物體做功，物體的內能會增加。

①實驗： 如下圖所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒裡放一小團蘸了乙醚的棉花，把活塞迅速壓下去，可以看到棉花燃燒起來了。這是因為活塞壓縮空氣做功，使空氣的內能增加，溫度升高，達到了棉花的燃點，使棉花燃燒。

②結論：對物體做功，物體的內能會增加。

(2)物體對外做功，本身的內能會減少

①實驗： 如下圖所示，大口玻璃瓶內有一些水，水的上方有水蒸氣。給瓶內打氣，當瓶塞跳出時，可以看到容器中出現了霧，這是因為瓶內的空氣推動瓶塞做功，內能減小，溫度降低，使水蒸氣凝成小水滴。

②結論：物體對外做功時，本身的內能會減小。

(3)總結：對物體做功，物體的內能增加；物體對外做功，本身的內能會減小。

要點二、熱量

1、定義：把物體在熱傳遞過程中內能改變的多少叫做熱量。

2、單位：焦耳，符號是J。

3、實質：能量(內能)從高溫物體傳到低溫物體或者從同一物體的高溫部分傳到低溫部分的過程。(也就是說內能在物體間的轉移，能的形式並未發生變化)

要點詮釋：

熱量、溫度和內能：

「熱量不能含、溫度不能傳、內能不能算」

（1）熱量是一個過程量，只有發生了熱傳遞過程，有了內能的轉移，才能討論熱量問題。所以物體本身沒有熱量，不能說某個物體具有多少熱量，更不能比較兩個物體熱量的大小。

（2）內能是一個狀態量，但是它具有不可測量性，所以不能說物體具有多少的內能。

（3）在熱傳遞過程中，熱量從高溫物體傳到低溫物體，而不能說將高溫物體的溫度傳遞給了低溫物體。

（4）溫度、內能、熱量是熱學中三個重要的物理量。它們之間既有區別，又有聯繫。熱量的大小與物體內能的多少、物體溫度的高低沒有關係。

要點三、熱值

1、概念：把某種燃料完全燃燒時所放出的熱量與燃料質量的比叫做這種燃料的熱值。

2、符號：q

3、單位：J/kg

4、公式：Q=mq

要點詮釋：

熱值是反映燃料燃燒釋放熱量的本領大小的物理量，所謂「完全燃燒」是指全部燒完燒盡的意思，即燃料的燃燒必須是與充足的氧氣發生完全氧化反應，這是一個理想的燃燒過程，在實際中是難以實現的，所以由Q=qm計算出的理論值與實際有較大的差異（與實際燃燒條件有關）。熱值是燃料本身的一種特性，同種燃料的熱值不隨燃燒充分與否而變，不隨燃料質量的大小而變，即每種燃料都有一個確定的燃燒值，不同燃料的燃燒值一般不同。

要點四、比熱容

1、比熱容：比熱容在數值上等於單位質量的某種物質，溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量。

2、物理意義：表示物質的吸、放熱性能。

3、單位：J/(㎏·℃）。

4、熱量的計算：

（1）吸熱公式：Q吸=cm(t-t0)

式中Q吸表示物體吸收的熱量，c表示物質的比熱容，m表示物體的質量，t0表示物體原來的溫度，t表示物體後來的溫度。（t-t0）表示溫度的升高量。

（2）放熱公式：Q放=cm(t0-t)

式中（t0-t）表示物體溫度的降低量。

要點詮釋：

1、比熱容是物質本身的一種性質，

（1）同種物質在同一狀態下的比熱容與其質量、吸收（或放出）熱量的多少及溫度的改變無關。

（2）同一種物質在不同的狀態下比熱容不同，如冰、水的比熱容是不同的。

2、水的比熱容比較大，是4.2×103J/(㎏·℃）。主要表現：

（1）由於水的比熱容較大，一定質量的水升高（或降低）一定的溫度吸收（或放出）的熱量較多，我們用水作為冷卻劑和取暖用。

（2）由於水的比熱容較大，一定質量的水吸收（或放出）較多的熱量而自身的溫度卻改變不多，這一點有利於調節氣候。夏天，太陽曬到海面上，海水的溫度升高過程中吸收大量的熱，所以人們住在海邊並不覺得特別熱；冬天，氣溫低了，海水由於溫度降低而放出大量的熱，使沿海氣溫降得不是太低，所以住在海邊的人又不覺得特別冷。

要點五、熱機

1、熱機：將燃料的化學能通過燃燒轉化為內能，然後通過做功，把內能轉化為機械能。

2、汽油機：是用汽油作燃料，使汽油在機器內部燃燒，從而將內能轉化為機械能的一種熱機。

3、汽油機的工作原理：

（1）汽油機工作時，活塞在氣缸裡做往復運動，活塞從氣缸的一端運動到另一端叫做一個衝程（也叫行程）。

（2）汽油機的四個衝程：吸氣衝程、壓縮衝程、做功衝程、排氣衝程。

（3）在四個衝程中，只有做功衝程是將內能轉化為機械能，其他三個衝程均為輔助衝程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來完成動作。

（4）汽油機的工作過程：

要點詮釋：

汽油機和柴油機的異同點

【典型例題】

類型一、基礎知識

1、有關燃料燃燒及燃料的熱值，下面說法正確的是（　　）

A．燃料燃燒的過程中內能轉化為化學能

B．燃料的熱值越大，燃燒過程中放出的熱量越多

C．燃料的熱值與燃料的燃燒情況有關

D．以上說法均不正確

【思路點撥】熱值是燃料的一種特性，它只與燃料的種類有關，與燃料的質量、燃燒程度等均無關。

【答案】D

【解析】A、燃料燃燒的過程中，是將化學能轉化為內能的過程，故A錯誤；

B、燃料燃燒放出的熱量與是否完全燃燒、燃料的熱值和質量都有關係，因此熱值大的燃料不一定放出的熱量多，故B錯誤；CD、燃料的熱值只與燃料的種類有關，與燃料的燃燒情況無關，故C錯誤，D正確。故選D。

【總結升華】本題考查了學生對燃料熱值是燃料特性的理解與掌握，是經常考的題型，充分理解「熱值只與燃料的種類有關，與燃料的質量、燃燒程度等均無關」。

舉一反三：

【變式】燒開同樣一壺水，完全燃燒的幹木材與完全燃燒的無煙煤質量不同，是因為幹木材和無煙煤具有不同的（　　）

A．熱值 B．比熱容 C．內能 D．熱量

【答案】A

2、（2020當塗縣三模）關於溫度、熱量和內能，下列說法正確的是（　　）

A．溫度高的物體內能一定大，溫度低的物體內能一定小

B．物體的內能與溫度有關，只要溫度不變，物體的內能就一定不變

C．物體的溫度越高，所含熱量越多

D．內能小的物體也可能將熱量傳遞給內能大的物體

【思路點撥】（1）一切物體都有內能，物體的內能與溫度、質量和狀態有關；（2）晶體在熔化時，吸收熱量，但溫度不變，內能增加；（3）熱量是指在熱傳遞過程中傳遞能量的多少，不能說含有多少熱量；（4）熱傳遞的條件：有溫度差。

【答案】D

【解析】A、因為內能與溫度、質量和狀態有關，故A錯誤；B、晶體熔化時，溫度不變，如冰熔化時，溫度不變，但內能增加，故B錯誤；C、物體溫度越高，內能越多，不能說含有的熱量越多，故C錯誤；

D、熱傳遞的條件是有溫度差，因此內能小的物體可以將熱量傳遞給內能大的物體，故D正確；故選D。

【總結升華】本題主要考查學生對：溫度、內能與熱量關係，以及熱傳遞的條件的了解和掌握。

舉一反三：

【變式】以下說法正確的是（ ）

A、物體的溫度升高，內能一定增加。

B、物體的內能增加，溫度一定升高。

C、物體吸收熱量，內能一定增加。

D、物體內能增加，一定吸收了熱量。

【答案】A

3、質量不同，初溫相等的大、小兩個鐵塊，吸收了相等的熱量後將它們接觸，則（　 ）

A、內能從質量大的鐵塊傳遞到質量小的鐵塊上　

B、內能從質量小的鐵塊傳遞到質量大的鐵塊上

C、大小兩個鐵塊之間沒有發生熱傳遞　

D、條件不足，無法判定

【思路點撥】（1）初溫相同、吸收熱量相同的兩個鐵塊，質量大的升高的溫度小；（2）溫度不同的兩個物體相互接觸會發生熱傳遞。

【答案】B

【解析】物體之間能不能發生熱傳遞，要看物體之間是否存在溫度差。當大、小兩個鐵塊吸收了相同的熱量後，要分析它們的末溫是否相同，這要根據公式去分析，設大、小鐵塊的質量分別為m1 和m2 ，吸熱後的末溫分別為t1 和t2 ，又知初溫相同，即t01=t02 ，吸收的熱量相同，即Q吸1=Q吸2 ，

由於是同種物質，比熱相同，所以

又m1>m2 ，所以由以上各式解得t1<t2 ，即小塊鐵比大塊鐵的末溫高，所以會發生傳遞，並且熱量從溫度高的小鐵塊傳向溫度低的大鐵塊。

【總結升華】本題考查了比熱容的概念、熱平衡方程、熱量公式，能確定甲乙兩金屬塊的末溫關係是本題的關鍵。

舉一反三：

【變式】質量為2kg的水，溫度由30℃升高了50℃，吸收多少熱量？

【答案】4.2×105J

【解析】由Q吸=cm(t-t0)可知。物體升高溫度t-t0=50℃，而原來的溫度30℃在本題中無實際意義。

4、如圖所示為四衝程內燃機四個衝程的示意圖，箭頭表示活塞的運動方向。請你結合氣門的位置做出判斷，其正確的工作順序是（ ）

A．甲、丁、乙、丙　　

B．乙、丙、丁、甲

C．丙、甲、乙、丁　　

D．丁、甲、丙、乙

【答案】D

【解析】吸氣衝程進氣門打開，活塞向下運動；壓縮衝程，氣門關閉，活塞向上運動；做功衝程，氣門關閉，活塞向下運動；排氣衝程，排氣門打開，活塞向上運動。

【總結升華】根據活塞和氣門的情況來判斷內燃機的衝程。

舉一反三：

【變式】（2020廣東模擬）某四衝程汽油機的轉速為3000r/min，則（　　）

A．該汽油機每秒鐘對外做功50次

B．該汽油機每秒鐘活塞完成50個衝程

C．圖中是壓縮衝程，機械能轉化為內能

D．圖中是做功衝程，內能轉化為機械能

【答案】D

類型二、知識運用

5、（2019春江蘇校級月考）原來溫度相同的銅和鉛，其比熱容之比是3：1，質量之比是2：3，現對它們分別加熱，使其吸收相等的熱量，然後接觸（接觸時，熱量無損失），則（　　）

A．熱量由鉛傳給銅 B．溫度由銅傳給鉛

C．熱量由銅傳給鉛 D．不發生熱傳遞

【答案】A

6、一汽車在平直公路上以20m/s的速度勻速行駛，所受阻力為500N，平均每小時耗油5L，求發動機效率為多少？（油的密度是0.7×103kg/m3，油的熱值為4.6×107J/kg）

【思路點撥】利用力做功公式W=Fs求出所做的有用功；利用燃料燃燒放熱公式Q=mq求出總能量；再利用求出效率。

舉一反三：

【變式】一臺汽油機工作時的功率為P，在t時間內燒掉汽油的質量為m，如果汽油的熱值是q，則這臺汽油機的效率是__________，這段時間做的額外功是_________。