第十四章 内能与热机（复习课件）物理沪科版2024九年级全一册

义务教育教科书 第十四章  内能与热机 单元复习 上海科学技术出版社 单元内容 1. 内能和内能的改变. 2. 内燃机. 3. 比热容概念的理解与应用. 4. 探究不同物质的吸热能力. 5. 温度、内能和热量. 6. 热值与热机效率 7. 有关热量的综合计算 学习目标 1. 了解内能和热量，知道做功和热传递是改变内能的两种途径，能将内能、热量等概念与相关的自然现象联系起来。 2. 能通过实验了解比热容的概念和定义式，会进行简单的吸、放热计算；能运用比热容解释相关的自然现象、解决简单的实际问题。 3. 了解热机的工作原理，知道四冲程内燃机工作时的能量转化；能领内能的利用在人类社会发展中的重要意义。 4. 能从跨学科视角认识燃料的热值、热机效率和环境保护的意义等；能认识热机对社会发展所起的作用和对环境的影响。 重点难点 单元重点 1. 内能和热量的概念，改变内能的两种途径。 2.比热容的概念、应用、热量计算。 3. 燃料的热值和热机的效率。 单元难点 1.比热容概念的建立。 2.用类比的方法建立内能的概念。 3.四冲程汽油机的基本工作原理。 4.热机效率的理解。 知识图谱 一、内能和内能的改变 第十四章  内能与热机 一、内能和内能的改变 一、内能 1. 内能 物体所有分子无规则运动的分子动能与分子势能的总和称为物体的内能。内能是自然界能量存在的一种形式。单位是焦（J）。 2. 影响因素 物体的内能跟物体的温度、质量、状态等因素有关。 考点串讲 一、内能和内能的改变 判断通过哪种方式改变物体的内能是常考内容。解决此类问题的关键： （1）明确改变物体内能的两种途径： 做功和热传递。 （2）弄清二者的根本区别： 做功改变物体内能的实质是内能与其他形式的能（如机械能）的相互转化； 热传递改变物体的内能是内能的转移。 做功改变内能 热传递改变内能 方法技巧 一、内能和内能的改变 （3）对物体做功，物体的内能增加 如柴油机的压缩冲程，活塞压缩气缸内空气，对空气做功，使空气的内能增加，温度升高，是机械能转化为内能。 （4）物体对外做功，物体的内能减少 如汽油机的做功冲程，气缸内的高温高压气体对活塞做功，内能减少，温度降低，是内能转化为机械能。 （5）物体吸、放热时内能的变化 物体吸收热量时内能增加，放出热量时内能减少，发生的是能量转移。内能从高温物体转移到低温物体或从同一物体的高温部分转移到低温部分。 压缩气体做功，内能增加 水蒸气膨胀做功， 内能减小 一、内能和内能的改变 【例题1】热熔钻工艺是在金属薄板上一次加工出孔技术，热熔钻头采用耐磨、耐高温的硬质材料制成。钻头与金属薄板接触时，钻头高速旋转，使钻头和薄板之间剧烈摩擦，用_______（选填“做功”或“热传递”）的方式改变内能，温度瞬间达到几千摄氏度，此过程中______能转化为______能，由于温度超过金属的熔点，钻头附近的金属迅速熔化，钻头继续施加向下的压力，几秒钟就在金属薄板上贯穿一个孔。 内 做功 机械 【解析】 做功可以改变物体的内能，钻头高速旋转，使钻头和薄板之间剧烈摩擦，这是通过做功的方式，使物体内能增大，温度升高，实现机械能转化为内能。 一、内能和内能的改变 【例题2】物理学中，把物体内所有分子动能与______的和叫做物体的内能。如图表示不同时刻某物体内部分子运动情况（箭头越长代表分子运动越快），则____ 时刻物体温度较高，该物体从A 时刻到 B 时刻_____（选填“一定”或“不一定”）是吸收了热量。 不一定 【解析】在物理学中，把物体内所有分子动能与势能的总和叫做物体的内能，一切物体都有内能。 如图表示不同时刻某物体内部分子运动情况，箭头越长代表分子运动的越快，B时刻箭头长，表示B时刻物体内部分子运动的快，物体温度越高，分子运动越剧烈，则B时刻物体温度较高。 做功和热传递都能改变物体的内能，物体B时刻温度高，内能大，该物体从A 时刻到 B 时刻不一定是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功。 势能 B 一、内能和内能的改变 （3）在t2时刻的内能_______t3时刻的内能（选填“大于”、“等于”或“小于”），请说明判断依据：________； （4）在t1时刻的分子排列可能如图2 _____（选填“a”或“b”）。 【例题3】某物质从固态变为液态。图1是该过程物质的温度随时间变化图像，图2的示意图形象反映两种物态下分子排列的特点。 （1）如图1，在温度为0℃时，该物质的内能_______（选填“等于”或“不等于”）零； （2）在t1时刻的分子动能______ t4时刻的分子动能（选填“大于”、“等于”或“小于”）； a 不等于 小于 小于 见解析 一、内能和内能的改变 【解析】（1）任何温度下的物体内能都不等于零。 （2）t4 时刻的温度高，分子热运动更剧烈，分子动能更大，因此t1时刻的分子动能小于t4时刻的分子动能。 （3）t2和t3时刻虽然温度相等，但是熔化过程中在持续吸热，因此t3时刻的内能更大。 （4）t1时刻物质处于固态，分子排布最紧密，分子间距最小，所以可能如图a。 一、内能和内能的改变 【例题4】 在研究“物体内能的改变”时，做了图甲、乙两个实验： （1）如图甲所示，在—个配有活塞的厚玻璃筒里放—小团硝化棉，把活塞______下压。可以看到硝化棉燃烧，这是因为活塞压缩______做功，内能______，温度升高到棉花的着火点，使硝化棉燃烧； （2）如图乙所示，烧瓶内盛少量水，给瓶内打气，当瓶塞跳出时可以看到瓶内出现了“白雾”，这是因为瓶内气体膨胀做功，内能______，温度降低，使水蒸气______形成的； （3）两个实验说明了______可以改变物体 的内能，同时说明了内能和______能可以相互转化。 迅速 气体 增大 减小 液化 做功 机械 一、内能和内能的改变 【解析】 （1）如图甲装置，把活塞迅速下压，可以观察到棉花立即燃烧起来，这是因为活塞压缩气体做功，使空气的内能增大，温度升高，达到了硝化棉的燃点。 （2）用气筒向装有少量水的烧瓶里打气，瓶内气压增大，当气压把瓶塞从瓶口推出时，瓶内气体对瓶塞做功，使气体自身的内能减少，温度降低，受温度降低的影响，瓶口周围的水蒸气液化成小水滴，这些小水滴就是看到的白气。 （3）活塞压缩气体做功，使空气的内能增大，机械能转化为内能；水蒸气冲开瓶塞，水蒸气的内能转化为瓶塞的机械能，两个实验说明了做功可以改变物体的内能，同时说明了内能和机械能能可以相互转化。 二、内燃机 第十四章  内能与热机 二、内燃机 会判断汽油机与柴油机的各冲程的工作情况及能量转化情况。解决此类问题的关键： 1. 四冲程内燃机一个工作循环：四冲程内燃机一个工作循环都由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成。 2. 判断属于哪个冲程的方法：一看进气阀、排气阀的开闭情况；二看活塞的上、下运动情况。 3. 能量转化情况 做功冲程内能转化为机械能，压缩冲程机械能转化为内能；吸气冲程、压缩冲程和排气冲程靠飞轮惯性完成。 考点串讲 二、内燃机 （4）内燃机的转数与做功次数和一个工作循环的关系 （5）有关内燃机的计算问题 做功冲程中燃气对活塞的平均压力 F=pS 一个做功冲程中燃气对活塞做的功 W=Fs 内燃机的功率 P=W/t 考点串讲 【例题1】如图所示，甲、乙是两个演示实验示意图：丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，其中与做功冲程原理相同的演示实验图和表示汽油机将机械能转化为内能的冲程示意图分别是（　　） A．乙、丙 B．甲、丙 C．甲、丁 D．乙、丁     C 二、内燃机 【解析】甲图对试管中的水加热，加快水的蒸发，试管中水蒸气的内能增大、体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能； 乙图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，是将机械能转化为内能的过程； 丙图两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能； 丁图两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，压缩冲程是把机械能转化为内能的过程。 由以上分析可知看出与做功冲程原理相同的是甲图，表示汽油机利用将机械能转化为内能的冲程示意图对应正确的是丁图。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C. 二、内燃机 【解析】在内燃机的做功冲程中，两个气门关闭，活塞下行；排气冲程中，进气门关闭、排气门打开，活塞上行，如图所示。 【例题2】如图，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。请在图乙、丙中画出进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。 二、内燃机 【例题3】下列有关内燃机的说法中不正确的是 （　　） A．单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有吸气冲程、压缩冲程和排气冲程 B．内燃机的大量使用会造成环境污染 C．转速为1800r/min的内燃机每小时对外做功3600次 D．内燃机的做功冲程将内能转化成机械能 C 二、内燃机 【解析】 A．单缸四冲程内燃机工作时，只有做功冲程对外做功，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有吸气冲程、压缩冲程和排气冲程，故A正确，不符题意； B．内燃机的大量使用，会产生较多的尾气，造成环境污染，故B正确，不符合题意； C．一台四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则每小时飞轮的转数是 n= 1800r×60=1.08×105r. 由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，因此该汽油机每小时对外做功的次数为 m=1.08 ×105r/2=54000。 故C不正确，符合题意； D．根据能量的转化特点可知，在内燃机的做功冲程中，是将内能转化为机械能，故D正确，不符合题意。故选C。 二、内燃机 【例题4】如图是某缸四冲程柴油机的示意图，该柴油机的转速是600r/min（每完成一个工作循环飞轮转动2r），活塞的横截面积是0.012m2，做功冲程中，燃气对活塞的平均压强是5×105 Pa，活塞移动的距离是0.3m。求： （1）做功冲程中，燃气对活塞的平均压力； （2）一个做功冲程中，平均压力做的功； （3）柴油机的功率。 二、内燃机 【解析】 （1）做功冲程中，燃气对活塞的平均压力为 F=pS=5×105 Pa×0.012m2=6000N （2）一个做功冲程中，平均压力做的功为 W=Fs=6000N×0.3m=1800J （3）该柴油机的转速是600r/min，即10r/s。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次，所以每秒做功5次，则柴油机的功率为 二、内燃机 三、比热容概念的理解与应用 第十四章  内能与热机 三、比热容概念的理解与应用 1. 比热容的定义 比热容的大小等于一定质量的某种物质在温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和升高（或降低）温度的乘积之比。 公式：c 单位：J/（kg·℃）吸放热公式：Q=cm (t-t0) ＝cmΔt 2. 比热容是物质自身的一种特性 任何物质都有一定的比热容。物质不同，比热容一般不同，比热容与物质种类、状态等有关。 3. 水的比热容大 水的比热容大的特点在日常生活和生产中具有重要应用。如同纬度不同地区的温度差异，同地区早晚温度差大的差异，海陆风的形成。 考点串讲 三、比热容概念的理解与应用 【例题1】两个质量不同的金属块，放出相同的热量时，降低的温度也相同，正确的是（　　） A．两个金属块的比热容有可能相同 B．质量大的金属块的比热容一定大 C．质量大的金属块的比热容一定小 D．质量大的金属块的比热容可能大     C 【解析】 由 c=Q/mΔt可知，金属块的质量不同，放出的热量相同，其变化的温度相同，质量大的金属块的比热容一定小，故ABD错误，不符合题意，C正确，符合题意。故选C. 三、比热容概念的理解与应用 【例题2】炎炎夏日，小梅来到美丽的海滨城市青岛。她发现，在这里白天的风常常从海面吹向陆地，而每到夜晚风却从陆地吹向海面。她利用学过的物理知识进行分析，并画出陆地和海面之间空气流动情况的示意图，如图所示。形成这一现象的主要原因是（　　） A．海水的密度小于砂石的密度 B．海水的密度大于砂石的密度 C．海水的比热容小于砂石的比热容 D．海水的比热容大于砂石的比热容     D 三、比热容概念的理解与应用 【解析】 质量相同的水和沙吸收相同的热量，水的温度变化低于沙石的温度变化，是因为水的比热容大于沙石的比热容；在相同的日晒情况下，沙石上方的空气温度会升得较快，其密度也变得较小而上升，海面上温度较低密度较大的空气会补充过来，从而形成海面吹向陆地的风，而晚上，沙石上方的空气温度下降得较快，其密度也变得较大而下降，海面上温度下降慢且温度较高、密度较小、空气上升，陆地的空气会补充过来，从而形成陆地吹向海面的风，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D. 三、比热容概念的理解与应用 【例题3】下表是一些物质的比热容[单位J/(kg·℃)]，根据表中数据和生活现象，下列判断中正确的是（　　） A．不同种类的物质，比热容一定不同 B．比热容与物质物质的状态无关 C．质量相同、初温相同的铝块和铜块吸收相同的热量，铜块的末温更低 D．沿海地区昼夜温差小，是因为水的比热容较大     D 水 4.2×103 铝 0.88×103 煤油、冰 2.1×103 铁、钢 0.46×103 砂石 约0.92×103 铜 0.39×103 【解析】 A．煤油和冰是不同的物质，但它们的比热容是相同的，故A错误； B．物质的比热容与物质的状态有关，如水和冰的比热容不同，故B错误； C．由Q吸=cm（t-t0 ）知，质量相同、初温相同的铝块和铜块吸收相同的热量，铜的比热容小，铜块的末温更高； D．沿海地区水多，内陆地区水少、沙石多，因为水的比热容较大，由Q=cmΔt可知，白天，相同质量的水和沙石比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的少，使得沿海地区昼夜的温差小，故D正确。故选D。 四、探究不同物质的吸热能力 第十四章  内能与热机 四、探究不同物质的吸热能力 1. 热源的选择：选用相同规格的加热器进行加热，目的是使不同物质在相等时间内吸收的热量相等。 2. 物质的选择：用天平称取质量（不是体积）相等的水和煤油分别倒入两只相同的烧杯中。 3. 控制变量法的应用：控制质量和升高的温度相同，选取两种不同物质，通过比较加热时间的长短来比较不同物质吸热能力的大小。 4. 转换法的应用：用加热时间的长短反映物质吸收热量的多少，加热时间越长的物质，吸收热量越多。 方法技巧 四、探究不同物质的吸热能力 【例题1】利用如图所示的实验装置比较水和食用油的吸热能力，使用相同规格的电加热器分别对质量相同的水和食用油进行加热（不计热量损失）。下列说法中正确的是（ ） A．加热相同的时间，食用油吸收的热量比水多 B．加热相同的时间，食用油升高的温度多，说明食用油的吸热能力强 C．升高相同的温度，食用油比水用时短，说明食用油的吸热能力强 D．食用油的温度升高，内能增大，是用热传递的方式改变内能的     D 四、探究不同物质的吸热能力 【解析】 A．使用相同规格的电加热器加热相同时间，不计热量损失的情况下食用油和水吸收的热量相同，故A错误； B．由公式Q吸=cmΔt可知，相同质量的物质吸收的热量相同时，温度升高得越多，说明该物质的比热容越小，吸热能力越差，食用油升高的温度多说明其比热容比水小，吸热能力比水弱，故B错误； C．升高相同的温度食用油用时比水短，说明加热时间短，吸收的热量更少，由公式Q吸=cmΔt可知，相同质量的物质升高相同的温度时，吸收的热量越小，说明该物质的比热容越小，吸热能力越差，所以食用油的吸热能力比水弱，故C错误； D．加热棒对食用油加热，食用油温度升高，内能增大，这是通过热传递的方式改变了食用油的内能，故D正确。故选D。 【例题2】如图甲所示，小明用相同的酒精灯分别给水和煤油加热，探究水和煤油的吸热能力。[c水=4.2×103J/（kg·℃）] （1）安装调整实验器材时，合理的顺序是 （选填“自上而下”或“自下而上”），实验时还需要用天平称取质量 （选填“相同”或“不相同”）的水和煤油； （2）实验中，加热10min，水吸收的热量 （选填“大于”“小于”或“等于”）煤油吸收的热量；      自下而上 等于 相同 2.1×103 （3）根据实验数据，小明作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图像，如图乙所示。由图像可知，煤油的 比热容是 J/（kg·℃）。 四、探究不同物质的吸热能力 【解析】（1）由于要用酒精灯的外焰加热， 需先根据酒精灯固定石棉网的高度，故应自下 而上安装并调节器材。 根据比较吸热能力的两种方法可知，且根据控制变量法可知，要控制不同物质的质量相同，因此实验要称取质量相同的水和煤油。 （2）相同的加热器，加热相同的时间（10min），放出的热量相同，因此水和煤油吸收的热量相等。 （3）由图乙可知：两种物质加热到98℃，煤油用时10min，水用时20min，煤油吸热为水的0.5倍，根据 可得，在质量和升高温度相同的条件下，比热容与吸热的多少成正比，故煤油的比热容为 四、探究不同物质的吸热能力 【例题3】实验小组设计实验比较水和食用油吸热能力，使用相同的电加热器给水和食用油加热。 （1）小明同学用相同的电加热器对水和食用油加热相同的时间，目的是使水和食用油______________相同，再通过比较水和食用油__________来判断吸热能力的强弱； （2）而小丽同学使水和食用油升高相同的温度，通过比较________来判断吸热能力的强弱； （3）根据实验数据，小明作出了水和食用油的温度随时间变化的图像，由图像可知，水的温度随时间变化的图像是 ____（选填“a”或“b”），食用油的比热 容为___________J/（kg·℃）. 相同时间吸热 加热时间 升高的温度 a 2.1×103  四、探究不同物质的吸热能力 【解析】（1）使用相同的加热器通过加热时间的长短来比较吸热多少，这种方法叫转换法；小明用相同的电加热器对水和食用油加热相同的时间，目的是使水和食用油相同时间吸热相同，再通过比较水和食用油升高的温度来判断吸热能力的强弱。 （2）根据比较吸热能力的方法，小丽同学使水和食用油升高相同的温度，通过比较加热时间（比较吸收热量）来判断吸热能力的强弱。 （3）由水和食用油的温度随时间变化的图像知，升高30℃-10℃=20℃ a所用的加热为6min，b加热时间为3min，a吸热多，故a的比热容大，因水的比热容大，由图像可知，水的温度随时间变化的图像是a。 升高20℃，b加热时间是a的0.5倍，即b吸收的热量是a的0.5倍，根据Q=cmΔt，在质量、升温相同的情况下，故b（煤油）的比热容是 c=0.5×4.2×103 J/(kg·℃)＝2.1×103J/(kg·℃)程 四、探究不同物质的吸热能力 五、温度、内能和热量 第十四章  内能与热机 五、温度、内能和热量 温 度 热 量 内 能 定义 表达 单位 温度、热量与内能的区别 宏观上：表示物体 的冷热程度. 微观上：反映分子 热运动剧烈程度. 在热传递过程中，吸收或放出热的多少，是能量的变化量 物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和 只能说“是多少” 或“达到多少” 只能说“放出” 或“吸收” 只能说“有” 内能总不为0 摄氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J） 考点串讲 五、温度、内能和热量 温度、内能和热量是热学中的三个重要物理量，它们之间的联系是学习热学的难点，也是中考的热点，三个物理量的关系总结如下： 1. 物体吸热且不对外做功时：内能一定增加，温度不一定升高，如冰熔化过程中温度不变。 2. 物体放热且外界不对物体做功时：内能一定减少，温度不一定下降，如水凝固过程中温度不变。 3. 物体温度升高时：内能增加，可能吸热，也可能外界对它做了功。 4. 物体温度降低时：内能减少，可能放热，也可能它对外界做了功。 方法技巧 五、温度、内能和热量 【解析】 A．一切的物体都有内能，0℃的冰块内能不为0，故A错误； B．热量是一个过程量，不能说含有热量，故B错误； C．汽油机做功冲程汽缸内燃气的内能转化为机械能，内能减少，故C错误； D．热量从高温物体传给低温物体，两个发生热传递的物体之间一定存在温度差，故D正确。 【例题1】关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　） A．0℃的冰块内能为0 B．温度高的物体含有的热量多 C．汽油机做功冲程汽缸内燃气的内能增加 D．两个发生热传递的物体之间一定存在温度差     D 故选D。 五、温度、内能和热量 【例题2】生活中常提到“热”字，但其含义各不相同，有温度、热量、内能等含义。请写出下面几种情形中“热”字的含义： （1）“壶中的水被烧热了”，其中的“热”是指___________。 （2）“物体吸热升温”，其中的“热”是指___________。 （3）“摩擦生热”，其中的“热”是指___________。 （4）“今天的天气很热”，其中的“热”是指___________。 内能 温度 温度 热量 【解析】（1） （4）温度指物体的冷热程度，“壶中的水被烧热了”， “今天的天气很热”，其中的“热”是指温度高。 （2）在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量，“物体吸热升温”，其中的“热”是指热量。（3） “摩擦生热”是指克服摩擦中做功，机械能转化为内能，其中的“热”是指内能。 六、热值与热机效率 第十四章  内能与热机 六、热值与热机效率 1. 热值 （1）定义：把某种燃料完全燃烧释放的热量与所用燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。 q= （2）气体的热值：对气体燃料，其热值也可以采用在标准状态下某种气体燃料完全燃烧放出的热量与所用该种气体燃料的体积之比。 q= （3）单位：热值的单位为J/kg（固、液体）、J/m3 （气体） （4）燃料燃烧放热的计算：（固、液） （气体） （5）热值表示燃料的燃烧特性、化学能转化为内能的本领大小。 考点串讲 六、热值与热机效率 2. 热机效率： （1）定义： 做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值称为热机效率。 （2）公式：η （3）提高热机效率的方法：要减少燃烧过程中的热量损失、减少机械传动部分的能量损失. （4）热机造成的环境污染包括两方面：大气污染、噪声污染等。 考点串讲 六、热值与热机效率 【例题1】2024年4月25日，神舟十八号3名航天员顺利进驻中国空间站，两个航天员乘组首次实现“太空会师”。下列说法正确的是（　　） A．火箭发射升空时发动机内的能量转化与汽油机的做功冲程一致 B．火箭燃料燃烧越充分，其热值越大 C．燃料燃烧释放的热量越多，热机效率越高 D．燃料用了一部分后，质量变小，热值变小 A 六、热值与热机效率 【解析】 A．火箭发射升空时，将高温高压燃气内能转化为机械能，汽油机的做功冲程将高温高压燃气内能转化为机械能，所以两种能量转化一致，故A正确； B．热值是物质的属性，大小保持不变，与燃料是否充分燃烧无关，故B错误； C．热机效率是热机做有用功部分占燃料燃烧释放的热量之比，所以燃料燃烧释放的热量越多，做有用功部分比例不一定增大，故热机效率不一定高，故C错误； D．热值是物质的属性，热值大小保持不变，所以燃料用了一部分后，质量变小，热值不变，故D错误。故选A. 六、热值与热机效率 【例题2】1月9日，长征七号A运载火箭在文昌航天发射场点火发射（如图所示），将实践二十三号卫星送入预定轨道，中国航天实现2023年“开门红”。下列有关说法正确的是（　　） A．火箭发射时出现的大量“白气”是汽化现象 B．火箭使用液氢做燃料，是因为液氢的热值大 C．火箭喷气发动机不属于热机 D．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行， 机械能总量不断增加 B 六、热值与热机效率 【解析】 A．火箭发射时出现的大量“白气”是由高温的水蒸气遇冷液化形成的小水珠，故A错误； B．火箭使用液氢做燃料，是因为液氢的热值大，完全燃烧相同质量的液氢和其它燃料，液氢能放出更多的热量，故B正确； C．火箭发动机是利用内能做功的机器，属于热机，故C错误； D．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行时，不受空气阻力的作用，卫星的机械能是守恒的，故D错误。故选B. 【解析】完全燃烧1m3的可燃冰可放出的热量是 Q放＝qV＝ 4.2×108J/m3 × 1m3 ＝4.2×108J 这些热量的40%被水吸收，则水吸收的热量 Q吸＝ 4.2×108J/m3 × 80%＝1.68×108J 被加热的水的质量为= =1000kg 【例题3】可燃冰清洁无污染，是一种理想的新型能源。若可燃冰的热值4.2×108J/m3，完全燃烧1m3的可燃冰可放出的热量是_______J，若这些热量的40%被水吸收，可把_______kg的水从20℃加热至60℃。[c水=4.2×103J/kg℃）] 1000 4.2×108 六、热值与热机效率 【例题4】某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水。盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从20°C升高到820°C，水吸收的热量为 J，该柴火灶的热效率为 。[水的比热容是4.2×103 J/(kg⋅°C)]，这种干木柴的热值是1.0×107 J/kg] 12.6% 1.26×106 六、热值与热机效率 【解析】 5kg的水温度从20°C升高到80°C吸收的热量为 Q吸＝c水m水（t-t0） ＝4.2×103J/（kg·℃）×5kg×（80℃-20℃） ＝1.26×106J 1kg的干木柴完全燃烧放出的热量为 Q=mq=1kg×1×107J/kg=1×107 J 该柴火灶的效率 六、热值与热机效率 【例题5】汽油机在 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为 2.3×107J，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取）。 2 做功 六、热值与热机效率 【解析】 汽油机在做功冲程中，高温高压的燃气，推动活塞做功，将内能转化为机械能。 汽油完全燃烧放出的热量为 则汽油的质量为 六、热值与热机效率 【例题6】一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了15km，所用时间为600s，消耗汽油1kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1000N（汽油的热值取q汽油=5.0×107J/kg）。求： （1）汽车行驶的速度； （2）牵引力所做功的大小； （3）1kg汽油完全燃烧放出的热量； （4）汽车发动机的效率。 六、热值与热机效率 【解析】 （1）汽车行驶的速度为 （2）汽车做匀不完上线运动，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，牵引力大小为 F=f=1000N 牵引力所做的功为W=Fs=1000N×15×103m=1.5×107J （3）1kg汽油完全燃烧放出的热量为 Q=qm=5.0×107J/kg×1kg=5.0×107J （4）汽车发动机的效率为 六、热值与热机效率 七、有关热量的综合计算 第十四章  内能与热机 七、有关热量的综合计算 本章热量的计算包括与比热容有关的计算和与热值有关的计算，或者与效率及对环境的影响相结合。 在解题时按下列步骤： 1. 明确燃烧的是哪种燃料，即知道它的热值、质量以及是否完全燃烧； 2. 看放出的热量是否完全被利用，明确吸热物体的比热容、质量和温度的变化； 3. 明确所求的物理量，根据相应的公式计算，应用的公式有 Q=cmt、Q=mq、η×100% 及它们的变形式。 考点串讲 七、有关热量的综合计算 【例题1】用天然气热水器加热水，将40kg水从25℃加热到50℃，完全燃烧0.15m3天然气。已知天然气的热值为3.5×107J/m3，水的比热容为c水=4.2×103J/（kg·℃） 。试求： （1）此过程中水吸收的热量是多少？ （2）0.15m3天然气完全燃烧放出的热量是多少？ （3）该热水器加热这些水的效率是多少？ 【解析】（1）此过程中水吸收的热量 Q吸=c水mΔt=4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（50℃-25℃）=4.2×106J （2）0.15m3天然气完全燃烧放出的热量 Q=mq=3.5×107J/m3×0.15m3=5.25×106J （3）该热水器加热这些水的效率 % 七、有关热量的综合计算 【例题2】工匠用钢铁打制刀具时，有一个重要流程叫“淬火”，把刚打制成型的刀具放到炉火中充分煅烧，然后将其迅速放入水中骤冷。现有一成型的合金钢刀具的质量为1kg，温度为20℃，放入836℃的炉火中煅烧足够长时间，迅速取出放入5kg、20℃的水中冷却。最后与水达到共同的温度[不计过程中的热量损失， c水=4.2×103J/（kg℃），c合金钢=0.42×103J/（kg℃）]，求： （1）此刀具在火炉中吸收了多少热量？ （2）淬火后水的温度为多少℃？ 3.4272×105J. 36℃ 【解析】（1）将刀具放入836℃的炉火中煅烧足够长时间，其末温t=836℃，则刀具在炉火中吸收的热量： Q吸=cmΔt=0.42×103J/（kg•℃）×1kg×（836℃-20℃）=3.4272×105J. （2）由题，将煅烧后的刀具迅速取出放入20℃的水中冷却，最后刀具与水达到共同的温度，设为t′，不计过程中的热损失，则Q水吸=Q合放，即： c水m水（t′﹣t0′）=c合金钢m合金钢（t﹣t′） 解得：t′=36℃． 七、有关热量的综合计算 七、有关热量的综合计算 【例题3】如图所示是小羽同学做冰熔化实验时绘制的温度—时间图像，冰的质量是0.1kg，若相同时间内物质吸收的热量相同。已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃） ，冰的比热容c冰=2.1×103J/（kg·℃） 。请根据图像回答下列问题： （1）AB阶段，物质吸收的热量是多少？ （2）BC阶段，物质吸收的热量是多少？ （3）物质在第10min的内能与第15min的 内能相比，哪个时间的内能大？为什么？ （4）请你根据图像分析说明冰的比热容 小于水的比热容。 【解析】 （1）冰的质量是0.1kg，AB阶段的冰在5min吸收的热量 Q冰=c冰mΔt=2.1×103J/（kg•℃）×0.1kg×80℃=1.68×104J （2）由于冰化成水，状态变化、质量不变，CD段的水在10min吸收的热量 Q=c水mΔt=4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×80℃=3.36×104J （3）因为相同时间内物质吸收的热量相同，则BC阶段也是10min，水吸收的热量Q'＝Q＝3.36×104 J （4）由图像可知，AB段冰和CD段水的温度变化相同都是80℃，质量也相同都是0.1kg，而AB段的加热时间小于CD段，即所吸收的热量 由Q＝cmΔt可知 即冰的比热容小于水的比热容 七、有关热量的综合计算 八、综合提升训练 第十三章  温度与物态变化 【解析】 A．倒入热牛奶的杯子烫手，是高温物体牛奶将热量传递给手，只涉及能量的转移，不涉及能量的转化，是热传递改变内能，故A不符合题意； B．放入冷水中的热鸡蛋变凉，是高温物体热鸡蛋将热量传递给冷水，只涉及能量的转移，不涉及能量的转化，是热传递改变内能，故B不符合题意； C．烧水时，水蒸气把壶盖顶起，将水的内能转化为机械能，通过做功的方式改变内能，但水的内能减小，故C不符合题意； D．锯木头时，锯条温度升高，机械能转化为内能，通过做功的方式使物体内能增加，故D符合题意。故选D。 综合提升训练 1. 下列实例中，通过做功的方式使物体内能增加的是（　　） A．倒入热牛奶的杯子烫手 B．放入冷水中的热鸡蛋变凉 C．烧水时，水蒸气把壶盖顶起 D．锯木头时，锯条温度升高   D 综合提升训练 2. 如图的实验或事例都揭示了一定的物理知识，选项中说法正确的是（　　） A．甲图中，使小孩臀部发热是通过热传递的方式来实现的 B．乙图中，人搓手发热说明物体对外做功，内能增大 C．丙图钻木取火过程是机械能转化为内能 D．丁图中水蒸气将塞子冲出的过程中，水蒸气通过做功的方式使自己内能增大 C 【解析】A．坐滑梯时，臀部与滑梯相互摩擦做功，机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；故A错误； B．人搓手时相互摩擦，克服摩擦对手做功，手的内能变大，故B错误； C．钻木取火过程是克服摩擦做功的过程，机械能转化为内能，故C正确； D．图中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，温度降低，故D错误。 综合提升训练 故选C. 综合提升训练 【解析】A．热量是过程量，不能说物体含有的热量多，故A错误； B．物体吸收热量过程中温度不一定升高，例如：晶体在熔化过程中，吸热但温度不变，故B错误； C．气体膨胀对外做功，内能转化为机械能，则物体内能减小，故C正确； D．在发生热传递时，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，内能总是从高温物体转移到低温物体，故D错误。 3. 关于温度、内能、热量，下列说法正确的是（　　） A．温度高的物体含有的热量多 B．物体吸收热量，温度一定升高 C．气体膨胀对外做功，自身内能会减少 D．热传递过程中，温度从高温物体传递给低温物体   C 故选C。 综合提升训练 【解析】 如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，它正处于压缩冲程。 此过程中活塞压缩汽缸内的气体，对气体做功，使气体内能增加，将机械能转化为内能。 若该汽油机飞轮的转速是60r/s，飞轮转2圈做一次功，则汽油机每秒钟对外做功30次。 4. 如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于______冲程，该冲程将机械能转化为______能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功______次。   30 内 压缩 综合提升训练 5. 为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是（　　） A．尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全 B．该冲程为做功冲程，内能转化为机械能 C．汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100% D．该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护   C 【解析】 A．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，燃烧较完全，故A正确，不符合题意； B．如图所示，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程燃气的内能转化为活塞的机械能，故B正确，不符合题意； C．汽车在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率一定小于100%，故C错误，符合题意； D．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，在做相同有用功时，消耗的燃料少，减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护，故D正确，不符合题意。 故选C。 综合提升训练 综合提升训练 【解析】给瓶内打气，瓶内气体内能增大，温度升高，气体膨胀，使瓶塞跳起来，同时高温的水蒸气遇冷液化为小水滴，就是我们看到瓶内出现了白雾，说明水蒸气发生了液化。 上述过程中，气体膨胀对瓶塞，使得瓶内气体温度降低，内能减少。 6. 如图所示，在烧瓶内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳起来时，可以看到瓶内出现了______，说明水蒸气________（填物态变化名称）成了可以看到的小水滴。在这个过程中，气体膨胀对外 ______ ，温度 ______ 内能______。 白雾 液化 做功 降低 减少 综合提升训练 7. 如图甲所示是“探究不同物质吸热升温的现象”实验装置两个相同的易拉罐中分别装有质量和初温都相同的a、b两种液体，用相同的装置加热，根据记录的实验数据绘制的温度与时间的关系图象如图乙所示，下列说法中正确的是（ ） A．组装器材时，先固定上面铁圈的高度 B．升高相同温度，a液体吸收的热量更多 C．a液体的比热容小于b液体的比热容     C D．不添加器材，利用本实验装置还可以比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 【解析】 A. 要用酒精灯的外焰加热，为确保组装器材一次到位，应按从下往上的顺序调节，A错误； B. 由乙图知，升高相同温度，b加热时间长， 说明b液体吸收的热量更多，故B错误； C. 由乙图知，加热相同时间时，b液体升温少，说明b液体吸热能力强，即比热容大，C正确； D. 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量，吸热液体应为同一种类且质量相同，根据△t＝Q/cm，通过温度的变化反应吸热多少，故D错误．故选C． 综合提升训练 综合提升训练 【解析】（1）水吸收的热量为 Q吸=cm（t−t0） =4.2×103 J/（kg·℃）×1kg×（80℃-20℃）= 2.52×105J （2）根据题意有Q吸= Q放， Q放=c金m金（t金−t） 所以 2.52×105J =c金×2kg×（500℃-80℃） 金属块的比热容 c金=0.3×103 J/（kg·℃） 8. 一质量为2kg的金属块，被加热到500℃后，立即投入质量为1kg，温度为20℃的冷水中，不计热量损失，最终水的温度升高到80℃. [c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。求： （1）水吸收的热量？ （2）金属块的比热容？ 9. 实验小组设计实验比较水和食用油吸热能力，使用相同的电加热器给水和食用油加热。 （1）小明同学用相同的电加热器对水和食用油加热相同的时间，目的是使水和食用油______________相同，再通过比较水和食用油__________来判断吸热能力的强弱； （2）而小丽同学使水和食用油升高相同的温度，通过比较________来判断吸热能力的强弱； （3）根据实验数据，小明作出了水和食用油的温度随时间变化的图像，由图像可知，水的温度随时间变化的图像是 ____（选填“a”或“b”），食用油的比热 容为___________J/（kg·℃）. 相同时间吸热 加热时间 升高的温度 a 2.1×103  综合提升训练 综合提升训练 【解析】 （1）使用相同的加热器通过加热时间的长短来比较吸热多少，这种方法叫转换法；小明同学用相同的电加热器对水和食用油加热相同的时间，由转换法，目的是使水和食用油相同时间吸热相同，再通过比较水和食用油升高的温度来判断吸热能力的强弱。 （2）根据比较吸热能力的方法，小丽同学使水和食用油升高相同的温度，通过比较加热时间（比较吸收热量）来判断吸热能力的强弱。 （3）由水和食用油的温度随时间变化的图像知，升高30℃-10℃=20℃ a所用的加热为6min，b加热时间为3min，a吸热多，故a的比热容大，因水的比热容大，由图像可知，水的温度随时间变化的图像是a。 升高20℃，b加热时间是a的0.5倍，即b吸收的热量是a的0.5倍，根据Q=cmΔt，在质量、升温相同的情况下，故b（煤油）的比热容是 c=0.5×4.2×103 J/(kg·℃)＝2.1×103J/(kg·℃) 10. 全球汽车保有量在迅速增长，截止2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗油约2.1t，若不计热量损失，这些燃料完全燃烧可供1×106kg的水温度升高______ ℃；汽车内燃机的效率平均值取30%，如果能把内燃机的效率提高1%，全球每年可以节约_______ kg燃油，从而减小全球的碳排放，为环保作出贡献。（已知水的比热容为4.2×103J/(kg⋅℃)，汽油的热值为4.6×107J/kg） 7×1010 23 综合提升训练 综合提升训练 【解析】每辆汽车每年耗油约 2.1t ，汽油完全燃烧放出的热量 Q放=mq= 2.1×103kg×4.6×107J/kg=9.66×1010J 不计热量损失，汽油完全燃烧的热量全部被水吸收，则水吸收的热量 Q吸=Q放=9.66×1010J 则水升高的温度 每辆汽车做有用功所需燃油m'=30%m=30%×2.1t=0.63t 内燃机效率提高后为η'=η+1%=30%+1%=31% 效率提高后所需燃油量 每辆车每年节约燃油 m省=m-m''=2.1t -2.03t=0.07t 10亿辆车每年节约燃油 m总=109×m省=109×0.07t=7×107t=7×1010kg $$