第十二章 内能与热机（知识清单）物理沪粤版2024九年级上册

第十二章 内能与热机（知识清单） 思维导图 12.1 内能 一、物体的内能 内能是物体内所有________________与________________的总和。这是理解能量转换的基础概念，需重点记忆。 影响因素： 温度：同一物体的温度越高，分子无规则运动越________，内能________；温度越低，内能________。例如，加热金属块时，温度升高，内能________。 质量：对于温度相同的同种物质，质量越大，内能________。例如，一大杯热水比一小杯热水内能________。 类比说明：分子能量类似于图12-1-1所示的类比，帮助形象化理解分子运动。 补充细节：内能是微观概念，单位是________（J）。日常中，交通工具（如汽车）的能量来自燃料燃烧释放的内能，转化为________能做功。 规律总结：内能与________和正相关，与________正相关。背诵口诀：“温高质大，内能多；温低质小，内能少。” 二、改变内能的方式 改变内能有两种等效方式：________和________。两种方式效果________，但过程不同，需区分理解。 做功改变内能： 定义：通过机械力对物体做功，使内能增加或减少。例如，钻头钻孔时发热，内能________。 实验例子： 快速搓动双手，手温升高：摩擦做功机械能转化为________。 压缩厚壁筒中的乙醚棉花球，棉花燃烧：压缩气体做功，内能________导致温度________。 解释：做功时，机械能转化为内能，遵循能量守恒定律。补充细节：日常例子包括锤打铁块发热或自行车刹车时轮胎变热。 热传递改变内能： 定义：内能从一个物体________到另一个物体，或从高温部分转移到低温部分，不涉及机械力。 三种方式： 传导：热通过直接接触传递。例如，金属棒一端加热，另一端变热。 对流：热通过流体（液体或气体）流动传递。例如，烧水时水对流加热。 辐射：热通过电磁波传递，无需介质。例如，太阳能辐射加热水。图12-1-4 展示这三种方式： 日常例子：补充细节——手捧热水杯变暖（传导）、空调制冷时空气对流（对流）、晒太阳取暖（辐射）。规律：热传递总是从高温向低温进行。 等效性：做功和热传递都能改变内能，效果________。单位都是________（J）。 规律总结：改变内能口诀：“做功靠力，热传递靠温；两种方式，等效不分。”背诵时，对比实验图加深记忆。 三、实验探究与现象解释 通过实验理解内能变化，便于应用知识。 实验设计：在小金属筒中盛水，增加内能的方式： 做功：快速摇晃筒体（机械功）。 热传递：加热筒底（传导）或加入热水（对流）。 判断方式：如果只知水温升高，无法判断具体方式，因为两种方式效果等效。需观察过程：如看到摩擦或加热动作。 常见现象解释（基于作业题）： 金属勺子变烫手（图12-1-5）：内能________，通过________________方式改变内能。 滑梯下滑臀部发热：通过________________改变内能。 打气筒外壁发热：压缩气体做功，内能________。 三杯水内能比较（图12-1-6）：温度相同，质量越大内能________；质量相同，温度越高内能________。 规律总结：实验强化“做功增内能，热传递转内能”的规律。 四、总结规律与背诵要点 核心概念： 内能定义：分子动能和势能总和。 改变方式：做功（机械能转化）和热传递（传导、对流、辐射）。 影响因素口诀：“温度质量定内能，做功热传递来改。” 等效原则：两种方式效果相同，单位焦耳。 实验规律：做功实验（如搓手）显示能量转化；热传递实验（如烧水）显示能量转移。 12.2 热量与热值 一、热量核心概念 热量定义：物体在热传递过程中内能改变的多少，用符号________表示，单位是________（J）。 补充细节：吸收热量时内能________（如加热水），放出热量时内能________（如冷却物体）。一根火柴完全燃烧放出的热量约为 1.0×103J。 热量与物体属性的关系：吸收或放出的热量取决于物体________（m）和________（Δt）。 补充细节：实验表明，热量Q与质量m和温度变化Δt成正比。即Q∝mΔt。焦耳实验得出：1kg纯水温度升高1℃吸收的热量为 4.2×103J（同样适用于降低1℃时放热）。 规律总结：热量计算公式可推导为Q=cmΔt（c为比热容，文中未明确定义，但隐含了水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)）。 二、实验探究：水的吸热关系 实验1：探究水的吸热与温度变化的关系 方法：使用铁架台、酒精灯、温度计等器材，加热100g水，记录每升高3℃所需时间（代表吸热量）。 结论：当质量一定时，水吸收的热量与升高的温度成________（即Δt增加，Q增加）。 实验2：探究水的吸热与质量的关系 方法：类似实验1，但改变水的质量，保持温度变化相同。 结论：当温度变化相同时，水吸收的热量与质量成________​（即m增加，Q增加）。 规律总结：综合实验，热量Q与质量m和温度变化Δt成________（Q∝mΔt）。这适用于所有物体温度升高或降低时。 三、热值定义与计算 热值定义：某种燃料________________放出的热量与燃料质量之比，用符号q表示。 补充细节：单位是________（固体、液体燃料）或________（气体燃料）。热值反映燃料的“能量密度”，如汽油热值高，放热多。 热值计算公式：Q = qm（m为燃料质量）；Q = qV（V为燃料体积）。 补充细节：实际燃烧中，燃料往往不完全燃烧，实际放热量小于计算值（如煤炉热效率仅15%-90%）。改善燃烧条件可提高效率，减少污染。 常见燃料热值表： 气体燃料：氢气 1.26×107J/m³，天然气 3.3×107~4.5×107J/m³。 液体燃料：汽油 4.6×107J/kg，柴油 4.3×107J/kg。 固体燃料：干木柴 1.2×107J/kg，无烟煤 3.4×107J/kg。 规律总结：热值q越大，等质量燃料放热越多（如汽油是干木柴的4倍）。计算示例：500g汽油完全燃烧放热Q= qm=4.6×107J/kg × 0.5kg = ________J。 四、生活应用实例 西气东输工程：作为能源应用案例，天然气热值________（3.3×107~4.5×107J/m³），________________。工程优化能源结构，提高天然气使用比例（从2003年2.4%到2021年8.9%），支持“双碳”目标。 科学饮食与运动：基于热量概念，青少年每日热量需求与年龄、性别相关（如13~15岁男生需 1.0×107J）。 补充细节：营养物质释放热量（脂肪 3.91×104J/g），运动消耗热量（如打篮球10分钟消耗 3.8×105J）。规律：平衡摄入与消耗可预防肥胖。 五、复习要点与作业 关键规律背诵： 热量Q∝m Δt（质量与温度变化正比）。 热值q = Q / m，计算公式Q = qm。 自我评价题（原题，助您检测）： 在热传递过程中，高温物体放出热量，内能________；低温物体吸收热量，内能________。热量总是从________物体向________物体传递。 氢气的热值为 1.26×107J/m³，物理意义是________________________________________。液氢用于火箭是因高________、清洁、零碳。 计算题：10kg木炭（热值3.4×107J/kg）完全燃烧放热Q=qm=3.4×107J/kg×10 kg= 3.4×108J；剩余木炭热值不变；相当于燃烧煤气。 12.3 物质的比热容 一、比热容的基本概念与重要性 重点内容：比热容是物质的一种属性，表示物质________________能力。数值上等于1kg物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。 单位：________________________（J/(kg·℃)），符号为c。 规律总结：比热容大的物质（如水），温度变化慢；比热容小的物质（如砂石），温度变化快。这解释了为什么沿海地区昼夜温差小（海水比热容大），而沙漠地区昼夜温差大（砂石比热容小）。 补充细节：从表12-3-2可知，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，是常见物质中最大的；铅的比热容最小，为0.13×103J/(kg·℃)。背诵口诀：“水大砂小，温差悬殊；比热容定，热量出入。” 二、实验探究：不同物质的吸热放热性能 重点内容：通过水和砂石的对比实验，证明________相等的不同物质，在升高相同温度时，吸收的热量________。 实验目的：比较水和砂石的吸热性能。 实验器材：100g水、100g干燥砂石、相同规格烧杯、酒精灯、搅拌棒。实验强调控制变量：质量相等、加热时间相同。 实验步骤（补充细节便于理解）： 起始温度记录：如18℃（根据教材示例）。 用同一酒精灯加热，同时搅拌确保受热________。 记录每1分钟的温度变化，填入数据表（表12-3-1）。 分析数据：加热相同时间，砂石温度升高更快，说明砂石比热容小，吸热性能差。 实验结论：________相等的水和砂石，升高相同温度时，砂石需要更短的加热时间（吸收热量少）。规律：比热容小的物质升温________。 要点：实验变量——质量、温度变化、加热时间；结论——吸热性能与物质种类相关。 三、比热容的定义与公式 重点内容：比热容公式为，其中Q为热量（J），m为质量（kg），Δt为温度变化（℃）。 公式推导：吸热公式：Q吸=cm(t2-t1)（温度升高时）。放热公式：Q放=cm(t1-t2)（温度降低时），单位相同。 补充细节：公式表明热量与质量、温度变化和比热容成正比。背诵技巧：联想“Q=cmΔt”，c是核心属性。 ​比热容表​（表12-3-2数据，便于对比记忆）： 物质 比热容 c [J/(kg·℃)] 物质 比热容 c [J/(kg·℃)] ​水 ​4.2×10³ 铝 0.88×10³ 酒精 2.4×10³ 干泥土 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 ​0.92×10³ ​铅 ​0.13×10³ 规律总结：液体比热容一般大于固体；水是常见物质中比热容最大的，铅最小。背诵口诀：“水四二，铅一三；比热容，记心间。” 四、热量计算与实际应用 重点内容：使用公式Q=cmΔt计算热量，注意区分吸热和放热。 例题解析（教材示例）：质量为2kg砂石，从10℃升高到20℃，吸收热量计算。 解：c砂=0.92×103J/(kg·℃)，m=2kg，Δt=10℃。 Q吸=cmΔt=0.92×103J/(kg·℃)×2kg×(20℃-10℃)=1.84×104J。 技巧：先查表c，再代入公式；单位统一为kg和℃。 实际应用： 用水取暖（如暖气片）：水的比热容大，降低温度时放出大量热量，适合供暖。 用水降温（如发动机冷却）：水的比热容大，升高温度时吸收大量热量，防止过热。 五、总结规律 比热容定义：，是物质固有属性，只与物质________和状态有关。 物质对比：水（c大）VS砂石（c小），导致沿海温差小、沙漠温差大。 热量计算：Q= cmΔt，注意吸热（温度升）和放热（温度降）公式差异。 12.4 热机与社会发展 一、热机基础概念 定义：热机是将燃料的________能通过燃烧转化为________，再通过做功将________转化为________的装置。 能量转化路径：化学能→内能→机械能 种类：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机等。 社会作用：替代人力工具（如收割机替代镰刀），________________；推动交通运输革命（列车、远洋巨轮、飞机）；实现人类飞天梦（火箭发动机）。 二、汽油机详解 1．燃料：汽油（气缸内部燃烧）。 2．主要构造： 部件 作用 ​气缸 燃烧汽油，产生高温高压燃气 ​活塞 被燃气推动做功，内能→机械能 ​火花塞 点火装置，引燃混合气 进气门和排气门 控制混合气进入和废气排出 3．工作循环（四冲程） 吸气冲程：进气门开，混合气进入气缸。 压缩冲程：气门关闭，活塞上行压缩混合气→内能增大，温度________。 做功冲程：火花塞点火，燃气爆炸推动活塞下行→唯一对外做功的冲程（内能→________能）。 排气冲程：排气门开，活塞上行排出________。 关键点：除做功冲程外，其余冲程依赖________完成。 三、柴油机特点 燃料：柴油（更便宜，________高）。 点火方式：​________式（无火花塞，喷油嘴高压喷油自燃）。 优缺点： 优点：________高（约45%），节能且CO₂排放少； 缺点：笨重、噪声大、________。 应用：载货汽车、轮船、拖拉机；技术进步后小型高速柴油机逐步推广。 四、热机效率与环保 1．效率公式：。 汽油机：20%~30%；柴油机：约45% 2．环境污染：废气含有害物质（如CO、氮氧化物），污染空气；高温废气加剧温室效应。 3．改进措施：严格尾气排放标准（如国六标准）；提升燃油品质；发展新技术（电控喷射、涡轮增压）；________________（电动汽车、混合动力车）。 五、热机发展史 1765年：瓦特改进蒸汽机→________________________。 1903年：莱特兄弟发明汽油机飞机→实现飞天梦。 20世纪40年代：喷气发动机（空气喷气/火箭发动机）问世→航天时代开启。 21世纪：中国“长征”火箭发射北斗卫星、天宫空间站等→________________________。 六、重点对比：燃油车 vs 电动车 维度 燃油车 电动车 ​能量来源 汽油/柴油燃烧（化学能） 电池供电（电能） ​效率 较低（约20%~45%） 较高（电机效率>90%） ​环保性 排放废气，污染环境 ​零排放​（使用阶段） ​改进方向 混动技术、清洁燃料 提升电池续航、快充技术 七、自我评价与作业精要 1．填空：热机将燃料的化学能→内能→机械能。 2．四冲程顺序​（图12-4-8）： (a)：​吸气冲程​（进气门开） (b)：​排气冲程​（排气门开） (c)：​压缩冲程​（活塞上行，气门关） (D)：​做功冲程​（火花塞点火） 正确顺序：(a)→(c)→(d)→(b) 3．冲程能量变化： 做功冲程：内能↓，温度↓； 压缩冲程：内能↑，温度↑。 4．能量流向分析​（图12-4-9）： (1) 能量损耗：​废气带走热量、冷却散热、摩擦损耗、声能损耗； (2) 能量转化效率： (3) 建议：使用轻量化材料​（减少摩擦损耗）。 背诵口诀： "四冲程，循环走，吸气压缩做功排； 做功冲程是关键，内能机械相互转； 柴油压燃效率高，汽油点火火花跳； 节能减排是趋势，电动未来更环保！" 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章 内能与热机（知识清单） 思维导图 12.1 内能 一、物体的内能 内能是物体内所有分子动能与分子势能的总和。这是理解能量转换的基础概念，需重点记忆。 影响因素： 温度：同一物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈，内能越多；温度越低，内能越少。例如，加热金属块时，温度升高，内能增加。 质量：对于温度相同的同种物质，质量越大，内能越多。例如，一大杯热水比一小杯热水内能更大。 类比说明：分子能量类似于图12-1-1所示的类比，帮助形象化理解分子运动。 补充细节：内能是微观概念，单位是焦耳（J）。日常中，交通工具（如汽车）的能量来自燃料燃烧释放的内能，转化为机械能做功。 规律总结：内能与温度和正相关，与质量正相关。背诵口诀：“温高质大，内能多；温低质小，内能少。” 二、改变内能的方式 改变内能有两种等效方式：做功和热传递。两种方式效果相同，但过程不同，需区分理解。 做功改变内能： 定义：通过机械力对物体做功，使内能增加或减少。例如，钻头钻孔时发热，内能增加。 实验例子： 快速搓动双手，手温升高：摩擦做功机械能转化为内能。 压缩厚壁筒中的乙醚棉花球，棉花燃烧：压缩气体做功，内能增加导致温度升高。 解释：做功时，机械能转化为内能，遵循能量守恒定律。补充细节：日常例子包括锤打铁块发热或自行车刹车时轮胎变热。 热传递改变内能： 定义：内能从一个物体转移到另一个物体，或从高温部分转移到低温部分，不涉及机械力。 三种方式： 传导：热通过直接接触传递。例如，金属棒一端加热，另一端变热。 对流：热通过流体（液体或气体）流动传递。例如，烧水时水对流加热。 辐射：热通过电磁波传递，无需介质。例如，太阳能辐射加热水。图12-1-4 展示这三种方式： 日常例子：补充细节——手捧热水杯变暖（传导）、空调制冷时空气对流（对流）、晒太阳取暖（辐射）。规律：热传递总是从高温向低温进行。 等效性：做功和热传递都能改变内能，效果相同。单位都是焦耳（J）。 规律总结：改变内能口诀：“做功靠力，热传递靠温；两种方式，等效不分。”背诵时，对比实验图加深记忆。 三、实验探究与现象解释 通过实验理解内能变化，便于应用知识。 实验设计：在小金属筒中盛水，增加内能的方式： 做功：快速摇晃筒体（机械功）。 热传递：加热筒底（传导）或加入热水（对流）。 判断方式：如果只知水温升高，无法判断具体方式，因为两种方式效果等效。需观察过程：如看到摩擦或加热动作。 常见现象解释（基于作业题）： 金属勺子变烫手（图12-1-5）：内能增加，通过热传递（传导）方式改变内能。 滑梯下滑臀部发热：通过做功方式（摩擦）改变内能。 打气筒外壁发热：压缩气体做功，内能增加。 三杯水内能比较（图12-1-6）：温度相同，质量越大内能越多；质量相同，温度越高内能越多。 规律总结：实验强化“做功增内能，热传递转内能”的规律。 四、总结规律与背诵要点 核心概念： 内能定义：分子动能和势能总和。 改变方式：做功（机械能转化）和热传递（传导、对流、辐射）。 影响因素口诀：“温度质量定内能，做功热传递来改。” 等效原则：两种方式效果相同，单位焦耳。 实验规律：做功实验（如搓手）显示能量转化；热传递实验（如烧水）显示能量转移。 12.2 热量与热值 一、热量核心概念 热量定义：物体在热传递过程中内能改变的多少，用符号Q表示，单位是焦耳（J）。 补充细节：吸收热量时内能增加（如加热水），放出热量时内能减少（如冷却物体）。一根火柴完全燃烧放出的热量约为 1.0×103J。 热量与物体属性的关系：吸收或放出的热量取决于物体质量（m）和温度变化（Δt）。 补充细节：实验表明，热量Q与质量m和温度变化Δt成正比。即Q∝mΔt。焦耳实验得出：1kg纯水温度升高1℃吸收的热量为 4.2×103J（同样适用于降低1℃时放热）。 规律总结：热量计算公式可推导为Q=cmΔt（c为比热容，文中未明确定义，但隐含了水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)）。 二、实验探究：水的吸热关系 实验1：探究水的吸热与温度变化的关系 方法：使用铁架台、酒精灯、温度计等器材，加热100g水，记录每升高3℃所需时间（代表吸热量）。 结论：当质量一定时，水吸收的热量与升高的温度成正比（即Δt增加，Q增加）。 实验2：探究水的吸热与质量的关系 方法：类似实验1，但改变水的质量，保持温度变化相同。 结论：当温度变化相同时，水吸收的热量与质量成正比​（即m增加，Q增加）。 规律总结：综合实验，热量Q与质量m和温度变化Δt成正比（Q∝mΔt）。这适用于所有物体温度升高或降低时。 三、热值定义与计算 热值定义：某种燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比，用符号q表示。 补充细节：单位是J/kg（固体、液体燃料）或J/m³（气体燃料）。热值反映燃料的“能量密度”，如汽油热值高，放热多。 热值计算公式：Q = qm（m为燃料质量）；Q = qV（V为燃料体积）。 补充细节：实际燃烧中，燃料往往不完全燃烧，实际放热量小于计算值（如煤炉热效率仅15%-90%）。改善燃烧条件可提高效率，减少污染。 常见燃料热值表： 气体燃料：氢气 1.26×107J/m³，天然气 3.3×107~4.5×107J/m³。 液体燃料：汽油 4.6×107J/kg，柴油 4.3×107J/kg。 固体燃料：干木柴 1.2×107J/kg，无烟煤 3.4×107J/kg。 规律总结：热值q越大，等质量燃料放热越多（如汽油是干木柴的4倍）。计算示例：500g汽油完全燃烧放热Q= qm=4.6×107J/kg × 0.5kg = 2.3×107J。 四、生活应用实例 西气东输工程：作为能源应用案例，天然气热值高（3.3×107~4.5×107J/m³），清洁环保。工程优化能源结构，提高天然气使用比例（从2003年2.4%到2021年8.9%），支持“双碳”目标。 科学饮食与运动：基于热量概念，青少年每日热量需求与年龄、性别相关（如13~15岁男生需 1.0×107J）。 补充细节：营养物质释放热量（脂肪 3.91×104J/g），运动消耗热量（如打篮球10分钟消耗 3.8×105J）。规律：平衡摄入与消耗可预防肥胖。 五、复习要点与作业 关键规律背诵： 热量Q∝m Δt（质量与温度变化正比）。 热值q = Q / m，计算公式Q = qm。 自我评价题（原题，助您检测）： 在热传递过程中，高温物体放出热量，内能减少；低温物体吸收热量，内能增加。热量总是从高温物体向低温物体传递。 氢气的热值为 1.26×107J/m³，物理意义是1m3氢气完全燃烧放出的热量为1.26×107J。液氢用于火箭是因高热值、清洁、零碳。 计算题：10kg木炭（热值3.4×107J/kg）完全燃烧放热Q=qm=3.4×107J/kg×10 kg= 3.4×108J；剩余木炭热值不变；相当于燃烧煤气。 12.3 物质的比热容 一、比热容的基本概念与重要性 重点内容：比热容是物质的一种属性，表示物质吸热或放热的能力。数值上等于1kg物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。 单位：焦耳每千克摄氏度（J/(kg·℃)），符号为c。 规律总结：比热容大的物质（如水），温度变化慢；比热容小的物质（如砂石），温度变化快。这解释了为什么沿海地区昼夜温差小（海水比热容大），而沙漠地区昼夜温差大（砂石比热容小）。 补充细节：从表12-3-2可知，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，是常见物质中最大的；铅的比热容最小，为0.13×103J/(kg·℃)。背诵口诀：“水大砂小，温差悬殊；比热容定，热量出入。” 二、实验探究：不同物质的吸热放热性能 重点内容：通过水和砂石的对比实验，证明质量相等的不同物质，在升高相同温度时，吸收的热量不同。 实验目的：比较水和砂石的吸热性能。 实验器材：100g水、100g干燥砂石、相同规格烧杯、酒精灯、搅拌棒。实验强调控制变量：质量相等、加热时间相同。 实验步骤（补充细节便于理解）： 起始温度记录：如18℃（根据教材示例）。 用同一酒精灯加热，同时搅拌确保受热均匀。 记录每1分钟的温度变化，填入数据表（表12-3-1）。 分析数据：加热相同时间，砂石温度升高更快，说明砂石比热容小，吸热性能差。 实验结论：质量相等的水和砂石，升高相同温度时，砂石需要更短的加热时间（吸收热量少）。规律：比热容小的物质升温快。 要点：实验变量——质量、温度变化、加热时间；结论——吸热性能与物质种类相关。 三、比热容的定义与公式 重点内容：比热容公式为，其中Q为热量（J），m为质量（kg），Δt为温度变化（℃）。 公式推导：吸热公式：Q吸=cm(t2-t1)（温度升高时）。放热公式：Q放=cm(t1-t2)（温度降低时），单位相同。 补充细节：公式表明热量与质量、温度变化和比热容成正比。背诵技巧：联想“Q=cmΔt”，c是核心属性。 ​比热容表​（表12-3-2数据，便于对比记忆）： 物质 比热容 c [J/(kg·℃)] 物质 比热容 c [J/(kg·℃)] ​水 ​4.2×10³ 铝 0.88×10³ 酒精 2.4×10³ 干泥土 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 ​0.92×10³ ​铅 ​0.13×10³ 规律总结：液体比热容一般大于固体；水是常见物质中比热容最大的，铅最小。背诵口诀：“水四二，铅一三；比热容，记心间。” 四、热量计算与实际应用 重点内容：使用公式Q=cmΔt计算热量，注意区分吸热和放热。 例题解析（教材示例）：质量为2kg砂石，从10℃升高到20℃，吸收热量计算。 解：c砂=0.92×103J/(kg·℃)，m=2kg，Δt=10℃。 Q吸=cmΔt=0.92×103J/(kg·℃)×2kg×(20℃-10℃)=1.84×104J。 技巧：先查表c，再代入公式；单位统一为kg和℃。 实际应用： 用水取暖（如暖气片）：水的比热容大，降低温度时放出大量热量，适合供暖。 用水降温（如发动机冷却）：水的比热容大，升高温度时吸收大量热量，防止过热。 五、总结规律 比热容定义：，是物质固有属性，只与物质种类和状态有关。 物质对比：水（c大）VS砂石（c小），导致沿海温差小、沙漠温差大。 热量计算：Q= cmΔt，注意吸热（温度升）和放热（温度降）公式差异。 12.4 热机与社会发展 一、热机基础概念 定义：热机是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再通过做功将内能转化为机械能的装置。 能量转化路径：化学能→内能→机械能 种类：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机等。 社会作用：替代人力工具（如收割机替代镰刀），大幅提高生产效率；推动交通运输革命（列车、远洋巨轮、飞机）；实现人类飞天梦（火箭发动机）。 二、汽油机详解 1．燃料：汽油（气缸内部燃烧）。 2．主要构造： 部件 作用 ​气缸 燃烧汽油，产生高温高压燃气 ​活塞 被燃气推动做功，内能→机械能 ​火花塞 点火装置，引燃混合气 进气门和排气门 控制混合气进入和废气排出 3．工作循环（四冲程） 吸气冲程：进气门开，混合气进入气缸。 压缩冲程：气门关闭，活塞上行压缩混合气→内能增大，温度升高。 做功冲程：火花塞点火，燃气爆炸推动活塞下行→唯一对外做功的冲程（内能→机械能）。 排气冲程：排气门开，活塞上行排出废气。 关键点：除做功冲程外，其余冲程依赖飞轮惯性完成。 三、柴油机特点 燃料：柴油（更便宜，热值高）。 点火方式：​压燃式（无火花塞，喷油嘴高压喷油自燃）。 优缺点： 优点：效率高（约45%），节能且CO₂排放少； 缺点：笨重、噪声大、成本高。 应用：载货汽车、轮船、拖拉机；技术进步后小型高速柴油机逐步推广。 四、热机效率与环保 1．效率公式：。 汽油机：20%~30%；柴油机：约45% 2．环境污染：废气含有害物质（如CO、氮氧化物），污染空气；高温废气加剧温室效应。 3．改进措施：严格尾气排放标准（如国六标准）；提升燃油品质；发展新技术（电控喷射、涡轮增压）；推广新能源车（电动汽车、混合动力车）。 五、热机发展史 1765年：瓦特改进蒸汽机→第一次工业革命。 1903年：莱特兄弟发明汽油机飞机→实现飞天梦。 20世纪40年代：喷气发动机（空气喷气/火箭发动机）问世→航天时代开启。 21世纪：中国“长征”火箭发射北斗卫星、天宫空间站等→航天技术跨越式发展。 六、重点对比：燃油车 vs 电动车 维度 燃油车 电动车 ​能量来源 汽油/柴油燃烧（化学能） 电池供电（电能） ​效率 较低（约20%~45%） 较高（电机效率>90%） ​环保性 排放废气，污染环境 ​零排放​（使用阶段） ​改进方向 混动技术、清洁燃料 提升电池续航、快充技术 七、自我评价与作业精要 1．填空：热机将燃料的化学能→内能→机械能。 2．四冲程顺序​（图12-4-8）： (a)：​吸气冲程​（进气门开） (b)：​排气冲程​（排气门开） (c)：​压缩冲程​（活塞上行，气门关） (D)：​做功冲程​（火花塞点火） 正确顺序：(a)→(c)→(d)→(b) 3．冲程能量变化： 做功冲程：内能↓，温度↓； 压缩冲程：内能↑，温度↑。 4．能量流向分析​（图12-4-9）： (1) 能量损耗：​废气带走热量、冷却散热、摩擦损耗、声能损耗； (2) 能量转化效率： (3) 建议：使用轻量化材料​（减少摩擦损耗）。 背诵口诀： "四冲程，循环走，吸气压缩做功排； 做功冲程是关键，内能机械相互转； 柴油压燃效率高，汽油点火火花跳； 节能减排是趋势，电动未来更环保！" 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$