12.内能与热机（知识点精讲+考点梳理+难度分层真题练）-2024-2025学年沪粤版物理九年级上册

12.1 认识内能 课程主题：内能 知识点1、内能 概念 构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。 单位 焦耳（J），各种形式能量的单位都是焦耳。 类比 影响因素 宏观 温度 质量 状态（体积） 种类 微观 分子平均动能 分子个数和种类 分子势能 分子质量 拓展 （1）一切物体都有内能，内能是指物体的内能，不是分子内能，单独考虑一个分子的动能和势能是没有意义的。 （2）一个物体任何情况下都具有内能，原因：物体内部的分子永不停息地做无规则运动。例如，常压下液氮温度零下196℃,仍具有内能。 （3）一切物体都具有内能，但不一定具有机械能 拓展小专题：内能与机械能的区别和联系 主题 内能与机械能的区别和联系 项目 内能 机械能 概念 构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和 整个物体所具有的动能和势能的总和 影响因素 物体温度、体积、质量、状态、种类 物体质量、速度、高度（或弹性形变程度） 研究对象 微观世界的大量分子 宏观世界的所有物体 存在条件 永远存在 运动、在高处或发生弹性形变 联系 物体的内能与运动状态无关，一切物体在任何情况下都有内能，具有机械能的物体同时一定具有内能，但是具有内能的物体不一定同时具有机械能 知识点2、改变内能的方式 方式 热传递 做功 图示 煤炉烧水 哈气暖手 物理退烧 现象总结 使温度不同的物体相互接触，低温的物体温度升高，高温的物体温度降低，这个过程叫热传递。 在热传递过程中，传递能量的多少叫作热量，热量通常用字母Q表示。 甲：硝化棉会燃烧。原因是活塞压缩玻璃筒内的空气，对筒内的空气做功，使空气的内能增加，温度升高，达到硝化棉的燃点。 乙：塞子跳起，瓶内出现白雾。原因是水蒸气对塞子做功，内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴。 结论 热传递和做功都可以改变物体的内能 实质 内能的转移 对物体做功 物体对外做功 内能与其他形式的能之间的相互转化 条件 物体间存在温度差，能量从高温物体传递到低温物体，直到两物体温度相同为止 外界对物体做功，物体内能增加。物体对外界做功，物体内能减少。 方式 热传导、热对流、热辐射 压缩体积、摩擦生热、锻打、弯折物体等 气体膨胀 拓展小专题：热传递的三种形式 主题 热传递的三种形式 形式 热传导 热对流 热辐射 图例 区别 热传导是热能从高温向低温部分转移的过程（接触）；热对流是热量通过流动介质传递的过程（密度）；热辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象（非接触） 知识点3、温度、热量和内能的关系 物理量 概念或意义 特点 描述用语 相互关系 温度 物体的冷热程度，是内能大小的宏观表现之一 状态量 升高、升高了降低、降低了 一个物体温度升高，内能增大，可能吸收了热量；温度降低，内能减小，可能放出了热量 热量 热传递的过程中，传递能量的多少 过程量 吸收、放出 一个物体吸收热量，内能增大，温度可能升高；放出热量，内能减小，温度可能降低 内能 物体内所有分子无规则运 动的动能和分子势能的总 和 状态量 增大、变大减小、变小 一个物体内能增大，温度可能升高，可能吸收了热量；内能减小，温度可能降低，可能放出了热量 备注 热量是过程量，用“吸收”或“放出”来表达，而不能用“具有”或“含有”表述。如果物体之间没有温度差，就没有热传递，就没有能量的转移，也就不存在“热量”。 辨析 物体的温度改变，其内能一定改变；物体的温度不变，内能可能改变，例如晶体的熔化和凝固过程 物体的内能改变，温度可能不变，例如液体的沸腾过程 物体温度升高，内能一定增加，可能从外界吸收热量，也可能外界对其做功 物体从外界吸收热量，温度可能不变，但内能一定增加。 课程主题：比热容 知识点1、物体吸放热性能 理解 同种物质构成的物体，吸收或放出热量的多少，与物体质量的大小和温度变化多少有关 物体由于吸收或放出热量而使其温度变化的过程，实质是能量转移的过程 实验探究 器材 天平、停表、相同规格的温度计两个、适量的水和食用油（质量相等）、相同规格的烧杯两个、相同规格的电加热器两个。 图示 结论 质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同 细节 使用玻璃棒（搅拌器）的目的是使液体受热均匀，温度能的示数能准确反应液体温度的变化，实验过程中要不停地对所加热的液体进行搅拌。 重点突破 电加热器相同时间内放除的热量是一定的，当它浸没在液体中时，可以认为液体相同时间内吸收的热量相同 转换法 相同的加热器，通过加热时间的长短反应吸收热量的多少。 知识点2、比热容 定义 比热容是描述物质吸热本领的物理量，一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，叫作这种物质的比热容，用符号c表示 单位 J/(kg·℃),读作“焦每千克摄氏度” 物理意义 水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),表示1kg的水温度升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量为4.2×103J 理解 比热容是物质的一种特性，它与物质的种类和状态有关。同种物质，状态不同，其比热容也不同，例如水的比热容是冰的2倍 比热容表 水4.2×103 酒精2.4×103 沙石0.9×103 水银0.9×103 冰2.1×103 煤油2.1×103 铝0.88×103 铜0.39×103 水的比热容 原理 水的比热容比较大，质量相同的水和其他物质相比，在吸收或放出相同热量的情况下，水的温度变化要小一些。 现象应用 ①白天沿海地区比内陆地区升温慢，夜晚沿海地区温度降低也慢。因此，在一年之中，夏季时内陆比沿海炎热，冬季时内陆比沿海寒冷。 ②水比热容大的特点，在生产、生活中经常被利用。一是取暖（北方集中供暖），二是散热（汽车发动机循环水）；三是调节气候（修建内湖） 图示 水取暖器 汽车发动机水循环冷却系统图示 知识点3、热量的计算 计算公式 Q吸=cm(t-t0)或Q放=cm(t0-t)，通常写作Q=cm∆t 公式解读 吸收的热量=物质的比热容×物体的质量×升高的温度 理解 公式中，c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t0表示物体原来的温度（初温），t表示物体吸热（或放热）后的温度（末温），t－t0表示物体升高的温度，t0－t表示物体降低的温度。 适用范围 公式适用于物态不发生变化时物体温度变化过程中的热量变化计算。如果过程中存在有物态变化，则不能使用该公式。例如，冰熔化成水时，物质的温度没有变化，但熔化过程仍然需要从外界吸收热量。并且冰和水的比热容也不同。 高频易错 一定要把温度变化量∆t与初温t0、末温t区分开。试题中对于它们的说法是有差别的，如“升高到”“降低到”均指的是末温t，而“升高了”“降低了”“升高”“降低”均指的是温度的变化量∆t 解决实际问题 由Q=cm∆t可知，在质量m和温度变化∆t相同时，比热容大的物质吸收（或放出的热量多。 由Q=cm∆t得△t=可知，质量相等的不同物质吸收（或放出）相同热量时，比热 容大的物质温度变化小。 拓展小专题：水温升高问题（计算值与实际值的区分） 主题 水温升高（计算值与实际值的区分） 关键词眼 一个标准大气压 解读 如试题中有补充条件，在一个标准大气压下，须考虑到水的沸点100℃,当水温达到沸点后，继续吸热，温度不变。即末温最终仍为100℃。 假设水的初温为20摄氏度，根据热量公式计算，求出∆t=85℃（此为计算值）。考虑到沸点100℃.实际的温度变化量∆t=80℃,末温t=100℃,而非105℃。 拓展 当水沸腾后，继续吸热，液体温度不变，吸收的热量让物体从液态转化为气态，并且温度越高，汽化现象越明显，汽化吸热，带走的热量越多。 课外延伸 为什么我国夏季多东南风，冬季多西北风？ 我国东南沿海多水，西北多陆地，水的比热容比沙石的比热容大，夏季，在阳光照射下，水和沙石吸收同样的热量，水的温度升高得少，水面附近气温降低，而沙石的温度升高多，地面附近气温较高，热空气密度小而上升，东南的冷空气密度较大而流向西北填补，形成东南风；冬季，陆地和海洋同样散热，水的温度降低得少，而沙石的温度降低得多，气温较低，这样东南的热空气上升，西北的冷空气流向东南填补，形成西北风。 课程主题：热值与热机 知识点1、燃料的热值 定义 在物理学中，把某种燃料完全燃烧时说放出的热量（Q)与燃料质量（m）的比叫做这种燃 料的热值，用符号q表示，定义式为q= 单位 焦每千克，符号是J/kg，气体燃料的热值单位通常用焦每立方米，符号是J/m3 物理意义 无烟煤的热值为3.4×107J/kg，表示的含义：表示1kg的煤在完全燃烧时所放出的热量为3.4×107J。 液化气的热值为4.9×107J/m3，表示的含义：表示1m3的液化气在完全燃烧时所放出的热量为4.9×107J。 理解 ①只有在完全燃烧时放出的热量与其质量之比才是这种燃料的热值 ②燃料在实际生活中很难做到完全燃烧（即燃烧不充分），如果没有完全燃烧放出的热量来计算热值，结果会比实际值小，但不能说明燃料的热值变小 ③热值是一个比值，它与释放的热量和质量无关，仅与燃料的种类有关。 简单计算 拓展小专题：热值和比热容的实验探究细节 探究不同物质的比热容（吸热能力）大小 相同点 ①实验器材规格 ②沙子、水的质量和初温 ③加热器（酒精灯）火力（供热） 不同点 被加热物质的种类 混淆点 被加热物质吸收热量的多少是由加热时间来反映的。 探究不同燃料的热值大小 相同点 ①实验器材规格 ②水的质量和初温 ③燃料的质量 不同点 燃料的种类 混淆点 被加热物质吸收热量的多少是由温度计的示数变化来反映的 区分技巧 ①核心思想：整个实验中只能允许有一个变量不同，哪个变量不同就是探究哪个变量②加热器相同，液体（被加热物质）不同，探究物质的比热容实验。 ③加热器不同，液体（通常都是水）相同，探究燃料的热值 ④区分被加热物质吸收热量的多少关键口诀：相同加热器，相同时间，吸收热量相同 知识点2、热机 热机 定义 利用燃料燃烧释放出的能量做功的机械 原理 应用 蒸汽机、内燃机、喷气发动机等 内燃机 定义 燃料在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机 分类 汽油机和柴油机 汽油机工作过程(四冲程） 过程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 图示 气门 进气门打开排气门关闭 进气门关闭排气门关闭 进气门关闭排气门关闭 进气门关闭排气门打开 活塞 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动 能的转化 机械能→内能 内能→机械能 此过程中曲轴和飞轮转动2周，活塞往复2次，对外做功1次，其中吸气、压缩和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程 拓展 六冲程发动机：在普通四冲程发动机的四个冲程之后，第五个冲程开始的时候，把水喷进炽热的汽缸里面，水马上就变成了高温的蒸汽，体积急剧膨胀，同时汽缸内压强急剧增大，推动活塞再次做功，使每六个冲程中就出现两个做功冲程，而消耗的燃油却没有变化 拓展小专题：飞轮转速小专题 主题 飞轮转速小专题 关系图 技巧 牢记口诀：两转一个工作循环。即飞轮转2r，一个工作循环，而一个工作循环有4个冲程，其中只有做功冲程对外做功。例如2400r/min→40r/s→1s内有20个工作循环，即有20次做功冲程，对外做功20次，且完成80个冲程。 拓展小专题：柴油机的工作原理和汽油机的工作原理的异同 内燃机 项目 汽油机 柴油机 1 不同点 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 2 吸气冲程 吸入的是汽油和空气的混合物 只吸入空气 3 压缩冲程 压缩气体的温度比柴油机的低，压缩冲程末火花塞点火 压缩气体的温度升高，超过柴油的燃点，压缩冲程末喷油嘴喷出雾状柴油 4 做功冲程 柴油机比汽油机做功更剧烈 5 效率高低 低：20%～30% 高：可达45% 6 应用 机体轻便，主要用于汽车，小型飞机等 机体笨重，主要用于拖拉机、载重汽车等 7 点火 点燃时 压燃式 8 相同点 ①都是将内能转化为机械能②都由四个冲程构成一个工作循环 ③排气冲程都排出废气④启动时均靠外力使飞轮转动 课程主题：热效率 知识点1、热效率 定义 有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫作热效率 表达式 热效率= 能量流向示意图 燃料不完全燃烧时能量的流向 内燃机燃料燃烧释放的能量的流向 拓展小专题：燃料热效率的计算 主题 燃料热效率的计算 分类 类型一 若计热量损失，η=×100%，η= mqη=cm∆t或Vqη=cm∆t 类型二 若不计热量损失，则有=，mq=cm∆t或Vq=cm∆t 知识点2、热机效率 定义 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率 物理意义 热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低。因此热机的效率是描述热机性能的一个重要指标 流程图 热机工作时存在能量的转化和转移，具体如下 三类热机的效率： 蒸汽机的效率6%～15% 汽油机的效率20%～30% 柴油机的效率30%～45% 提高效率 拓展小专题：热机效率计算 主题 热机效率计算小专题 原理图和计算公式 η= ×100%η= ×100%或η= ×100% mqη=FS （能量提供F牵引力移动s距离） mqη=Pt （能量维持以功率P运转t时间） 理解 在机械效率、热效率和热机效率的计算中，有用的部分和损耗（或额外）的部分，共同构成热量或机械能的总量 课外延伸 前轮驱动和后轮驱动究竟是前轮驱动好还是后轮驱动好？这个争论已经持续了几十年，至今仍没有一个明确的答案。过去，后轮驱动的汽车占据主导地位，但是到了20世纪70年代后期，前轮驱动的汽车慢慢开始占据主导地位。现在大多数的汽车都是前轮驱动的，而后轮驱动由于其优点又重新开始被许多汽车厂家所采用。 课程主题：内能与热值 内能与热值 【概念辨析】【速练篇】 例题1．下列说法正确的是_____________________________。 A．温度为0℃的物体没有内能； B．一切物体，不论温度高低，都具有内能； C．温度高的物体内能一定多； D．温度高的物体，含有的热量一定多； E．物体的内能增加，它的温度一定升高； F．物体的温度升高，一定吸收了热量； G．物体的温度升高，它的内能一定增加； H．物体吸收了热量，温度一定升高； I．两物体温度相同，内能一定相同； J．物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变； K．0℃的冰熔化成的0℃水的过程中，温度不变，内能不变； L．甲物体传递了热量给乙物体，说明甲内能多； M．温度高的物体内能一定大，温度低的物体内能一定小； N．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体； 例题2．下列甲、乙两杯水温度各为40℃、80℃，下列说法正确的是（ ） A．只有加热才能使水升温 B．甲杯中水的内能一定比乙杯中的小 C．乙杯中水的温度降低，水的内能一定减小 D．甲杯中的水分子运动一定比乙杯中的剧烈 例题3．标准状况下氢气热值是1.28×107J/m3，又可表示为1.43×108J/kg．由此可看出（ ） A．同样是氢气，热值可以不同 B．标准状况下体积为1m3的氢气完全燃烧放出1.28×107J的热量 C．1kg氢气的热值是2kg氢气热值的一半 D．氢气作为燃料，燃烧时的产物会严重污染环境 变式．燃烧煤炭易造成环境污染，氢是一种自然界中储量巨大的清洁能源．已知：无烟煤的热值是3.4×107J/kg，氢的热值是1.4×108J/kg．下列说法正确的是（ ） A．燃烧1kg的无烟煤，放出的热量为3.4×107J B．完全燃烧1kg的氢，放出的热量为1.4×108J/kg C．1kg的氢和无烟煤均完全燃烧，氢放出的热量为无烟煤的四倍以上 D．氢和无烟煤均完全燃烧，放出相同的热量，氢的质量为无烟煤的两倍以上 例题4．如图是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图象，则下列说法中正确的是（ ） A．燃料A的热值比B的大 B．燃料质量越大时，其热值越大 C．燃料燃烧越充分，其热值越大 D．燃料热值越大，燃烧效率越高 内能与热值 【经典题型汇编】 1．往大口厚玻璃瓶内装入少量水并塞紧塞子。用气筒往瓶内打气，瓶内的液态水很快减少；当塞子跳出时，看到瓶口有白雾出现，如图所示。下列说法中错误的是（ ） A．往瓶内打气时，压缩气体，瓶内气体内能变小 B．往瓶内打气时，外界对瓶内的气体做了功 C．瓶塞跳出时，瓶内气体对塞子做了功 D．瓶塞跳出时，瓶内气体内能减少，温度降低 2．易优君探究了“不同燃料燃烧的放热能力”，他设计的实验装置如图所示： （1）该实验是通过__________________________________来反映燃料放出热量的多少，实验中要控制水的质量_________（选填“相等”或“不相等”） （2）下表是该实验的设计表格，请把横线部分补充完整 燃料/温度 加热前的水温/℃ 水温的变化/℃ 10g 酒精 10g 碎纸片 （3）实验装罝如下图，图中器件的安装顺序是_______________（选填“由下而上”或“由上而下”）。 （4）通过此实验装置测得的燃料热值与实际相比是偏______（选填“大”或“小”），出现这样情况的主要原因是___________________________________________（写出一点）。 （5）有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，排气更清洁。同样的汽油（如97#）加在T型轿车内热值比加在L型轿车____________（选填“更大”“一样大”或“更小”）。 3．在比较不同燃料热值的实验中，易优君利用完全相同的两套实验装置，分别在燃烧皿中放入质量相同的燃料甲和燃料乙，点燃后，加热质量都为100g和初温都为20℃的水，加热燃烧相同时间后，发现甲加热后的水温度为30℃，另一杯水温为24℃。此时_______（能/不能）说明甲的热值较大，理由是___________________________。 课程主题：比热容 比热容 【速练篇】 1．根据下表提供的数据，以下说法正确的是（ ） 几种物质的比热容 单位：×103J/（kg•℃） 物质 水 酒精 煤油 水银 冰 砂石 铝 铜 比热容 4.2 2.4 2.1 0.14 2.1 0.92 0.88 0.39 A．液体的比热容一定比固体的大 B．质量相等的水和煤油，吸收相等热量后，水的温度变化大 C．质量相等的铝块和铜块，升高相同的温度，铝块吸收的热量多 D．冰的比热容是2.1×103J/（kg•℃）表示1kg冰吸收的热量是2.1×103J 2．在烈日炎炎的夏季，白天海滩上的沙子热得烫脚，但海水却非常凉爽，这是因为水的比热容比沙子的比热容_______（选填“大”或“小”）。将质量相同的铝块和铅块同时放入水中进行加热，经过相同的时间，铝块吸收的热量_______（选填“大于”、“等于”或“小于”）铅块吸收的热量，_______上升的温度较高。[c铝＝0.88×103J/（kg•℃），c铅＝0.13×103J/（kg•℃）] 3．学易姐用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两种物质加热时，根据结果描绘温度﹣﹣时间图象，由图可知，甲物质温度比乙物质温度升高______（选填“快”或“慢”）。甲物质比热容______乙物质比热容（“＞”、“＜”、或“=”）。生活中，汽车发动机是用水做冷却剂的，这是利用了水____________的性质；一杯水倒出一半后，剩下的半杯水的比热容________。（选填“增大”“减小”或“不变”） 4．（1）如图所示是某晶体熔化时温度随时间变化的图象，根据图象可以判断：物体t2时的内能______t3时的内能（选填“小于”、“等于”或“大于”），理由是________________________。 （2）太阳能热水器具有安全、节能、经济和环保等优点，当它吸收太阳能后，水的温度将会升高，这是通过______方式改变了水的内能。某太阳能热水器盛有100kg水，若水温由20℃升高到70℃，则水箱里的水吸收了______J的热量（c水＝4.2×103J/（kg•℃））。 比热容 【易错篇】 1．下列关于物理概念及其的说法正确的是（ ） A．冰的比热容是2.1×103J/（kg•℃）表示1kg冰吸收的热量是2.1×103J B．一台机器的功率为1000W，表示这台机器1s内做的功为1000J C．物体含有内能的多少叫热量 D．一台机器的机械效率是60%，表示这台机器所做的功中有用功比额外功多40% 2．甲、乙两物体质量都为1kg，丙物体质量为2kg，三个物体温度都升高1℃，吸收热量如下图所示，以下说法正确的是（ ） A．乙的比热容与丙的相等 B．甲的比热容比乙的大 C．甲的温度升高1℃，需吸收2000J的热量 D．甲、乙的温度都降低1℃，乙比甲放出的热量多 3．将装有热牛奶的奶瓶放入水中冷却，如图甲所示，根据测得的数据，作出牛奶和水的温度随时间的变化图象，（如图乙），其中A是________的图象。在第10min时，牛奶和水之间_______（选填“发生”或“不发生”）热传递。由图象中的信息_________（选填“能”或“不能”）得出水的比热容比牛奶的大。 比热容 【经典题型汇编】 【t初、t末和 ∆t 的区分】例题 1．水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），将4kg的水倒掉一半，剩下水的比热容是______________J/（kg•℃）；初温为30℃、质量为2kg的水吸收2.1×105J 的热量后温度将升高_______℃。升高到_______℃。若在一标准大气压下，初温为80℃、质量为2kg的水吸收同样 2.1×105J 的热量后温度将升高_______℃。升高到_______℃。 【提示】留意题干中的“一个标准大气压” 变式．某公园内有一人工湖，湖水质量为1.0×107kg，若水温升高0.9℃，则湖水吸收的热量为______J，若这些热量被等质量的沙石吸收，则沙石升高的温度为______℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），c沙石＝0.9×103J/（kg•℃）] 【比例问题】例题 2．质量之比为2：3的甲、乙两种液体，当它们吸收的热量之比为7：5时，升高的温度之比为6：5，则甲、乙的比热容之比为______。若它们放出相等的热量，则降低的温度之比为______。 变式 1．有甲、乙两物体，质量m甲：m乙之比为5：3，比热容 c甲：c乙之比为2：1．如果它们放出相同的热，则它们降低温度之比为______。 变式 2．甲、乙两种金属，比热容之比为 5：2，质量之比为 1：3．吸收相同的热量后，甲、乙升高的温度之比为________。 【热平衡】例题 3．如图所示，将盛有凉牛奶的瓶子放在热水中，通过___________方式改变了牛奶的内能，图乙是300g 牛奶与热水的温度随时间变化的图象，则牛奶在加热过程中吸收的热量是_______J，水的质量是_______g。【c牛奶＝c水＝4.2×103J/（kg•℃），不计热损失】。 【相同加热器】例题 4．两个相同的容器分别装了质量相同的两种液体，用同一热源分别加热，液体温度与加热时间关系如图所示．根据图线可知（ ） 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，两种液体吸收的热量相同 C．加热时间相同，甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量 D．加热时间相同，甲液体温度升高比乙液体温度升高得多 变式 1．在“比较不同物质吸热能力”的实验中，将甲、乙两种不同的液体分别放入两个相同的烧杯内，用相同的电加热器同时加热，记录相关数据，并绘制出如图所示的图象。（不计热量损失） （1）实验时，选用初温和_______均相等的甲、乙两种液体。 （2）加热10min，甲吸收的热量_______（选填“大于”“小于”或“等于”）乙吸收的热量，甲液体的沸点是_______℃。 （3）实验中可以采取的比较方法是加热相同时间比较___________________。 （4）从图象中可以得出_______（选填“甲”或“乙”）液体吸热能力强，若乙液体是水，则甲液体比热容为______________。 （5）夏天到了，许多人购置了水垫和水枕来防暑降温，水垫和水枕用作制冷剂效果较好，是因为水的________较大，在使用过程中通过_______方式改变了人体的内能。 变式 2．水的比热容比煤油的大，如图所示，用规格相同的两试管分别装上质量相同的煤油和水，隔着石棉网同时对两试管加热．图中的哪一个图象能反映实验情况（ ） “温度计示数”与“加热时间”辨析 【易错篇】 例题 1．如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料质量都是的 10g，烧杯内的液体质量相同． （1）若比较不同燃料的热值： ①应选择_________两图进行实验； ②完全燃烧燃料放出热量的多少，是通过____________来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）； ③通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏_______（大/小），主要原因是： _____________________。 （2）若比较不同物质的吸热本领： ①应选择__________两图进行实验； ②不同物质吸热的多少是通过________________ 来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）； ③实验中，在______________________ 时，加热时间越长，吸热本领越强；若加热相同时间，物体升高的温度越大，吸热本领越_________。 ④关于在该实验的过程中，下列做法和要求中一定需要的有___________（多选）。 A．使用相同的烧杯 B．液体升高相同的温度 C．烧杯中分别装入相同体积的不同液体 D．相同质量的燃料 E．液体吸收相同的热量 F．加热时火焰大小尽量相同 变式．如图甲所示是“比较水和煤油吸热升温特点”的实验装置。 （1）加热过程中，水和煤油吸热的多少是通过________________来反映的（填“温度计示数”或“加热时间”）。 （2）关于该实验的变量控制，下列要求中不正确的是__________（填字母） A．采用相同的加热方法 B．使用相同的烧杯 C．水和煤油的初温一定相等 D．烧杯中分别装入相同体积的水和煤油 （3）学易姐用同一个加热装置分别给质量和初温都相同的水和煤油加热，分别记录加热时间和升高的温度，根据记录的数据作出了两种液体的温度（T）随时间（t）变化的图象（如图乙所示）。 ①根据图象，给水和煤油加热相同的时间时，________升高的温度高一些；要使水和煤油升高相同的温度，应给__________加热更长的时间，这说明__________的吸热能力强些。 T-t图像求未知液体比热容 【区分篇】 例题．易优君用同一个加热装置分别给质量和初温都相同的水和煤油加热，分别记录加热时间和升高的温度，根据记录的数据作出了两种液体的温度（T）随时间（t）变化的图象（如左下图所示），已知水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），则煤油的比热容是____________J/（kg•℃）。 变式 1．在“比较不同物质吸热能力”的实验中，将初温和质量都相同的甲、乙两种不同的液体分别放入两个相同的烧杯内，用相同的加热器同时加热，记录相关数据，并绘制出如右上图所示的图象。（不计热量损失）则加热5min，甲吸收的热量_______（选填“大于”、“小于”或“等于”）乙吸收的热量．若两种液体中有一种是水，则另外一种液体的比热容等于_________J/（kg•℃）。[c水=4.2×103J/（kg•℃）]。 变式 2．学易优物理兴趣小组的同学在研究“沙子和水谁的吸热本领大”时，选用了两只完全相同的酒精灯分别给质量都是200g 的沙子和水加热．他们绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图象如图所示．水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），那么请问：（1）图中_____（“a”或“b”）是水吸热升温的图象；（2）加热满2min 时，水吸收了多少热量？（3）试求出沙子的比热容。 热学实验细节关注 【挑战篇】 例题 1．比较酒精和碎纸片这两种材料的热值，易优君用图甲所示的装置进行实验，图中燃烧皿、烧杯a、b温度计均完全相同，烧杯中盛有相同质量的水。实验时，分别点燃放在两个燃烧皿中的酒精和碎纸片，通过石棉网给烧杯加热，直至酒精和碎纸片完全烧尽。 燃料 加热前水温 t1/℃ ① 10g 酒精 ② （1）易优君设计了一张记录实验数据的表格，其中①②两项内容漏写了，请你帮他补充完整。 （2）在实验时，易优君发现两支温度计的示数变化不明显，请你分析导致这种现象的可能原因________________________________________________________（写一条）。为了使两支温度计示数变化明显，请提出你的建议：________________________________________________________________。 （3）实验时，易优君记下了各个时刻 a、b 烧杯中水温，绘制了图乙所示的图象，若热损失相同，则可初步判断_________的热值较大。 变式．有两套相同装置。分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料，点燃后加热质量相等的同种液体，通过比较燃料__________________（选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”）后温度计示数的变化，来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧，__________转化为内能，用比热容________的液体可以使实验现象更明。（实验中液体没有沸腾） 【讨论】还有无其他方式使实验现象更明显？ 例题 2．易优君学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图甲、乙所示的装置进行实验，记录结果见表： 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 煤油 25 100 菜籽油 20 100 （1）为了保证实验结论可靠，易优君选择了两套相同装置，在实验中除了要控制甲乙装置中两烧杯内水的质量相等，还要控制煤油和菜籽油的______相同。 （2）实验测的数据如表（无读数错误）：根据数据______（能/不能）得出煤油与菜籽油热值的大小关系。 （3）实验中不足之处可能是______________________________造成的。 （4）易优君同学纠正实验中不足之处后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知，于是他想利用这种实验测算出煤油的热值，除了图中装置外，那么易优君还要使用的测量仪器是______。利用此实验方法计算出的热值将比真实值______（偏大/偏小）。 变式．用如图所示的装置，先后加热初温、质量均相同的水和煤油，比较两种液体比热容的大小，多次实验表明：要让水和煤油升高相同的温度，水需要的加热时间更长，以下关于该实验操作及分析错误的是（ ） A．水比煤油的比热容大 B．加热时用玻璃棒不断搅拌，是为了水和煤油受热均匀 C．实验中可以不使用温度计，让水和煤油都沸腾后再比较加热时间 D．相同质量的水和煤油，若吸收相同热量后．煤油比水升高的温度大 课程主题：热机和热效率 热机和热效率 【速练篇】 1．甲、乙两汽车的额定功率分别是8kW和10kW，甲、乙两汽车的发动机工作效率分别是30%和26%。下列有关说法正确的是（ ） A．甲比乙输出的机械能多 B．乙比甲输出的机械能多 C．乙换成热值大的燃料可提高效率 D．消耗相同多的同标号汽油，甲输出的机械能比乙多 2．下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充正确的是（ ） A．①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能 B．①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能 C．①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能 D．①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能 3．如右图四个实验中，其能量转化方式与左图所示汽油机对应冲程类似的是（ ） A．电火花发生器点火后将盒盖顶出 B． 滚摆向下运动 C．向下压缩空气引火仪 D． 酒精灯加热杯中冷水 4．涡轮增压发动机能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率，增加的涡轮增压器通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧做功能力．根据上述信息，下列说法中正确的是（ ） A．涡轮增压器可以提高燃油的热值 B．涡轮增压发动机的做功冲程是将机械能转化为内能 C．涡轮增压发动机选择水散热是利用水的比热容大的原理 D．涡轮增压器压缩气体时对气体做功，气体的内能不一定变大 5．汽车发动机工作时，当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率________（选填“升高”、“不变”或“降低”）；发动机散热器常用水做冷却剂，是因为水的________大，这是通过________的方式减少汽缸内能的；若发动机里的汽油用掉了一半，剩余的一半汽油热值________，比热容________（后两空均选填“变大”“变小”或“不变”）。 6．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，立刻向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速________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”），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________。 7．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给20kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了1kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤的热值约为3×107J/kg，求： （1）煤完全燃烧产生的热量；（2）经过6min 时间加热，水所吸收的热量；（3）煤炉烧水时的热效率。 功热机和热效率 【易错编】 1．甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是（ ） A．甲热机消耗的燃料多 B．甲热机比乙热机做功少 C．做相同的有用功，甲损失的能量比乙损失的多 D．甲热机的功率比乙热机的小 2．如图所示，在标准大气压下用酒精灯给水加热一段时间后，观察到软木塞冲出试管口。 （1）软木塞冲出管口前的瞬间，试管中水的温度________（选填“大于”“小于”或“等于”）100℃。 （2）软木塞冲出去的过程与汽油机的________冲程相似。 （3）软木塞冲出试管口，水蒸气的内能________（选填“增大”“减小”或“不变”），简述你判断的依据：______________________________________________________。 3．如图是汽油机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为_________。已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧0.5kg 的汽油放出的热量是_________J，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是_________J。 4．已知天然气的热值为4.2×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（ kg•℃）。 （1）完全燃烧0.08m3天然气可放出热量为____________J． （2）某天然气灶烧水的效率为50%，完全燃烧0.08m3天然气可使初温25℃、5kg的水温度升高到_____℃．（当地气压为一个标准大气压） 热机与热效率 【经典题型汇编】 【热机转速】例题 1．某四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则这台汽油机在1s内对外做功______次。如右图所示是汽油机______冲程，它______依靠飞轮的惯性完成的。（选填“是”或“不是”） 变式 1．如图所示，用力将活塞迅速下压，筒内硝化棉燃烧，该过程的能量转化与汽油机______冲程的能量转化相同。一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1min对外做功______次，汽油机完全燃烧100g汽油可放出____________J的热量。（q汽油＝4.6×107J/kg） 变式 2．汽车行驶在水平地面上，若汽油机飞轮的转速为20r/s，则在1min内汽油机完成_______个工作循环．在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过__________的方式增加物体内能的，但转化得到的内能不可能再转化为机械能，这是因为能量的转化具有_____________性． 【内能热效率】例题 2．由于天气寒冷，吃早饭时妈妈要用热水给学易姐加热250g瓶装牛奶，如图所示，要使这瓶牛奶的温度由10℃最终升高到50℃，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），牛奶的比热容为2.1×103J（kg•℃），不计热量损失，求：（1）牛奶需要吸收多少热量？（2）妈妈至少需要60℃的热水多少千克？（3）若学易姐家燃气灶的热效率是25%，妈妈将质量为1kg，温度为10℃的水加热到60℃．需消耗多少千克燃气？（燃气的热值为4.2×107J/kg） 【机车热效率】例题 3．某汽车发动机的功率为92kw，该汽车以10m/s的速度行驶了10km，消耗汽油10kg。汽油的热值为q＝4.6×107J/kg，求：（1）10kg 汽油完全燃烧放出的热量；（2）发动机做的有用功；（3）发动机的效率。 变式．一辆氢气动力试验汽车10min内在平直路面上匀速行驶了1.2×10 4m，消耗了0.15kg 的氢气．此过程中汽车发动机产生的牵引力为1.0×103N（氢气的热值取1.4×108J/kg ）。则： （1）氢气燃烧产生的热量； （2）汽车的牵引力做的功； （3）汽车发动机的效率． 热机和热效率 【区分篇】 【已知效率η与P=Fv的应用】例题 1．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使 用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20kW。若小汽车行驶过 程中消耗的汽油为20kg，小汽车发动机的效率为30%，汽油的热值 q＝4.6×10 7J/kg．求小汽车在这段路程中：（1）所受的阻力；（2）行驶的路程。 变式．如图所示，是最新一款无人驾驶汽车原型图。汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时，消耗汽油 1.2kg．假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，（已知：汽油的热值为4.5×107J/kg），那么在这段运动过程中：（1）该汽车发动机做的有用功是多少？（2）汽车受到的阻力多大？（3）该汽车的输出功率为多少？ 【太阳能热水器】例题 2．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是易优君家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息，（其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能。）求： 太阳照射时间/h 装水量/kg 吸热板面积/m2 水升高的温度/℃ 水的比热容 /J（kg•℃）﹣1 太阳辐射功率 /J（m2•h）﹣1 10 100 2.5 50 4.2×103 1.68×106 （1）水在10h 内吸收的热量； （2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气；（天然气的热值为8.4×107J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部给水吸收）。 （3）该太阳能热水器的能量转化效率。 热机和热效率 【挑战篇】 例题 1．“五一”假期，小明一家驱车外出旅游。当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时，汽车受到的阻力是整车重的0.08倍，效率为40%。已知汽车整车质量为1375kg，油箱容积 50L。（汽油热值q＝3.3×107J/L，g＝10N/kg），求：（1）这时汽车牵引力做功的功率是多少？（2）该车加一满箱汽油，按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程？ 变式．某新型汽车，它的油箱最大可加40kg 燃油，它行驶时所受阻力的大小与速度的关系见表： 速度 v（m/s） 10 20 30 40 阻力 f/ N 0.3×102 1.2×102 2.7×102 4.8×102 已知汽车发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是30%，汽车使用的燃油的热值为4.5×107J/kg。求： （1）当汽车以20m/s的速度行驶时，汽车发动机的输出功率是多少千瓦？ （2）汽车油箱中加满燃油，这些燃油完全燃烧获得的能量是多少焦？ （3）汽车油箱加满燃油，并且以30m/s的速度行驶时，汽车的最大行驶里程是多少？ 例题 2．如图甲所示，1 标准大气压下，普通煤炉把壶内20℃，5kg水烧开需完全燃烧一定质量的煤，此过程中，烧水效率为28%，为提高煤炉效率，创意小组设计了双加热煤炉，如图乙所示，在消耗等量煤烧开壶内初温相同，等量水的过程中，还可额外把炉壁间10kg水从20℃加热至40℃，q煤=3×107J/kg， c水=4.2×103J/（kg•℃），以上过程中，问：（1）普通煤炉完全燃烧煤的质量有多大？（2）双加热煤炉的烧水效率有多大？ 课程主题：内能与热机综合应用 【挑战】 1．随着生活水平的提高，汽车已经进入百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。汽车应用了许多物理知识，请你解答：（已知汽油的热值为3.2×107J/L、天然气的热值为7.2×107J/m3） （1）汽油机是汽车的“心脏”，其中_______冲程将机械能转化为内能。 （2）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将_______（选填“升高”“不变”或“降低”）； （3）汽车发动机在工作时：发动机的温度会升得很高，通常在发动机外装有水套，汽车发动机用水作为冷却剂的主要原因是___________________________________________。 （4）某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机完成____个工作循环，对外做功____次。 （5）完全燃烧9L汽油放出的热量与完全燃烧_______m3的天然气放出的热量相等。 2．汽车汽油机是由四个冲程的不断循环来保证连续工作的，其中由机械能转化为内能的是______冲程。如图所示为学易姐家新买的一辆小汽车。周末，爸爸开车带着学易姐出去游玩途中，这辆汽车在 1h 的时间内，在水平路面上匀速行驶了72km，消耗汽油6kg。若已知该汽车发动机的功率（即牵引力的功率）为23kw，则该汽车牵引力做功为__________J。汽油的热值为4.6×107J/kg，g=10N/kg，则该汽车的发动机效率___________。 3．在“测滑轮组机械效率”的实验中，易优君先用弹簧测力计测出钩码重力G，按图甲所示组装好器材，拉动弹簧测力计使钩码上升，用刻度尺分别测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，在物体静止时读出拉力的大小F，该表是他记录的一组数据。 钩码总重 G（N） 钩码上升高度h（m） 测力计拉力F（N） 测力计移动距离s（m） 2 0.05 0.4 0.15 （1）该实验的实验原理是__________。 （2）易优君由表中数据计算出滑轮组的机械效率后，发现其中存在不合理之处是，其不合理之处是____________________________________________；结合图甲弹簧测力计放大图，可知易优君的错误是____________________________________________。 （3）同组的学易姐多用了一个相同的滑轮组成了图乙所示的滑轮组来提升相同的钩码时，发现更省力，那么用学易姐的方法测出的机械效率比易优君的将_________（选填“偏大”，“偏小”，“不变”），其原因是_____________________________（不计绳重和摩擦）。 4．如图所示，这是物理学家焦耳设计并制作的实验装置。装置中的两个配重重力不等，释放后大配重下降，小配重上升；通过反复对调左右两个配重，会使动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度上升，实现能量转化。实验中科学家某次测得数据如下： 小配重重力G小＝100N，大配重重力 G 大＝520N，每升降一次配重各自移动的距离 h＝1m，热量计中水的质量m＝500g，升降次数与水温变化的关系： 升降次数 1 2 3 4 5 6 温度变化/℃ 0.2 0.39 0.59 0.78 0.98 1.18 （1）请计算配重升降一次对动叶轮做功是_________J。 （2）水温度升高0.2℃相当于吸收了_________J 的热量。 （3）在该实验中_________转化为_________能，根据第一组数据减小的机械能_________增加的内能（选填“大于”“小于”或“等于”）。 （4）本实验中的误差来源于_______________________________________（写出一条即可）。 （5）焦耳在这个实验的基础上继续研究，率先提出了_________定律。 5．易优君家购买了一辆小汽车，易优君将汽车里里外外看了个遍，发现汽车上许多地方都用到了物理知识，下面就是他思考的问題，请你帮他补充完整： （1）汽车发动机是汽油机，其工作时，将内能转化为机械能的是_________冲程，若单缸四冲程汽油机飞轮的转速是3600r/min，则汽油机每秒内做功_________次。 （2）若轿车以90kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，其速度v与时间t的关系如图所示，则在0～50s 时间内，轿车发动机所做的功为_________J，轿车在运动过程中受到的阻力为_________N。 6．某新型四轮沙滩卡丁车如图所示，其满载时的质量为500kg．该卡丁车满载时在水平沙滩上做匀速直线运动，行驶了10min，共消耗了1.2kg 的汽油，其发动机将汽油完全燃烧释放的热量转化为机械能的效率是25%（q汽油=4.6×107J/kg）。行驶过程中卡丁车所受阻力为其总重力的0.2倍。（g=10N/kg）求： （1）1.2kg汽油完全燃烧释放的热量为多少； （2）这段时间内卡丁车发动机的机械功率是多少； （3）卡丁车匀速行驶的速度是多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $$