第十四章 内能与热机（知识清单）物理沪科版2024九年级全一册

第十四章 内能与热机（知识清单） 思维导图 第一节 内能及其改变 一、物体的内能 1. 物体的内能 物体所有分子无规则运动的 与 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。内能的国际单位是 ，符号为J。 2. 分子的热运动 分子无规则运动的剧烈程度与 有关，物体的温度越高，分子运动越剧烈，分子动能越大。物理学中把分子的这种无规则运动叫做分子的 运动。 3. 内能与温度的关系 物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子动能就越大，因此物体的 能越大。 （1）如果体积变化不大，同一物体在状态不变时，温度越高，内能越大，温度越低，内能越小。 （2）物体的内能变化时，温度可能不变。例如冰熔化时，吸收热量，内能增加，温度不变；水结冰时，放出热量，内能减少，温度不变；水沸腾时，吸收热量，温度也不变。 4. 理解物体的内能 （1）内能是指物体的内能，不是分子的，更不能说内能是个别分子和少数分子所具有的。内能是物体内部所有分子共同具有的分子动能和势能的 ，单纯考虑一个分子的动能和势能是没有意义的。 （2）任何物体在任何情况下都具有内能。 5. 内能和机械能的比较 内能 机械能 概念 物体内部所有分子动能 与分子势能的总和 物体所具有的动能 和势能的总和 影响 因素 物体的温度、质量、状态、体积等 物体的质量、速度、 高度或形变程度 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 不能为零，自然界中一切物体 在任何情况下都有内能 运动或在高处或 发生弹性形变，可能为零 二、改变物体内能的两种途径 1. 改变物体内能的两种途径 （1） 可以改变物体的内能。对物体做功，物体的内能会增加。物体对外做功，内能会减少。做功改变物体的内能，实质是能量的 ，是内能与 发生了相互转化。 （2） 也可以改变物体的内能。热传递改变物体的内能，实质上是内能的 ，即内能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分，没有不同形式能量的相互转化。 压缩气体做功 气体膨胀做功 2. 热传递的三种方式 （1）热传导：物体内各部分物质不发生移动。例如，用锅烧饭时，锅把手也会热。 （2）热对流：物体内各部分物质间会流动，对流主要发生在气体和液体中。例如，用锅烧饭时，锅里的水靠对流传热。 （3）热辐射：不需要介质，太阳的光和热就是通过热辐射的方式传到地球的。 三、热量 1. 热量的定义 在热传递过程中，物体间 传递的多少称为热量。通常用字母Q表示，单位是 （J）。 2. 理解热量的概念 （1）热传递的实质：在热传递过程中，高温物体放出热量，温度降低，内能减少，低温物体吸收热量，温度升高，内能增加。因此，热传递的实质就是 从高温物体向低温物体转移，这是能量转移的一种方式。热传递转移的是能量，而不是温度。 （2）热量是个过程量：只有发生了热传递，才能谈论热量，离开热传递过程谈热量是毫无意义的。 （3）热量的描述语言：不能说某个物体具有或含有多少热量，更不能比较两个物体具有热量的多少。热量只能与表示过程的词语连用，如“吸收热量”“放出热量”等。 3. 温度、内能、热量的对比分析 温度 内能 热量 定义 物体的冷热程度，是内能大小的宏观表现之一。 物体内所有分子无规则运动的动能，以及分子势能的总和。 热传递的过程中， 传递内能的多少。 特点 状态量 状态量 过程量 描述语言 升高、升高了； 降低、降低了 增大、变大； 减小、变小 吸收、放出 相互联系 发生热传递的过程中，三者的改变相互对应：物体吸收热量，则内能增加，温度一般会升高（晶体发生物态变化时温度不变，比如熔化）； 放出热量，则内能减少，温度一般会降低（晶体发生物态变化时温度不变，比如凝固）。 第二节 物质的比热容 一、探究物质吸热或放热规律 【提出问题】质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量是否相同，有什么规律? 【实验器材】电加热器、两只相同的烧杯，质量相同的水和食用油，两支温度计，钟表，天平。 【实验设计】 该实验的目的是探究相同质量的不同物质在升高相同温度时，吸收的热量是否相同，有什么规律。所以实验中用到的方法有控制变量法和转换法。 （1）控制变量法：探究物质吸收的热量可能与物质的种类有关时，应该控制物质的质量不变，升高的温度相同，物质的种类不同。 （2）转换法：因为热量无法直接测量，所以我们可以用加热时间来比较物质吸收的热量。 【进行实验与收集证据】 （1）取质量相等的水与食用油各100g。 （2）按照如图所示安装器材。观察温度计的示数，记下加热前水和食用油的温度。 （3）接通电源，同时对烧杯中的水和食用油加热相同的时间（大约3～5min），观察并读出两只温度计的示数。 （4）实验记录数据表 液体 质量m/g 初温t1/℃ 末温t2/℃ 加热时间t/min 液体吸热情况 “多”或“少” 水 100 20 42 6 多 食用油 100 20 55 10 少 【分析与论证】将各组的实验数据公布交流，通过对这些数据的研究和分析，我们发现： 质量相等的水和食用油吸收相同的热量（加热的时间相同），升高的温度不相同，食用油升高的温度比水的多。 进行推理可得出：质量相等的水与食用油升高的温度相同，吸收的热量不相同，水吸收的热量比食用油多。 表明水和食用油吸热本领不一样。 【实验结论】大量实验表明： 相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量通常 ；相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量通常 。（均选填“相同”或“不同”）。 【交流与讨论】 （1）测量物质的选取：应选取质量、初温相同的不同物质。 （2）用规格相同的电加热器进行加热的好处 首先，与酒精灯相比，更容易控制相同时间内提供的热量相同；其次，内部加热，热量损失少。 （3）注意事项 ①电加热器要放在烧杯底部，以使整杯水或食用油受热均匀。 ②温度计的玻璃泡要全部浸入液体中，且玻璃泡不能碰到容器底、容器壁和电加热器。 ③注意控制加热时间，不要让水和食用油过热或沸腾。 （4）判断物质吸热能力强弱的两种方法 ①加热相同的时间，通过比较 变化的快慢来判断物体吸热能力的强弱，温度变化快的吸热能力弱。 ②升高相同的温度，通过比较 长短来判断吸热能力的强弱，加热时间长的物体吸热能力强。 该实验既可以用方法①比较物质吸热能力的强弱，也可以用方法②比较物质吸热能力的强弱。 （5）该实验常用的两种装置 如图所示为该实验常见的两种装置。甲装置散热集中，可以控制水与煤油在相同的加热时间内吸收的热量基本相等；乙装置中两酒精灯在相同的时间放出的热量被水吸收的量很难控制相同，误差可能大一些，因此有条件时，尽量选择甲装置。 二、物质的比热容 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 之比。 2. 比热容的单位：比热容的单位是 ，符号是J/（kg·℃），读作“焦耳每千克摄氏度”。如水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），读作“4.2×103焦耳每千克摄氏度”。 3. 比热容的计算公式 当物体温度升高时，比热容的计算公式为 当物体温度降低时，比热容的计算公式为 Q表示物质吸收或放出的热量，单位是焦耳（J） m表示物体的质量，单位是千克（kg） t1表示物体的初温度，t2表示物体的末温度，单位是摄氏度（℃）。 4. 比热容的物理意义 反映了在条件相同的情况下，物质吸收或放出热量的能力。例如，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。表示1kg水温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量是4.2×103J。 5. 理解比热容 （1）比热容表 物质 比热容c/J·kg-1·℃-1 物质 比热容c/J·kg-1·℃-1 水　 4.2×103 铝 0.88×103 酒精 2.4×103 干泥土 约0.84×103 煤油 2.1×103 铁、钢　 0.46×103 冰 2.1×103 铜　　 0.39×103 蓖麻油 1.8×103 汞 0.14×103 砂石 约0.92×103 铅 0.13×103 由比热容表可知，物质不同，比热容也不同。可见比热容是物质的 之一，因此可以利用比热容进行物质的鉴定。 （2）比热容反映了不同物质吸热（放热）本领的不同，比热容大的吸热（放热）本领大。 （3）比热容是物质的一种特性，它只与物质 和 有关。 同种物质，状态不同其比热容不同，例如水的比热容是冰的比热容的2倍。除此之外与其他一切因素都没有关系。在处理相关问题时，不要受干扰因素的影响而做出错误的判断。 6. 水的比热容 （1）特点：水的比热容比较大，在吸收或放出相同热量的情况下，水的温度变化要 些。 （2）解释现象：例如，为什么沿海地区比沙漠地区的昼夜温差小？ 水的比热容是沙子的4倍多。质量相同的水和沙子，要使它们上升同样的温度，水会吸收更多的热量；如果吸收或放出的热量相同，水的温度变化比沙子小得多。夏天，阳光照在海上，尽管海水吸收了许多热量，但是由于它的比热容较大，所以海水的温度变化并不大，海边的气温变化也不会很大。而在沙漠，由于沙子的比热容较小，吸收同样的热量，沙子的温度会上升很多，所以沙漠的昼夜温差很大。 （3）水比热容大的特点在生产、生活中的利用 ①用水取暖。冬天，房间里暖气片里为什么用水循环放热？因为水的比热容大，在质量一定时，降低相同温度，水放出的热量多，所以用热水取暖效果好。 ②用水冷却。汽车发动机为什么用水来冷却? 有什么好处?因为水的比热容大，在质量一定的条件下，升高相同温度时，水吸收热量多，用水作冷却剂效果好。 ③调节气温。为解决城市的热岛效应，不少城市修建人工湖来调节气温，为什么？因为水的比热容比较大，和其他液体相比，如果它们吸收相等的热量，水温升高比较小；如果它们放出相等的热量，水温降低较小。在相同情况下，水能使周围物体的温度变化减少，所以说水对气温的调节起较大作用。 三、热量的计算 1. 热量的计算 根据比热容公式c （1）物体温度升高时，所吸收的热量为： Q吸= ； （2）物体温度降低时，所放出的热量为： Q放= ； （3）各物理量单位的选择 m表示物质的质量，单位是kg；Δt表示改变的温度，单位是℃； c 表示物质比热容，单位是J/（kg·℃）； Q表示吸收或放出的热量，单位是J。 2. 物质吸热和放热公式的适用对象 物质吸热和放热公式适用于物态不发生变化时物体升温（降温）过程中吸热（放热）的计算。如果过程中存在着物态变化，则不能使用该公式。例如，冰熔化为水时，冰的温度（或冰水混合物的温度）没有变化，但需要从外界吸收热量。 3. 热平衡 （1）概念：两个温度不同的物体放在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温度升高。若放出的热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。 （2）热平衡方程：Q吸= Q放 第三节 热机 一、热机 1. 热机：能将燃料燃烧时释放的内能转化为 能的发动机。 2. 热机的能量转化：燃料的 能（燃烧）→ 能（做功）→ 能 3. 内燃机：燃料直接在发动机 内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。常见的内燃机有 机和 机两类。 二、汽油机 1. 汽油机：利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 构造 汽油机主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞轮和火花塞组成。 3. 工作过程 （1）汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由 、 、 、 四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 ①吸气冲程：旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和 的混合气体通过进气道进入缸内。 ②压缩冲程：两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩， 能转化为 能，因此，内能增加、温度升高、压强增大。 ③做功冲程：压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动， 能转化为 能。 ④排气冲程：飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。 （3）汽油机一个工作循环情况总结 一个工作循环，有 个冲程，活塞往复 次，飞轮转动 周，对外做功 次。在四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。发生能量转化的有两个冲程： 和 冲程。 三、柴油机 1. 柴油机：利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 构造：它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了 。 3. 工作过程 柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 4. 柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个 气缸顶部有一个 燃料 油 油 吸气冲程 吸入 与空气的混合物 只吸入 压缩冲程 压缩程度较 压缩程度较 做功冲程 点燃式， 能转化为 能 压燃式， 能转化为 能 排气冲程 排出废气 特点与 适用范围 轻巧、功率小； 小汽车、摩托车等 笨重、功率大； 载重汽车、轮船等 相同点 一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次； 压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机械能。 第四节 跨学科：热机效率和环境保护 一、燃料的热值 1. 燃料燃烧时能量的转化：燃料燃烧的过程是 能转化为 能的过程。 2. 燃料的热值 （1）定义：把某种燃料完全燃烧释放的热量与所用该燃料的 之比，叫做这种燃料的热值。 （2）公式：q= Q表示燃料完全燃烧释放的热量，单位是焦，符号为J； m表示固、液体燃料的质量，单位是千克，符号为kg； q表示燃料的热值，单位是 ，符号为 。 （3）气体燃料的热值 对气体燃料而言，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 之比，即： q= V表示气体燃料的体积，单位是米3，符号为m3；Q表示放出的热量，单位是焦，符号为J； q表示气体燃料的热值，单位是 ，符号为 。如天然气的热值为3.3×107~4.5×107J/m3。 （4）理解热值 ①热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。 ②热值表示燃料的燃烧特性、化学能转化为内能的本领大小。热值大，说明相同质量（或体积）的这种燃料完全燃烧时放出的热量多，即化学能转化成的内能多。 ③热值与燃料的种类有关：同种燃料的热值 ，不同种燃料的热值一般 。（均选填“相同”或“不相同”） ④完全燃烧的含义：是指燃料烧完、烧尽，只有在完全燃烧时放出的热量与所用燃料质量之比才是这种燃料的热值。 3. 燃料燃烧释放热量的计算 （固、液体燃料） （气体燃料） 二、热机效率 1. 热机燃料的燃烧 热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。图是热机中燃料能量的主要走向示意图。由图可见，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。 2. 热机效率 （1）定义：做有用功与燃料完全燃烧所释放 的比值称为热机效率。 （2）公式： η 其中W有用表示对外做的有用功，Q放表示燃料完全燃烧所释放的能量。 （3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）减少燃烧过程中的 损失 如内燃机要掌握火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间；蒸汽类热机，常将煤研磨成粉状，用风吹入锅炉内燃烧。这些措施都可使燃料燃烧得更充分。 （2）尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料减小 ，以减少能量损失。 4. 一些热机的效率 各种热机的效率是不同的。如推动世界上第一次工业革命的蒸汽机，其效率只有6%～15%，汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率为30%～40%，而喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%～60%。 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十四章 内能与热机（知识清单） 思维导图 第一节 内能及其改变 一、物体的内能 1. 物体的内能 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。内能的国际单位是焦耳，符号为J。 2. 分子的热运动 分子无规则运动的剧烈程度与温度有关，物体的温度越高，分子运动越剧烈，分子动能越大。物理学中把分子的这种无规则运动叫做分子的热运动。 3. 内能与温度的关系 物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子动能就越大，因此物体的内能越大。 （1）如果体积变化不大，同一物体在状态不变时，温度越高，内能越大，温度越低，内能越小。 （2）物体的内能变化时，温度可能不变。例如冰熔化时，吸收热量，内能增加，温度不变；水结冰时，放出热量，内能减少，温度不变；水沸腾时，吸收热量，温度也不变。 4. 理解物体的内能 （1）内能是指物体的内能，不是分子的，更不能说内能是个别分子和少数分子所具有的。内能是物体内部所有分子共同具有的分子动能和势能的总和，单纯考虑一个分子的动能和势能是没有意义的。 （2）任何物体在任何情况下都具有内能。 5. 内能和机械能的比较 内能 机械能 概念 物体内部所有分子动能 与分子势能的总和 物体所具有的动能 和势能的总和 影响 因素 物体的温度、质量、状态、体积等 物体的质量、速度、 高度或形变程度 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 不能为零，自然界中一切物体 在任何情况下都有内能 运动或在高处或 发生弹性形变，可能为零 二、改变物体内能的两种途径 1. 改变物体内能的两种途径 （1）做功可以改变物体的内能。对物体做功，物体的内能会增加。物体对外做功，内能会减少。做功改变物体的内能，实质是能量的转化，是内能与其他形式的能发生了相互转化。 （2）热传递也可以改变物体的内能。热传递改变物体的内能，实质上是内能的转移，即内能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分，没有不同形式能量的相互转化。 压缩气体做功 气体膨胀做功 2. 热传递的三种方式 （1）热传导：物体内各部分物质不发生移动。例如，用锅烧饭时，锅把手也会热。 （2）热对流：物体内各部分物质间会流动，对流主要发生在气体和液体中。例如，用锅烧饭时，锅里的水靠对流传热。 （3）热辐射：不需要介质，太阳的光和热就是通过热辐射的方式传到地球的。 三、热量 1. 热量的定义 在热传递过程中，物体间内能传递的多少称为热量。通常用字母Q表示，单位是焦耳（J）。 2. 理解热量的概念 （1）热传递的实质：在热传递过程中，高温物体放出热量，温度降低，内能减少，低温物体吸收热量，温度升高，内能增加。因此，热传递的实质就是内能从高温物体向低温物体转移，这是能量转移的一种方式。热传递转移的是能量，而不是温度。 （2）热量是个过程量：只有发生了热传递，才能谈论热量，离开热传递过程谈热量是毫无意义的。 （3）热量的描述语言：不能说某个物体具有或含有多少热量，更不能比较两个物体具有热量的多少。热量只能与表示过程的词语连用，如“吸收热量”“放出热量”等。 3. 温度、内能、热量的对比分析 温度 内能 热量 定义 物体的冷热程度，是内能大小的宏观表现之一。 物体内所有分子无规则运动的动能，以及分子势能的总和。 热传递的过程中， 传递内能的多少。 特点 状态量 状态量 过程量 描述语言 升高、升高了； 降低、降低了 增大、变大； 减小、变小 吸收、放出 相互联系 发生热传递的过程中，三者的改变相互对应：物体吸收热量，则内能增加，温度一般会升高（晶体发生物态变化时温度不变，比如熔化）； 放出热量，则内能减少，温度一般会降低（晶体发生物态变化时温度不变，比如凝固）。 第二节 物质的比热容 一、探究物质吸热或放热规律 【提出问题】质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量是否相同，有什么规律? 【实验器材】电加热器、两只相同的烧杯，质量相同的水和食用油，两支温度计，钟表，天平。 【实验设计】 该实验的目的是探究相同质量的不同物质在升高相同温度时，吸收的热量是否相同，有什么规律。所以实验中用到的方法有控制变量法和转换法。 （1）控制变量法：探究物质吸收的热量可能与物质的种类有关时，应该控制物质的质量不变，升高的温度相同，物质的种类不同。 （2）转换法：因为热量无法直接测量，所以我们可以用加热时间来比较物质吸收的热量。 【进行实验与收集证据】 （1）取质量相等的水与食用油各100g。 （2）按照如图所示安装器材。观察温度计的示数，记下加热前水和食用油的温度。 （3）接通电源，同时对烧杯中的水和食用油加热相同的时间（大约3～5min），观察并读出两只温度计的示数。 （4）实验记录数据表 液体 质量m/g 初温t1/℃ 末温t2/℃ 加热时间t/min 液体吸热情况 “多”或“少” 水 100 20 42 6 多 食用油 100 20 55 10 少 【分析与论证】将各组的实验数据公布交流，通过对这些数据的研究和分析，我们发现： 质量相等的水和食用油吸收相同的热量（加热的时间相同），升高的温度不相同，食用油升高的温度比水的多。 进行推理可得出：质量相等的水与食用油升高的温度相同，吸收的热量不相同，水吸收的热量比食用油多。 表明水和食用油吸热本领不一样。 【实验结论】大量实验表明： 相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量通常相同；相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量通常不同。（均选填“相同”或“不同”）。 【交流与讨论】 （1）测量物质的选取：应选取质量、初温相同的不同物质。 （2）用规格相同的电加热器进行加热的好处 首先，与酒精灯相比，更容易控制相同时间内提供的热量相同；其次，内部加热，热量损失少。 （3）注意事项 ①电加热器要放在烧杯底部，以使整杯水或食用油受热均匀。 ②温度计的玻璃泡要全部浸入液体中，且玻璃泡不能碰到容器底、容器壁和电加热器。 ③注意控制加热时间，不要让水和食用油过热或沸腾。 （4）判断物质吸热能力强弱的两种方法 ①加热相同的时间，通过比较温度变化的快慢来判断物体吸热能力的强弱，温度变化快的吸热能力弱。 ②升高相同的温度，通过比较加热时间长短来判断吸热能力的强弱，加热时间长的物体吸热能力强。 该实验既可以用方法①比较物质吸热能力的强弱，也可以用方法②比较物质吸热能力的强弱。 （5）该实验常用的两种装置 如图所示为该实验常见的两种装置。甲装置散热集中，可以控制水与煤油在相同的加热时间内吸收的热量基本相等；乙装置中两酒精灯在相同的时间放出的热量被水吸收的量很难控制相同，误差可能大一些，因此有条件时，尽量选择甲装置。 二、物质的比热容 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。 2. 比热容的单位 比热容的单位是焦/（千克·℃），符号是J/（kg·℃），读作“焦耳每千克摄氏度”。如水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），读作“4.2×103焦耳每千克摄氏度”。 3. 比热容的计算公式 当物体温度升高时，比热容的计算公式为 当物体温度降低时，比热容的计算公式为 Q表示物质吸收或放出的热量，单位是焦耳（J） m表示物体的质量，单位是千克（kg） t1表示物体的初温度，t2表示物体的末温度，单位是摄氏度（℃）。 4. 比热容的物理意义 反映了在条件相同的情况下，物质吸收或放出热量的能力。例如，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。表示1kg水温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量是4.2×103J。 5. 理解比热容 （1）比热容表 物质 比热容c/J·kg-1·℃-1 物质 比热容c/J·kg-1·℃-1 水　 4.2×103 铝 0.88×103 酒精 2.4×103 干泥土 约0.84×103 煤油 2.1×103 铁、钢　 0.46×103 冰 2.1×103 铜　　 0.39×103 蓖麻油 1.8×103 汞 0.14×103 砂石 约0.92×103 铅 0.13×103 由比热容表可知，物质不同，比热容也不同。可见比热容是物质的特性之一，因此可以利用比热容进行物质的鉴定。 （2）比热容反映了不同物质吸热（放热）本领的不同，比热容大的吸热（放热）本领大。 （3）比热容是物质的一种特性，它只与物质种类和状态有关。 同种物质，状态不同其比热容不同，例如水的比热容是冰的比热容的2倍。除此之外与其他一切因素都没有关系。在处理相关问题时，不要受干扰因素的影响而做出错误的判断。 6. 水的比热容 （1）特点：水的比热容比较大，在吸收或放出相同热量的情况下，水的温度变化要小些。 （2）解释现象：例如，为什么沿海地区比沙漠地区的昼夜温差小？ 水的比热容是沙子的4倍多。质量相同的水和沙子，要使它们上升同样的温度，水会吸收更多的热量；如果吸收或放出的热量相同，水的温度变化比沙子小得多。夏天，阳光照在海上，尽管海水吸收了许多热量，但是由于它的比热容较大，所以海水的温度变化并不大，海边的气温变化也不会很大。而在沙漠，由于沙子的比热容较小，吸收同样的热量，沙子的温度会上升很多，所以沙漠的昼夜温差很大。 （3）水比热容大的特点在生产、生活中的利用 ①用水取暖。冬天，房间里暖气片里为什么用水循环放热？因为水的比热容大，在质量一定时，降低相同温度，水放出的热量多，所以用热水取暖效果好。 ②用水冷却。汽车发动机为什么用水来冷却? 有什么好处?因为水的比热容大，在质量一定的条件下，升高相同温度时，水吸收热量多，用水作冷却剂效果好。 ③调节气温。为解决城市的热岛效应，不少城市修建人工湖来调节气温，为什么？因为水的比热容比较大，和其他液体相比，如果它们吸收相等的热量，水温升高比较小；如果它们放出相等的热量，水温降低较小。在相同情况下，水能使周围物体的温度变化减少，所以说水对气温的调节起较大作用。 三、热量的计算 1. 热量的计算 根据比热容公式c （1）物体温度升高时，所吸收的热量为： Q吸=cm (t-t0) ＝cmΔt （2）物体温度降低时，所放出的热量为： Q放=cm (t0-t) ＝cmΔt t0 表示物体原来的初温度，t表示物体的末温度。 （3） 各物理量单位的选择 m表示物质的质量，单位：kg Δt表示改变的温度，单位：℃ c 表示物质比热容，单位： J/（kg·℃） Q表示吸收或放出的热量，单位：J。 2. 物质吸热和放热公式的适用对象 物质吸热和放热公式适用于物态不发生变化时物体升温（降温）过程中吸热（放热）的计算。如果过程中存在着物态变化，则不能使用该公式。例如，冰熔化为水时，冰的温度（或冰水混合物的温度）没有变化，但需要从外界吸收热量。 3. 热平衡 （1）概念：两个温度不同的物体放在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温度升高。若放出的热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。 （2）热平衡方程：Q吸= Q放 第三节 热机 一、热机 1. 热机：能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机。 2. 热机的能量转化：燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能 3. 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴油机两类。 二、汽油机 1. 汽油机 利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 构造 汽油机主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞轮和火花塞组成。 3. 工作过程 （1）汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 ①吸气冲程：旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。 ②压缩冲程：两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，内能增加、温度升高、压强增大。 ③做功冲程：压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。 ④排气冲程：飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。 （3）汽油机一个工作循环情况总结 一个工作循环，有4个冲程，活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次。在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。发生能量转化的有两个冲程：压缩和做功冲程。 三、柴油机 1. 柴油机：利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 构造：它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 3. 工作过程 柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 4. 柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能 排气冲程 排出废气 特点与 适用范围 轻巧、功率小； 小汽车、摩托车等 笨重、功率大； 载重汽车、轮船等 相同点 一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次； 压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机械能。 第四节 跨学科：热机效率和环境保护 一、燃料的热值 1. 燃料燃烧时能量的转化：燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。 2. 燃料的热值 （1）定义：把某种燃料完全燃烧释放的热量与所用该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。 （2）公式：q= Q表示燃料完全燃烧释放的热量，单位是焦，符号为J； m表示固、液体燃料的质量，单位是千克，符号为kg； q表示燃料的热值，单位是焦/千克，符号为J/kg。 （3）气体燃料的热值 对气体燃料而言，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，即： q= V表示气体燃料的体积，单位是米3，符号为m3 Q表示放出的热量，单位是焦，符号为J q表示气体燃料的热值，单位是焦/米3，符号为J/m3。如天然气的热值为3.3×107~4.5×107J/m3。 （4）理解热值 ①热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。 ②热值表示燃料的燃烧特性、化学能转化为内能的本领大小。热值大，说明相同质量（或体积）的这种燃料完全燃烧时放出的热量多，即化学能转化成的内能多。 ③热值与燃料的种类有关：同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。（均选填“相同”或“不相同”） ④完全燃烧的含义：是指燃料烧完、烧尽，只有在完全燃烧时放出的热量与所用燃料质量之比才是这种燃料的热值。 3. 燃料燃烧释放热量的计算 （固、液体燃料） （气体燃料） 二、热机效率 1. 热机燃料的燃烧 热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。图是热机中燃料能量的主要走向示意图。由图可见，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。 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 其中W有用表示对外做的有用功，Q放表示燃料完全燃烧所释放的能量。 （3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）减少燃烧过程中的热量损失 如内燃机要掌握火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间；蒸汽类热机，常将煤研磨成粉状，用风吹入锅炉内燃烧。这些措施都可使燃料燃烧得更充分。 （2）尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料减小摩擦，以减少能量损失。 4. 一些热机的效率 各种热机的效率是不同的。如推动世界上第一次工业革命的蒸汽机，其效率只有6%～15%，汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率为30%～40%，而喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%～60%。 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$