第十二章 机械能和内能（复习讲义）物理新教材苏科版九年级上册

第十二章 机械能和内能 复习要点 1. 理解能量的概念：一个物体能够对另一个物体做功，就具有能量；做功的过程伴随着能量的转化，功是能量转化的量度。 2. 掌握动能与势能的影响因素：动能大小由质量和速度决定；重力势能由质量和高度决定；弹性势能由弹性形变程度决定。能运用控制变量法和转换法分析相关实验现象。 3. 理解机械能及其转化：知道动能和势能统称为机械能；能分析滚摆、单摆、弹簧振子等典型过程中动能、重力势能与弹性势能之间的相互转化。 4. 理解机械能守恒的条件：如果只有动能和势能相互转化（不计摩擦和阻力），机械能的总量保持不变；能判断实际情境中机械能是否守恒及能量去向。 5. 理解内能的概念：知道内能是物体内所有分子热运动动能与分子势能的总和；一切物体在任何温度下都具有内能；知道温度、质量、状态等是影响内能大小的因素。 6. 掌握改变内能的两种方式：做功（实质是能量的转化）和热传递（实质是内能的转移）；能判断生活实例中内能改变的具体方式。 7. 辨析温度、热量与内能：理解“热量是过程量，温度是状态量”；知道物体吸收热量内能一定增加，但温度不一定升高（如晶体熔化）；温度升高内能一定增大，但不一定吸热（可能外界对物体做功）。 8. 建立比热容概念并掌握热量计算：理解比热容反映物质吸放热本领；掌握吸放热公式 Q=cmΔt及其变形，能进行简单的热量计算；能用水的比热容大解释相关自然现象。 9. 了解热机与热值：知道四冲程汽油机的基本结构和工作循环（吸气、压缩、做功、排气）；知道在压缩冲程中机械能转化为内能，在做功冲程中内能转化为机械能；理解燃料热值的概念及燃烧放热公式Q放=mq（或Q放=Vq）。 10. 理解热机效率并能进行综合效率计算：知道热机效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比；能区分机械效率（η=W有/W总）与热机效率的物理意义，并进行涉及能量转化的综合计算。 复习重难点 重点：动能与势能影响因素的实验探究（控制变量法与转换法的运用）；机械能相互转化的过程分析；做功与热传递改变内能的辨识；比热容概念的理解与Q=cmΔt 的灵活计算；四冲程汽油机的工作过程及能量转化；燃料热值计算与热机效率的基本计算。 难点：温度、热量、内能三个概念之间的区别与联系（如“热量不能含、温度不能传、内能不能算”）；机械能守恒的条件判断及实际情境中“机械能是否守恒”的分析；比热容概念的建立及其物理意义的深层理解；热机效率计算中“有用能量”的准确识别（如加热水时有用能量为水吸收的热量，热机对外做功时有用能量为机械功）；能量转化效率综合题中“总能量”与“有效利用能量”的对应关系辨析；涉及物态变化时“吸放热与温度变化不同步”的特殊情形分析。 要点 机械能及其转化 1、动能 （1）定义：物体由于运动而具有的能量叫作动能。 （2）动能的影响因素：质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；速度相同的物体，质量越大，动能越大。 2、势能 （1）重力势能：物体由于被举高而具有的能。质量越大，高度越高，重力势能越大。 （2）弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能。弹性形变程度越大，弹性势能越大。 3、机械能及其转化 （1）机械能：动能与势能的统称。 （2）机械能的转化：动能和势能可以相互转化。如滚摆下降时，重力势能转化为动能；上升时，动能转化为重力势能。 （3）机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，没有摩擦等阻力，机械能的总量保持不变。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 判断动能和势能的转化，关键是看物体的速度和高度（或形变程度）如何变化。 实际生活中由于存在摩擦阻力，机械能总量通常会减小，减少的机械能转化为了内能。 要点速测 1．嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化如图所示。返回舱在AB段的动能______（变大/不变/变小，下同），CD段的重力势能______，BC段的机械能______；AB段返回器动能变化量______（大于/等于/小于）重力势能的变化量。 2．小明利用如图装置研究做功与能量的转化关系。重物通过细绳与木块相连，细绳不可伸长。AQ为水平面，AP段长为L，表面光滑；PQ段粗糙。实验开始时，木块的细绳拉直，质量为M的木块位于P点，质量为m的重物恰好置于地面。将木块从P向右拉至A（如图虚线位置处），放手后木块向左运动，最终停在B点，PB长为x。不计空气阻力、滑轮摩擦。 (1)木块在AB段运动过程中，重物的重力做功为（用字母表示）___________；木块经过PB段时机械能___________（选填“不变”、“增大”或“减小”）。 (2)观察实验并联系生活实际，小明提出猜想：重物和木块获得的总动能与重物重力做功多少有关。他提出猜想的生活依据是：______________________； (3)为了验证猜想，小明做了以下实验。重物m=100 g，木块M=900 g，改变木块从P点右移的距离L，测得一组数据，记录如下：（g取10 N/kg） 序号 1 2 3 4 5 6 PA的长L/m 0.1 0.15 0.2 0.35 0.45 0.5 木块在P点的速度平方v2/（m·s-1）2 0.2 0.3 0.4 0.7 0.9 1.0 ①已知物体动能的表达式为，分析重物和木块获得的总动能与重物的重力做功的多少，可知猜想是___________（选填“正确”或“错误”）的，得出的结论是_________________________________。在AP段滑行的过程中，该系统（重物和木块）的机械能___________（选填“守恒”或“不守恒”）。 ②利用实验信息分析，当L=0.72 m时，木块M在P点的速度为___________m/s，获得的动能为___________J。 (4)如果上述结论具有普遍性，则一个物体从高为h的光滑斜面顶端，由静止开始滑下，不计空气阻力，物体滑到斜面底端时的速度v=______________________（用字母表示）。 要点 内能与热传递 1、内能 （1）定义：物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。 （2）影响因素：物体的温度、质量、状态等。 （3）特性：一切物体，不论温度高低，都具有内能。 2、改变内能的两种方式 （1）做功：实质是内能与其他形式的能相互转化（如摩擦生热：机械能转化为内能）。 （2）热传递：实质是内能的转移（能量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）。 （3）做功和热传递在改变物体内能上是等效的。 3、热量（Q） （1）概念：在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量。单位是焦耳（J）。 （2）热量是过程量，只能说“吸收”或“放出”热量，不能说“含有”热量。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 温度、热量、内能三者的辨析：物体温度升高，内能一定增加，但不一定吸收热量（可能外界对它做功）；物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高（如晶体熔化过程）；热量是过程量，不能脱离热传递谈热量。 要点速测 1．如图甲所示，将装有热奶的奶瓶放入水中冷却，根据测得的数据绘出热奶和水的温度随时间变化的图像如图乙所示。根据图像回答下列问题： (1)表示热奶的温度随时间变化的曲线是图乙中的__________（选填“A”或“B”）；热奶的末温是__________℃。 (2)热奶和水会发生热传递，是因为它们有不同的__________；热奶和水发生热传递的过程中，__________放出热量，__________（后两空均选填“热奶”或“水”）的内能增大。 (3)根据图乙中A、B图像__________（选填“能”或“不能”）得出“水的比热容比热奶的比热容大”的结论。 2．下列关于如图所示现象的说法均不完整，请你利用所学知识将其补充完整： (1)甲图：抽取玻璃隔板后，两瓶中的气体逐渐混合，这是气体的_________现象，此现象表明分子在____________________。本实验不可将装有二氧化氮的容器放在上面进行，这是为了避免_________力对实验的影响； (2)乙图：在注射器中注入适量水，用手指封闭注射器的筒口，发现很难将活塞推动，此现象说明分子间存在_________力。 (3)丁图：用气筒向装有少量酒精的瓶内用力打气的过程中，瓶内气体的内能会_________（选填“增大”或“减小”）。当向瓶中继续打气，瓶塞从瓶口处跳出时，观察到瓶内有“白气”产生。这是由于瓶内的气体对外做功使其内能_________（选填“增大”或“减小”），温度降低，瓶内酒精蒸气_________（填物态变化）。 要点 比热容 1、比热容（c） （1）定义：单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。 （2）单位：焦每千克摄氏度，符号是 J/(kg·℃)。 （3）物理意义：水的比热容c水=4.2×103J/(kg⋅℃)，表示1kg 的水温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103J 。 （4）特性：比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度变化多少无关。 2、热量的计算 （1）吸热公式：。 （2）放热公式：。 （3）热平衡方程：Q吸=Q放（不考虑热损失），最终物体温度相等。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 水的比热容较大，在生活和生产中常用来作冷却剂、取暖剂，也解释了沿海地区昼夜温差比内陆小的现象与海陆风的成因。 要点速测 1．小明在探究“比较不同物质吸热情况”的实验中，采用了如图-1所示的实验装置。 (1)小明在两个相同的烧杯中分别装入________相等的甲、乙两种液体。用规格相同的电加热器加热，并用玻璃棒不断搅拌，每隔相同时间读取一次温度，并记录在表格内。为了完成该实验，除天平和温度计外，还需要一个测量工具是________。 (2)分析表格可知，两温度计示数都升高到42℃时，甲增加的内能________（选填“>”“=”或“<”）乙增加的内能；若使甲、乙升高相同的温度，则吸收更多热量的是________。 加热时间/min 0 1 2 3 4 甲的温度/℃ 30 34 38 42 46 乙的温度/℃ 10 18 26 34 42 (3)图-2中①是乙加热时温度随时间变化的图线，如果将初温相同的乙物质质量增加到原来的2倍，不考虑热损失，用相同的加热器加热，再绘制出一条温度随时间变化的图线，则为图2中的________（选填“①”“②”或“③”）。 (4)为了表示不同物质在这种性质上的差异，物理学中引入了________这一物理量。在沿海地区炎热晴朗天气里，由于海水和陆地的这种性质不同，易形成海陆风或陆海风。如图-3甲所示是风力发电机独特的尾翼结构，能使其旋翼自动迎风。仅在海陆风或陆海风因素的影响下，如图乙所示风力发电站的情形是出现在________（选填“白天”或“夜晚”）。 2．牛奶营养丰富，容易消化吸收，但在高温加热状态下其营养成分容易受到破坏。生活中常用“水浴法”对牛奶加热，如图甲所示，把质量为300g的凉牛奶置于盛有热水的敞口玻璃杯中加热，经过一段时间，牛奶和热水的温度随时间的变化图像如图乙。已知，。求： (1)牛奶不再升温时吸收的热量 (2)若牛奶吸收的热量占水总共放出热量的20%，则水放出多少热量？ (3)水的质量是多少千克？ 要点 机械能与内能的转化、热机 1、机械能与内能的相互转化 （1）机械能转化为内能：如摩擦生热、压缩气体做功（压燃仪实验）。 （2）内能转化为机械能：如气体膨胀做功（水蒸气顶起壶盖）、热机的工作过程。 2、热机（内燃机） （1）定义：将燃料燃烧产生的内能转化为机械能的机器。 （2）四冲程内燃机：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 其中，压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能（是唯一对外做功的冲程）。 一个工作循环包括4个冲程，曲轴转2圈，活塞往复运动2次，对外做功1次。 3、燃料的热值（q） （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，数值上等于1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。 （2）公式：Q放=mq 或Q放=Vq（针对气体燃料）。 （3）特性：热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧无关。。 4、热机效率 （1）定义：热机转变为有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。 （2）公式：。 （3）提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减少各种热量损失；保持良好的润滑以减少摩擦。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 热机效率总是小于1（即 <100%），因为总有能量损失（如废气带走热量、散热、克服摩擦做功等）。 热机效率与机械效率不同，热机效率涉及的是内能向机械能转化的比例。 能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 要点速测 1．现阶段，混合动力汽车成为我们生活中比较常见的代步工具。 (1)充电过程中，蓄电池相当于________（选填“用电器”或“电源”）。充电桩有较好的防水保护功能，是为了防止线路过于潮湿出现________（选填“短路”或“断路”）现象。汽车排气管上带有静电消除器，可随时将多余电子导向大地，则电流方向沿静电消除器流向________（选填“大地”或“排气管”）。 (2)如图所示，图A、B、C、D是四冲程的工作示意图，其中C图是________冲程。一单缸汽油机的活塞面积是，做功冲程燃气平均压强，冲程距离为，则一个工作循环燃气对活塞做功________J；若该汽油机的转速为1800 r/min，其功率为________W。 (3)现有甲乙两台单缸四冲程汽油机，其中甲汽油机的效率为20%，乙汽油机的效率是25%，汽油机甲的功率是乙的1.5倍。那么汽油机甲与乙每小时消耗的油量之比为________。 (4)每辆燃油车每年耗燃油，燃油车内燃机的效率平均值取24%；如果能把内燃机效率提高1%，则我国每年这3亿辆燃油车可以节约________t燃油。（） 2．油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车以高速匀速行驶时，内燃机启动，此时在向车轮输送能量的同时也给动力蓄电池组充电。已知某型号混合动力汽车所用的动力蓄电池可储存的最大电能是。若测试人员驾驶该车在平直公路上以的测试车速匀速行驶，内燃机消耗燃油，（燃油的热值为），蓄电池组的电能增加了最大电能的10%；汽车行驶时所受阻力和车速的关系如图所示。求： (1)该汽车测试行驶中若燃油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)当汽车以的车速匀速行驶时，汽车行驶的过程中牵引力做了多少功？ (3)此油电混动汽车的效率是多大？ 难点 温度、热量、内能的三者关系辨析（概念辨析的“雷区”） 这是热学部分最容易混淆的概念组合。 易错根源：误认为“温度高热量多”、“温度升高一定吸热”、“内能大温度一定高”。 破局关键： 温度：状态量，描述物体的冷热程度。用“升高、降低”描述。 内能：状态量，能量的一种形式。一切物体都有内能。一定质量、状态的物体，温度升高内能一定增大。 热量：过程量，伴随热传递发生。只能说“吸收、放出”。物体不吸热也不放热时，不能说含热量。 联系：吸收热量 → 内能增加（不一定升温，如熔化）；做功 → 内能改变（温度可能改变）。 难点 热量、热值与热机效率的综合计算（压轴题的“拦路虎”） 此类题目往往以汽车、锅炉等为背景，综合考查燃料燃烧放热、水吸热以及效率计算。 易错根源：公式张冠李戴（如算热机效率时忘了Q放是总能量），搞错温度的变化量（将“升高到”当成“升高了”）。 破局关键： 理清能量流向：明确谁是“总能量”（通常是燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq），谁是“有用能量”（如被水吸收的热量Q吸=cmΔt，或热机做的有用机械功W=Fs）。 掌握核心公式： 热传递效率： 热机效率： 注意温度陷阱：“升高了”指 Δt，“升高到”指末温t， Δt 表示初温与末温的差值的绝对值。 注意单位统一：在力学与热学综合计算中，质量单位要统一化为kg，热量与功的单位统一为J。 考点 动能、势能的影响因素及机械能的转化 ▌例1 小月在游乐场看见如图甲所示的“过山车保龄球”的游戏，游戏规则是在水平轨道上的A点推出保龄球，只要保龄球最终停在D处的凹陷里即为获胜，但是她发现成功的可能性很小，于是自己动手做了如图乙所示的相似模型，通过物理知识分析其原因（AB为水平轨道，C为上凸弯道的最高点，D为下凹弯道最低点）。 (1)小球从B点到C点运动的过程中发生的能量转化主要为________能转化为________能。 (2)如图丙所示，小月利用频闪相机拍下小球从A运动到C的过程中的照片。AB段，小球运动轨迹比较均匀，说明小月所选用轨道的材料比较__________（选填“光滑”或“粗糙”）；若轨道整体完全光滑，当小球通过C点后，它返程中________（选填“能”或“不能”）通过C点。 (3)通过实验与分析过程若想更容易获胜，可以将轨道________（选填“AB”“BC”或“CD”）段变粗糙一些。 (4)游戏时，保龄球不小心脱手，落在地上，如下图是保龄球的运动轨迹，表格中是保龄球经过M、N两点（图中未标出）时的动能和重力势能的参数，M、N可能所处的位置判断正确的是________。 位置 重力势能/J 动能/J M点 24 18 N点 30 20 A．①是M，②是N B．③是M，②是N C．①是M，③是N ▌迁移练1-1 如图所示，可以通过身体用力来使秋千荡得更高。当秋千摆向最低点时候，人由站立转为蹲下；当秋千由最低点摆向最高处时，人由蹲下转为站立，以此规律反复操作可以使得秋千越摆越高。整个过程忽略空气阻力，忽略绳子的伸长，则下列说法正确的是（     ） A．荡秋千过程中人和秋千的机械能守恒 B．返回最低点时，与前次经过最低点相比，人的运动方向相反，速度大小相同 C．在荡秋千过程中只有重力做功 D．荡秋千过程中一定有其它形式的能转化为机械能 ▌迁移练1-2 为探究物体动能的大小与哪些因素有关，某实验小组利用斜面、质量不同的小钢球、木块等器材进行了如图所示的实验： (1)实验中小钢球的动能的大小是通过________来判断的； (2)实验中通过甲、乙两图可以得出结论________； (3)若在进行甲、丙两图实验时，两次实验中木块被推动的距离相近，为了改进实验，下列方法可行的是 ________； A．换用一个质量较大的木块 B．换用表面更粗糙的木板 C．丙图中换用质量更大的钢球 D．增加丙图中钢球的释放高度 (4)如图丁所示，若用A、B两个质量不同的小球（mA＞mB）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，两球获得的动能关系EA________EB（选填“＞”、“＜”或“=”）； (5)如图戊所示，2个相同的小球以同样的速度v沿着与水平方向均成θ角斜向上抛出，a图中斜面光滑且足够长，b图中小球被直接抛向空中，不计空气阻力。在a、b两图中，小球能到达的最高点离地高度分别为h1和h2（图中未画出），则h1_______h2；小球在向上运动的过程中，机械能________。 考点 改变内能的两种方式及应用判断 ▌例1 物理与生活密切相关，下列现象与其物理知识对应正确的是（     ） ①用冰块给发热病人降温——冰块的内能为零 ②灶台下木柴燃烧——化学能转化为内能 ③水蒸气把锅盖顶起——内能转化为机械能 ④用热水袋取暖——利用热传递改变物体内能 A．只有①④正确 B．只有②③④正确 C．只有②③正确 D．只有③④正确 ▌迁移练1-1 关于热量、温度和内能，下列说法正确的是（     ） A．物体对外做功，物体的内能会减少 B．物体的温度越高，含有的热量越多 C．物体内能增大，一定是从外界吸收了热量 D．物体吸收热量，温度一定升高 ▌迁移练1-2 某兴趣小组用相同的小烧杯甲、乙盛等量的水，在标准大气压下用相同的热源同时加热。如图所示，甲杯为隔水加热，乙杯为隔油加热，加热足够长时间后，测得甲杯外的水温100℃、乙杯外的油温为300℃，甲、乙两杯中的水不能沸腾的是 ______，理由是 ______达到沸点，______继续吸热（填“能”或“不能”），最终两杯水的温度t甲______t乙（选填“>”、“=”或“＜”）。 考点 比热容的理解及吸放热公式的综合计算 ▌例1 1kg的20℃的冷水和一定质量的60℃的热水混合，达到热平衡状态时温度是40℃（不计热量损失），求： (1)冷水吸收多少热量； (2)热水的质量是多少克？[水的比热容为] ▌迁移练1-1 如图所示是“探究冰熔化时温度随加热时间变化”的图像。已知相同时间吸收的热量相同，冰的质量为500g，在固态与液态时升高相同温度吸收热量之比为________，冰熔化过程中吸收的热量为________J，冰的比热容是________。(） ▌迁移练1-2 用酒精灯加热某晶体，其温度变化图像如图所示，晶体的质量是1kg（假设酒精灯放热完全被加热物质吸收，忽略质量的变化），若该物质固态时比热容是。求： (1)晶体熔化过程中吸收的热量是多少？ (2)结合图像回答该物质液体时比热容和固体时比热容之比是多少？ 考点 热机（四冲程内燃机）的工作过程及能量转化 ▌例1 汽车是常见的交通工具，随着人们生活水平的提高，汽车也走进了寻常百姓家。 (1)如图甲所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程的顺序是________（对图甲中A、B、C、D重新排序）； (2)一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为2400 r/min，该汽油机每秒钟对外做功________次，图甲中D所示的汽油机冲程是通过________的方式改变燃气内能的； (3)图乙所示为某汽油机的能流图，内燃机的效率可表示为________。（用图中给的符号写出表达式），整个过程总能量________（选填“守恒”或“不守恒”）。 ▌迁移练1-1 如图所示是一台四冲程汽油机的工作示意图，汽油机正在进行的是____________冲程，它的能量转化情况与____________（选填“甲”或“乙”）图相同，该冲程汽缸中气体的内能将____________，已知其飞轮的转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟完成如图所示的冲程____________次。汽车启动时能闻到汽油味，此时汽油没有充分燃烧，该燃料的热值____________。（选填：变大/变小/不变） ▌迁移练1-2 如图为汽油机某冲程示意图。若该四冲程汽油机的活塞面积，活塞冲程长度为，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强，飞轮1 min转动1600转，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求： (1)做功冲程中活塞受到燃气的平均压力为多少？ (2)在此工作状态下汽油机1 min对外做功是多少？ (3)该汽油机的功率是多大？ 考点 吸热效率的计算 ▌例1 柳州某农户用干木柴炉烧水。水壶内盛有质量为2kg、初温为20℃的水，在标准大气压下加热到70℃，此过程中完全燃烧了0.1kg的干木柴。已知水的比热容，干木柴的热值。求： (1)水吸收的热量； (2)该柴炉烧水时的热效率； (3)若该柴炉烧水效率保持不变，要在标准大气压下把质量为5kg、初温为20℃的水烧开（温度升高到100℃），需要完全燃烧多少千克干木柴？ ▌迁移练1-1 北京时间2026年10月10日3时27分，我国在海南商业航天发射场使用长征十二号运载火箭，成功将卫星互联网低轨27组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。如图所示。若火箭发射时携带的液态氢。[当地气压为标准大气压，，] (1)求这些液态氢完全燃烧放出的热量。 (2)若这些液态氢能使的水温度升高40℃，求： ①水吸收的热量， ②加热的效率。 ▌迁移练1-2 爱动手动脑的小明利用周末在家中做“水的沸腾”实验，他在轻质铝壶中装了质量为2kg的水，然后用燃气灶（他家燃气灶热效率为“一级能效大于或等于63%”）给壶中的水加热，并当水温升到70℃时每隔1min记录一次温度计的示数，直到水沸腾一段时间后停止加热，记录的数据如表所示，这8min内消耗了天然气6.4×10-3m3水在单位时间内吸收的热量相等，[水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3]求： 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 温度/℃ 70 75 80 86 90 94 98 98 98 (1)将这些水从70℃加热到刚好沸腾时，水吸收的热量。 (2)这8min内天然气完全燃烧放出的热量是多少？ (3)水在沸腾过程中吸收的热量是多少？ (4)通过计算判定该款燃气灶能效等级能否达标？ 考点 热机效率的计算 ▌例1 氢燃料汽车是新能源汽车的重要发展方向，具有清洁无污染、效率高的优点。其工作原理是让氢气在汽缸内与空气混合后点燃，利用氢气快速燃烧膨胀产生的推力，带动活塞往复运动，再通过曲轴连杆结构将热能转化为机械能；某氢燃料大巴车完成了北京到上海的长距离测试，相关参数如下：（，） (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？ (2)若这些热量全部被质量为400kg、温度为60℃的水吸收，能使水的温度升高多少？（在1标准大气压下） (3)0.6kg氢燃料可供该型号氢燃料大巴车以70kW的恒定功率匀速行驶600s，则该大巴车的热机效率为多少？ ▌迁移练1-1 一辆使用汽油为燃料的小汽车，在水平路面上以72km/h的速度匀速行驶，发动机的输出功率是60kW，已知汽油的热值为q=4.6×107J/kg，水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃）。 (1)汽车的冷却系统用水来给发动机降温，5kg的水在冷却系统中温度升高了20℃，水吸收的热量为多少？ (2)发动机提供的牵引力F？ (3)若汽车匀速行驶23 min消耗5kg汽油，则发动机的效率是多少？ ▌迁移练1-2 某油电混合动力汽车以纯油模式沿平直公路以的速度匀速行驶，从处到处用时1 h，发动机工作时汽油燃烧释放热量的用于驱动汽车匀速行驶。汽车在AB段所受阻力恒为900 N。设汽油在汽缸内完全燃烧，且热值近似取。 (1)求A、B两地间的距离。 (2)求在上述行驶过程中： ①牵引力对汽车所做的功； ②消耗的汽油质量。 (3)从处开始，司机关闭发动机，汽车滑行至处速度降至，在此过程中，汽车电池电能增加。司机在点开启发动机和电动机一起驱动汽车行驶，CD段保持的速度匀速行驶，所受阻力为100 N，且CD和AB距离相等。若电池减少的电能全部通过电机驱动汽车行驶，不计电能转化为机械能过程的能量损失，B、D两个位置电池中电能相等，求汽车从处行驶至处时消耗的汽油质量。 基础达标 1．北京时间2026年10月10日03时27分，长征十二号火箭在海南商业航天发射场点火升空，将卫星互联网低轨27组卫星送入预定轨道，发射任务圆满成功。下列关于火箭说法不正确的是（     ） A．火箭常用液氢作燃料，是因为液氢的热值大 B．火箭发射利用了物体间力的作用是相互的原理 C．火箭升空的过程中，火箭的动能增大，重力势能增大 D．火箭升空的过程中，机械能转化为内能 2．如图所示，图中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（     ） A．图甲中，硝化棉内能减小是通过做功的方式实现的 B．图乙中，瓶内的空气推动塞子跳起时，瓶内出现“白雾”，是小液珠发生了扩散现象 C．图丙中，实验中塞子跳起时，能量转化过程为机械能转化成内能 D．图丁中，为做功冲程，四冲程内燃机的其余三个冲程均靠飞轮的惯性来完成 3．关于内能、热量、温度和机械能，下列说法正确的是（     ） A．物体内能越大，所含的热量越多 B．物体吸热，内能一定增大 C．物体内能减小，温度一定降低 D．物体的机械能变化时，它的内能可以保持不变 4．用相同的电加热器分别对甲、乙两种液体加热，其中甲乙两种液体质量分别为200g和100g，不考虑热量损失。如图所示是甲、乙两种液体的温度随加热时间变化的图像，下列说法正确的是（     ） A．升高相同温度，甲吸收热量较多 B．加热相同时间，甲吸收热量较多 C．甲与乙的比热容之比为 D．甲与乙的比热容之比为 5．如图甲所示，是“探究固体熔化时温度的变化规律”的实验装置，观察100g冰的熔化过程，并作出温度随时间变化的图像，如图乙。已知0～12min消耗酒精的质量为2.4g，，，。若单位时间内物质吸收热量相等，下列分析正确的是（     ） A．段是熔化过程，温度不变，吸收的热量为 B．持续加热，得到乙图中的段，这段时间试管中的水处于沸腾状态 C．该酒精灯的加热效率为30％ D．通过计算可得图乙中的值为32 6．在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，烧杯中加入0.2kg的水，测得初始温度为45℃。如图所示，用酒精灯加热一段时间后温度计的示数为__________℃，则水吸收的热量为__________J，若此过程完全燃烧了3.5g的酒精，则酒精灯的加热效率为__________。［水的比热容，酒精热值］ 7．如图甲是“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置，让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，推动木块移动一定的距离，本实验的研究对象是__________，该实验探究的是动能与__________的关系。换用质量不同的小球，从斜面的相同高度由静止滚下到达水平面时它们的速度__________（选填“相等”或者“不等”）。若小球在如图乙AOB所示光滑轨道从A点由静止滑下沿轨道AOB到达B点后离开轨道，不计空气阻力，离开B点后最符合实际的运动轨迹是__________（选填“a”“b”“c”或“d”）。 8．如图是高速路外侧的避险车道，它的作用是使刹车失灵的车辆安全减速，避险车道属于简单机械中的______，汽车冲上避险车道行驶时动能______（增加/减少/不变），机械能______（增加/减少/不变）。已知一辆20t的载重汽车因刹车失灵，冲上避险车道，且在避险车道上行驶15m停下。若载重汽车在避险车道上面受到的摩擦力是车重0.6倍，克服摩擦力做功与克服重力做功的比值为12∶5，则载重汽车在避险车道上克服摩擦力做的功为______J，上升的高度为______m。（g取10N/kg） 9．小明在烟台山灯塔上远眺时，发现沿海地区炎热、晴朗的天气里常常出现“海陆风”。其形成原因是海水的________比砂石大。当出现如图所示风向时，通常发生在________（选填“白天”或“夜晚”），且海水温度________（选填“较高”或“较低”）。 10．图甲是我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过压缩空气，使其内能__________，温度升高，达到艾绒的着火点。此过程对应着图乙所示四冲程汽油机的图__________（选填“a”或“b”）所示的冲程；如果一台单缸四冲程汽油机飞轮转速是3600 r/min，则汽油机每秒钟完成做功__________次。 11．如图所示是的甲与的乙混合时温度随时间变化的图像，若该过程没有热量损失，内，乙物质的内能_________（选填“增大”、“减小”或“不变”），甲与乙的比热容之比是_________。 12．如图所示，在“研究物体动能与速度、质量的关系”实验中，小明将A、B、C三小球先后从同一装置的、、高处静止滚下（，）推动纸盒在水平木板上运动一段距离后静止。 (1)实验中通过观察__________比较动能的大小； (2)小明依次完成甲、乙、丙三次实验，分析比较实验甲与实验乙可得出结论是：__________，甲、乙两次实验中若将纸盒拿走，则小球静止时在水平面上克服阻力做功__________（木板足够长，选填“>”、“<”或“=”）。要探究另一个影响因素应该选择__________两次实验，若丙中纸盒滑出木板，则对丙实验过程可以采取的措施是__________； A．减小C球的质量    B．增大纸盒的质量    C．降低C球的高度 (3)小明认为通过甲、乙两次实验也可探究重力势能与高度关系，他的想法__________（选填“可行”或“不可行”）； (4)图丁中，若将两个质量不同的小球（）分别压缩同一弹簧至相同长度并由静止释放，同一木块受撞击后移动的距离__________（不考虑球与地面的摩擦，选填“>”、“<”或“=”）。 (5)有同学将实验装置改装成如图戊所示。利用同一铁球将同一弹簧压缩不同程度后由静止释放，撞击同一位置的同一木块，比较木块在木板（足够长）上滑行距离，能否研究铁球的动能大小与速度的关系？__________（选填“能”或“不能”）。 13．某实验小组在“探究物质的吸热能力”的实验中，实验装置如图所示： 物质 初温 加热时间 末温 甲 20 5 50 乙 20 5 35 (1)实验中需要的测量器材是______、______、______。 (2)实验中必须要选取______（选填“质量”或“体积”）相等的甲、乙两种液体；选取两个相同规格的电加热器进行实验是为了能够使用______（选填“温度计示数的变化”或“加热时间的长短”）来反映液体吸收热量的多少。 (3)根据实验测得的数据分别描绘出了甲和乙两种液体的温度随加热时间变化的图像，如图丙所示，请分析实验数据可知，______的吸热能力更强，并说明分析方式________________________。 (4)若甲液体的比热容为，则乙液体的比热容为______；这两种液体中，______更适合做热水袋中使用的液体。 (5)实验结束后，小明又独自进行一次实验，用相同的温度计和停表记录了两液体的加热时间和温度，并将数据记录在表中。分析实验数据时，小明发现表格的设计存在不足，即__________________。 14．一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶100km，消耗汽油6kg，若这些汽油完全燃烧放出的热量有20%用来驱动汽车做有用功，，求： (1)这些汽油完全燃烧放出的热量； (2)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的牵引力； (3)提高汽车的效率对节能减排有重大意义，如果汽车牵引力所做的功保持不变，将这辆轿车的效率提高10%，则节约多少千克汽油？ 15．某同学用煤炉给的水加热，同时绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在内完全燃烧了的煤，水的比热容为，煤的热值约为。求： (1)煤完全燃烧放出的热量； (2)经过时间加热，水所吸收的热量； (3)煤炉烧水时的热效率。 16．如图所示，A、B是两个底部装有完全相同的加热器的容器，加热器产生的热量90%可以被容器中的液体吸收，已知加热器每秒钟放出热量为1000J。现将甲、乙两种液体分别倒入A、B容器中，其中甲液体的质量为200g，加热过程中甲、乙两种液体温度随加热时间的变化曲线如图所示。分析回答下列问题： (1)加热60s时，计算乙吸收的热量； (2)求乙的质量；[] (3)经过计算甲20s吸收的热量为，求甲液体的比热容。 能力进阶 17．一辆轿车平均车速为100km/h，它的输出功率，平均油耗为10L/100km。参考以上的数据，分析这辆车在这种状态下行驶时，发动机的效率为___________（已知汽油的热值为J/kg ，密度为kg/m3）。通过理论推导发现发动机的输出功率与其排量有一定的关系，并可据此计算出汽缸在做功冲程中的平均压强。该轿车采用直列四缸发动机，如图所示，排量为2.0L（所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量），请你计算当发动机转速（即曲轴转速）为3000r/min且它的输出功率时做功冲程中汽缸内的平均压强___________Pa。 18．随着人们生活水平的日益提高，汽车越来越多地走进了百姓人家。当一辆燃油车以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，此过程中汽车所受的阻力为______N；若汽车行驶的路程为144km，汽油的热值， 汽车发动机的效率为30%，则汽车发动机所做的功为______J和汽车消耗汽油的质量为______kg。 19．如图甲所示是汽油机的________冲程，与它能量转化相同的是________（选填“乙”或“丙”）图所示的演示实验。某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则每秒钟对外做功________次。如图丁是在“比较不同物质的吸热能力”实验中绘制的a、b两液体的温度-时间图像，若选择其中一种作为汽油机的冷却剂，则________（选填“a”或“b”）液体的冷却效果会更好些。 20．如图所示，将足量的热水倒入双层木桶，接着把质量和初温都相同的甲、乙两金属块同时放进木桶内，立即盖上软木塞，经过足够长的时间后，木桶内甲、乙金属块升高的温度_______（选填“>”、“<”或“=”）。已知，且桶内物质与外界没有发生热传递，木桶内甲、乙金属块吸收的热量分别为、，则_______（选填“>”、“<”或“=”），判断依据是_______。 21．如图所示，小华利用甲、乙、丙三套完全相同的装置，完成下面实验，已知：c水=4.2×103J/（kg•℃）。 (1)为了比较不同燃料的热值大小，他应选择图中 ___________两套装置；为了比较水和煤油的吸热本领的大小，他应选择图中 ___________两套装置（均选填“甲、乙”、“甲、丙”或“乙、丙”）。 (2)探究水和煤油的吸热本领大小实验时，应控制水和煤油的初温相同、___________相同；小明通过比较 ___________（选填“加热时间”或“温度计上升的示数”）来比较水和煤油吸收热量的多少； (3)经过实验得出了水和煤油温度随时间变化的图像如图（丁）所示，则图线 ___________（选填“a”或“b”）对应液体的吸热能力强； (4)如图（丁）所示，加热3min时，煤油的温度为 ___________℃；若不计实验过程中的热量损失，则煤油的比热容为 ___________J/（kg•℃）； (5)下列示例中与比热容无关的是 ___________（填字母）。 A．城市建造人工湖来改善气候 B．空调房间里放盐水可以增加湿度 C．用冷水冷却发动机 22．如图甲所示为四缸发动机，其工作原理：内燃机通过连杆把四个相同汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。 (1)小锦同学阅读了某牌号汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图丙所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机效率? (2)某台四缸发动机，其输出功率随转速变化如图丁所示，转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，当发动机的转速为3000r/min时，该发动机一次做功多少? (3)若某台以汽油为燃料的汽车，其发动机相关数据如表所示。（汽车排气量是指发动机汽缸的工作容积，汽车排气量越大，功率越大，空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比）。当发动机输出最大功率时，热机效率为多少? 1min内工作循环 n次 93#汽油 汽缸内汽油和空气的混合密度 ρ（kg/m3） 排气量 V（L） 汽油热值 q（J/kg） 发动机最大功率 P（kW） 空燃比 17:1 23．将两个质量均为500 g，初温为40℃的某金属球A与B投入沸水中加热很长一段时间，取出A后迅速投入质量为100 g、初温为20℃的某种液体中，达到热平衡后，再将B从沸水中取出迅速投入液体中，再次达到热平衡。此过程不计热损失。已知金属球的比热容为，这种液体的比热容为，当地大气压为标准大气压。求： (1)一颗金属球在水中吸收的热量； (2)在液体中的前后两次热平衡过程中，金属球A温度变化量之比； (3)有一大块平整的冰，温度为0℃，放在0℃的环境中，在冰面挖一个容积为的洞，用不导热的泡沫塑料板覆盖，上面挖一个小孔（如图所示）。现在从小孔向洞里缓慢倒入沸水，至多能倒入多少质量的水而不溢出？用此小题已知量写出表达式，写出必要推理过程。 已知水的密度，冰的密度，水的比热容，冰的熔化热（即1 kg冰熔化成同温度的水所需吸收的热量）（）。 24．图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电。测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，汽车的某些参数如下表所示。（燃油热值q＝4.0×107J/kg） 电机 输出最大功率/kW 40 电池 输出电压/V 300 最大容量/J 1.0×108 整车 质量/t 1 (1)求汽车在燃油条件下以50km/h的速度匀速行驶的牵引力F； (2)“吨百公里能耗”是衡量新能源汽车的一项重要指标。“J/(100km·t)”是指车辆消耗的能量与行驶路程和车辆总质量乘积的比值。求该车在测试过程中的吨百公里能耗为多少J/(100km·t)，并计算汽车的能量利用率； (3)在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能。该车在电池充满电的情况下以20km/h最多可行驶多少km。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十二章 机械能和内能 复习要点 1. 理解能量的概念：一个物体能够对另一个物体做功，就具有能量；做功的过程伴随着能量的转化，功是能量转化的量度。 2. 掌握动能与势能的影响因素：动能大小由质量和速度决定；重力势能由质量和高度决定；弹性势能由弹性形变程度决定。能运用控制变量法和转换法分析相关实验现象。 3. 理解机械能及其转化：知道动能和势能统称为机械能；能分析滚摆、单摆、弹簧振子等典型过程中动能、重力势能与弹性势能之间的相互转化。 4. 理解机械能守恒的条件：如果只有动能和势能相互转化（不计摩擦和阻力），机械能的总量保持不变；能判断实际情境中机械能是否守恒及能量去向。 5. 理解内能的概念：知道内能是物体内所有分子热运动动能与分子势能的总和；一切物体在任何温度下都具有内能；知道温度、质量、状态等是影响内能大小的因素。 6. 掌握改变内能的两种方式：做功（实质是能量的转化）和热传递（实质是内能的转移）；能判断生活实例中内能改变的具体方式。 7. 辨析温度、热量与内能：理解“热量是过程量，温度是状态量”；知道物体吸收热量内能一定增加，但温度不一定升高（如晶体熔化）；温度升高内能一定增大，但不一定吸热（可能外界对物体做功）。 8. 建立比热容概念并掌握热量计算：理解比热容反映物质吸放热本领；掌握吸放热公式 Q=cmΔt及其变形，能进行简单的热量计算；能用水的比热容大解释相关自然现象。 9. 了解热机与热值：知道四冲程汽油机的基本结构和工作循环（吸气、压缩、做功、排气）；知道在压缩冲程中机械能转化为内能，在做功冲程中内能转化为机械能；理解燃料热值的概念及燃烧放热公式Q放=mq（或Q放=Vq）。 10. 理解热机效率并能进行综合效率计算：知道热机效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比；能区分机械效率（η=W有/W总）与热机效率的物理意义，并进行涉及能量转化的综合计算。 复习重难点 重点：动能与势能影响因素的实验探究（控制变量法与转换法的运用）；机械能相互转化的过程分析；做功与热传递改变内能的辨识；比热容概念的理解与Q=cmΔt 的灵活计算；四冲程汽油机的工作过程及能量转化；燃料热值计算与热机效率的基本计算。 难点：温度、热量、内能三个概念之间的区别与联系（如“热量不能含、温度不能传、内能不能算”）；机械能守恒的条件判断及实际情境中“机械能是否守恒”的分析；比热容概念的建立及其物理意义的深层理解；热机效率计算中“有用能量”的准确识别（如加热水时有用能量为水吸收的热量，热机对外做功时有用能量为机械功）；能量转化效率综合题中“总能量”与“有效利用能量”的对应关系辨析；涉及物态变化时“吸放热与温度变化不同步”的特殊情形分析。 要点 机械能及其转化 1、动能 （1）定义：物体由于运动而具有的能量叫作动能。 （2）动能的影响因素：质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；速度相同的物体，质量越大，动能越大。 2、势能 （1）重力势能：物体由于被举高而具有的能。质量越大，高度越高，重力势能越大。 （2）弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能。弹性形变程度越大，弹性势能越大。 3、机械能及其转化 （1）机械能：动能与势能的统称。 （2）机械能的转化：动能和势能可以相互转化。如滚摆下降时，重力势能转化为动能；上升时，动能转化为重力势能。 （3）机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，没有摩擦等阻力，机械能的总量保持不变。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 判断动能和势能的转化，关键是看物体的速度和高度（或形变程度）如何变化。 实际生活中由于存在摩擦阻力，机械能总量通常会减小，减少的机械能转化为了内能。 要点速测 1．嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化如图所示。返回舱在AB段的动能______（变大/不变/变小，下同），CD段的重力势能______，BC段的机械能______；AB段返回器动能变化量______（大于/等于/小于）重力势能的变化量。 【答案】 变小 变小 不变 大于 【详解】AB段返回器在大气层内向上运动，高度升高，重力势能增大，同时需要克服空气摩擦阻力做功，速度不断减小，动能减少； CD段返回器向地球靠近，高度不断降低，质量不变，因此重力势能变小。 BC段返回器在大气层外，只有重力做功，BC段返回器的机械能不变。 AB段返回器在大气层内向上运动，高度升高，重力势能增大，同时需要克服空气摩擦阻力做功，速度不断减小，动能减少，由于空气阻力，动能转化成重力势能和内能，AB段返回器动能减少量大于重力势能的增加量，即动能变化量大于重力势能的变化量。 2．小明利用如图装置研究做功与能量的转化关系。重物通过细绳与木块相连，细绳不可伸长。AQ为水平面，AP段长为L，表面光滑；PQ段粗糙。实验开始时，木块的细绳拉直，质量为M的木块位于P点，质量为m的重物恰好置于地面。将木块从P向右拉至A（如图虚线位置处），放手后木块向左运动，最终停在B点，PB长为x。不计空气阻力、滑轮摩擦。 (1)木块在AB段运动过程中，重物的重力做功为（用字母表示）___________；木块经过PB段时机械能___________（选填“不变”、“增大”或“减小”）。 (2)观察实验并联系生活实际，小明提出猜想：重物和木块获得的总动能与重物重力做功多少有关。他提出猜想的生活依据是：______________________； (3)为了验证猜想，小明做了以下实验。重物m=100 g，木块M=900 g，改变木块从P点右移的距离L，测得一组数据，记录如下：（g取10 N/kg） 序号 1 2 3 4 5 6 PA的长L/m 0.1 0.15 0.2 0.35 0.45 0.5 木块在P点的速度平方v2/（m·s-1）2 0.2 0.3 0.4 0.7 0.9 1.0 ①已知物体动能的表达式为，分析重物和木块获得的总动能与重物的重力做功的多少，可知猜想是___________（选填“正确”或“错误”）的，得出的结论是_________________________________。在AP段滑行的过程中，该系统（重物和木块）的机械能___________（选填“守恒”或“不守恒”）。 ②利用实验信息分析，当L=0.72 m时，木块M在P点的速度为___________m/s，获得的动能为___________J。 (4)如果上述结论具有普遍性，则一个物体从高为h的光滑斜面顶端，由静止开始滑下，不计空气阻力，物体滑到斜面底端时的速度v=______________________（用字母表示）。 【答案】(1) mgL 减小 (2)物体下落过程中速度越来越快 (3) 正确 重物和木块获得的总动能等于重物重力做的功 守恒 1.2 0.648 (4) 【详解】（1）木块从A向左运动到P点时，重物恰好下落L距离落到地面，之后绳子松弛重物不再随木块运动，因此重物在木块AB段运动过程中，仅下落了L的高度，根据重力做功公式，得重力做功为 PB段水平面粗糙，木块不受绳子拉力，仅受摩擦力作用，速度不断减小，动能减小，木块在水平面重力势能不变，因此机械能减小。 （2）根据生活依据猜想，生活中物体下落时的速度会越来越快，因此重力做功的多少会影响动能。 （3）①重物重力做功为，重物和木块的总动能为，代入表格数据：比如第一组时，重物重力做功为 总动能 其余组数据也完全满足二者相等。结论：在误差允许范围内，重物和木块获得的总动能等于重物重力做的功； AP段光滑，没有摩擦力消耗能量，系统的重力做功全部转化为两者的动能，机械能总量保持不变； 由，得 根据动能公式得 （4）光滑斜面无摩擦，物体重力做的功全部转化为物体的动能，即，整理得 要点 内能与热传递 1、内能 （1）定义：物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。 （2）影响因素：物体的温度、质量、状态等。 （3）特性：一切物体，不论温度高低，都具有内能。 2、改变内能的两种方式 （1）做功：实质是内能与其他形式的能相互转化（如摩擦生热：机械能转化为内能）。 （2）热传递：实质是内能的转移（能量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）。 （3）做功和热传递在改变物体内能上是等效的。 3、热量（Q） （1）概念：在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量。单位是焦耳（J）。 （2）热量是过程量，只能说“吸收”或“放出”热量，不能说“含有”热量。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 温度、热量、内能三者的辨析：物体温度升高，内能一定增加，但不一定吸收热量（可能外界对它做功）；物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高（如晶体熔化过程）；热量是过程量，不能脱离热传递谈热量。 要点速测 1．如图甲所示，将装有热奶的奶瓶放入水中冷却，根据测得的数据绘出热奶和水的温度随时间变化的图像如图乙所示。根据图像回答下列问题： (1)表示热奶的温度随时间变化的曲线是图乙中的__________（选填“A”或“B”）；热奶的末温是__________℃。 (2)热奶和水会发生热传递，是因为它们有不同的__________；热奶和水发生热传递的过程中，__________放出热量，__________（后两空均选填“热奶”或“水”）的内能增大。 (3)根据图乙中A、B图像__________（选填“能”或“不能”）得出“水的比热容比热奶的比热容大”的结论。 【答案】(1) A 40 (2) 温度 热奶 水 (3) 不能 【详解】（1）热奶放热降温，因此温度随时间降低的A曲线是热奶的温度变化曲线；热平衡时温度保持不变，由图像可知热奶的末温为40℃。 （2）发生热传递的条件是物体间存在温度差；热奶温度高于水，故热奶放出热量，水吸收热量，内能增大。 （3）由可知，比较比热容大小需明确质量、温度变化量和吸放热的多少，本题未给出热奶与水的质量关系，无法比较二者比热容大小，故不能得出结论。 2．下列关于如图所示现象的说法均不完整，请你利用所学知识将其补充完整： (1)甲图：抽取玻璃隔板后，两瓶中的气体逐渐混合，这是气体的_________现象，此现象表明分子在____________________。本实验不可将装有二氧化氮的容器放在上面进行，这是为了避免_________力对实验的影响； (2)乙图：在注射器中注入适量水，用手指封闭注射器的筒口，发现很难将活塞推动，此现象说明分子间存在_________力。 (3)丁图：用气筒向装有少量酒精的瓶内用力打气的过程中，瓶内气体的内能会_________（选填“增大”或“减小”）。当向瓶中继续打气，瓶塞从瓶口处跳出时，观察到瓶内有“白气”产生。这是由于瓶内的气体对外做功使其内能_________（选填“增大”或“减小”），温度降低，瓶内酒精蒸气_________（填物态变化）。 【答案】(1) 扩散 不停地做无规则运动 重 (2)斥 (3) 增大 减小 液化 【详解】（1）两瓶气体彼此进入对方的现象是扩散现象，表明分子在不停地做无规则运动； 因二氧化氮密度大于空气，若将装有二氧化氮的容器放在上方，重力会使二氧化氮向下运动，无法验证分子的无规则运动，故需避免重力对实验的影响。 （2）乙图中很难压缩水，是因为分子间同时存在引力和斥力，当分子间距被压小时，斥力的作用会非常明显，该现象直接说明分子间存在斥力。 （3）向瓶内打气时，外力对瓶内气体做功，机械能转化为内能，瓶内气体内能增大； 瓶塞跳出时，瓶内气体推动瓶塞对外做功，自身内能减小、温度降低，瓶内的酒精蒸气遇冷放热，从气态变为液态形成小液滴，也就是看到的“白气”，这个物态变化是液化。 要点 比热容 1、比热容（c） （1）定义：单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。 （2）单位：焦每千克摄氏度，符号是 J/(kg·℃)。 （3）物理意义：水的比热容c水=4.2×103J/(kg⋅℃)，表示1kg 的水温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103J 。 （4）特性：比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度变化多少无关。 2、热量的计算 （1）吸热公式：。 （2）放热公式：。 （3）热平衡方程：Q吸=Q放（不考虑热损失），最终物体温度相等。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 水的比热容较大，在生活和生产中常用来作冷却剂、取暖剂，也解释了沿海地区昼夜温差比内陆小的现象与海陆风的成因。 要点速测 1．小明在探究“比较不同物质吸热情况”的实验中，采用了如图-1所示的实验装置。 (1)小明在两个相同的烧杯中分别装入________相等的甲、乙两种液体。用规格相同的电加热器加热，并用玻璃棒不断搅拌，每隔相同时间读取一次温度，并记录在表格内。为了完成该实验，除天平和温度计外，还需要一个测量工具是________。 (2)分析表格可知，两温度计示数都升高到42℃时，甲增加的内能________（选填“>”“=”或“<”）乙增加的内能；若使甲、乙升高相同的温度，则吸收更多热量的是________。 加热时间/min 0 1 2 3 4 甲的温度/℃ 30 34 38 42 46 乙的温度/℃ 10 18 26 34 42 (3)图-2中①是乙加热时温度随时间变化的图线，如果将初温相同的乙物质质量增加到原来的2倍，不考虑热损失，用相同的加热器加热，再绘制出一条温度随时间变化的图线，则为图2中的________（选填“①”“②”或“③”）。 (4)为了表示不同物质在这种性质上的差异，物理学中引入了________这一物理量。在沿海地区炎热晴朗天气里，由于海水和陆地的这种性质不同，易形成海陆风或陆海风。如图-3甲所示是风力发电机独特的尾翼结构，能使其旋翼自动迎风。仅在海陆风或陆海风因素的影响下，如图乙所示风力发电站的情形是出现在________（选填“白天”或“夜晚”）。 【答案】(1) 质量 秒表 (2) < 甲 (3)③ (4) 比热容 白天 【详解】（1）探究物质吸热能力的实验中，按照控制变量的要求，应控制实验所用的两种液体质量相等。 实验中除了需要测量液体质量和温度外，还需要测量加热时间，所以，还需要用到秒表。 （2）由表中数据可知，两温度计示数都升高到42℃时，甲液体需要加热3min乙液体需要加热4min，甲液体吸收的热量小于乙液体吸收的热量，甲液体增加的内能小于乙液体增加的内能。 由表中数据可知，若两种液体升高相同温度，在表中取，甲液体需要加热2min，乙液体需要加热1min，所以甲、乙升高相同的温度，吸收更多热量的是甲液体。 （3）如果将初温相同的乙物质质量增加到原来的2倍，不考虑热损失，用相同的加热器加热相同时间，吸收相同的热量，根据得，； 所以，当质量变成2倍时，温度变化量 所以当质量变成2倍时，绘制出的温度随时间变化的图线为图2中的③。 （4）比热容越大的物质，吸热能力越强。物理学中为了表示物质的吸热能力，引入了比热容这一物理量。 由图-3可知，风由海面吹向陆地。由于海水的比热容大于陆地砂石的比热容，同等吸热、放热条件下，海水的温度变化较慢。白天，砂石的温度升高得快，海水温度升高得慢，靠近地面的空气温度升高，密度变小，热空气上升，海面上的空气就会流向陆地，此时的风就是从海面吹向陆地。所以图乙所示风力发电站的情形会出现在白天。 2．牛奶营养丰富，容易消化吸收，但在高温加热状态下其营养成分容易受到破坏。生活中常用“水浴法”对牛奶加热，如图甲所示，把质量为300g的凉牛奶置于盛有热水的敞口玻璃杯中加热，经过一段时间，牛奶和热水的温度随时间的变化图像如图乙。已知，。求： (1)牛奶不再升温时吸收的热量 (2)若牛奶吸收的热量占水总共放出热量的20%，则水放出多少热量？ (3)水的质量是多少千克？ 【答案】(1) (2) (3)0.5kg 【详解】（1）牛奶不再升温时吸收的热量 （2）水放出的热量 （3）水的质量 要点 机械能与内能的转化、热机 1、机械能与内能的相互转化 （1）机械能转化为内能：如摩擦生热、压缩气体做功（压燃仪实验）。 （2）内能转化为机械能：如气体膨胀做功（水蒸气顶起壶盖）、热机的工作过程。 2、热机（内燃机） （1）定义：将燃料燃烧产生的内能转化为机械能的机器。 （2）四冲程内燃机：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 其中，压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能（是唯一对外做功的冲程）。 一个工作循环包括4个冲程，曲轴转2圈，活塞往复运动2次，对外做功1次。 3、燃料的热值（q） （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，数值上等于1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。 （2）公式：Q放=mq 或Q放=Vq（针对气体燃料）。 （3）特性：热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧无关。。 4、热机效率 （1）定义：热机转变为有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。 （2）公式：。 （3）提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减少各种热量损失；保持良好的润滑以减少摩擦。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 热机效率总是小于1（即 <100%），因为总有能量损失（如废气带走热量、散热、克服摩擦做功等）。 热机效率与机械效率不同，热机效率涉及的是内能向机械能转化的比例。 能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 要点速测 1．现阶段，混合动力汽车成为我们生活中比较常见的代步工具。 (1)充电过程中，蓄电池相当于________（选填“用电器”或“电源”）。充电桩有较好的防水保护功能，是为了防止线路过于潮湿出现________（选填“短路”或“断路”）现象。汽车排气管上带有静电消除器，可随时将多余电子导向大地，则电流方向沿静电消除器流向________（选填“大地”或“排气管”）。 (2)如图所示，图A、B、C、D是四冲程的工作示意图，其中C图是________冲程。一单缸汽油机的活塞面积是，做功冲程燃气平均压强，冲程距离为，则一个工作循环燃气对活塞做功________J；若该汽油机的转速为1800 r/min，其功率为________W。 (3)现有甲乙两台单缸四冲程汽油机，其中甲汽油机的效率为20%，乙汽油机的效率是25%，汽油机甲的功率是乙的1.5倍。那么汽油机甲与乙每小时消耗的油量之比为________。 (4)每辆燃油车每年耗燃油，燃油车内燃机的效率平均值取24%；如果能把内燃机效率提高1%，则我国每年这3亿辆燃油车可以节约________t燃油。（） 【答案】(1) 用电器 短路 排气管 (2) 做功 1200/ (3) (4) 【详解】（1）充电时蓄电池消耗电能，故为用电器； 潮湿的水是导体，易使线路发生短路； 电流方向与电子定向移动方向相反，电子从排气管经静电消除器流向大地，故电流沿静电消除器流向排气管。 （2）C图气门均关闭，活塞下行，火花塞点火，为做功冲程； 燃气对活塞的压力为 一个工作循环燃气对活塞做功为 汽油机每分钟做功次数为 每分钟做总功为 汽油机的功率为 （3）由热机效率公式得。甲乙耗油量之比为 （4）由题意知，内燃机效率提升前后，车辆每年输出的有用功保持不变，则有，变形得。单辆车每年节约的燃油质量 全国3亿辆燃油车年节约总燃油质量 2．油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车以高速匀速行驶时，内燃机启动，此时在向车轮输送能量的同时也给动力蓄电池组充电。已知某型号混合动力汽车所用的动力蓄电池可储存的最大电能是。若测试人员驾驶该车在平直公路上以的测试车速匀速行驶，内燃机消耗燃油，（燃油的热值为），蓄电池组的电能增加了最大电能的10%；汽车行驶时所受阻力和车速的关系如图所示。求： (1)该汽车测试行驶中若燃油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)当汽车以的车速匀速行驶时，汽车行驶的过程中牵引力做了多少功？ (3)此油电混动汽车的效率是多大？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）燃油完全燃烧放出的热量为 （2）汽车以80 km/h匀速行驶状态，二力平衡，牵引力等于阻力。由图像可知，时，阻力，故牵引力 汽车行驶路程为 牵引力做功为 （3）蓄电池增加的电能为 总有用能量为 汽车的效率为 难点 温度、热量、内能的三者关系辨析（概念辨析的“雷区”） 这是热学部分最容易混淆的概念组合。 易错根源：误认为“温度高热量多”、“温度升高一定吸热”、“内能大温度一定高”。 破局关键： 温度：状态量，描述物体的冷热程度。用“升高、降低”描述。 内能：状态量，能量的一种形式。一切物体都有内能。一定质量、状态的物体，温度升高内能一定增大。 热量：过程量，伴随热传递发生。只能说“吸收、放出”。物体不吸热也不放热时，不能说含热量。 联系：吸收热量 → 内能增加（不一定升温，如熔化）；做功 → 内能改变（温度可能改变）。 难点 热量、热值与热机效率的综合计算（压轴题的“拦路虎”） 此类题目往往以汽车、锅炉等为背景，综合考查燃料燃烧放热、水吸热以及效率计算。 易错根源：公式张冠李戴（如算热机效率时忘了Q放是总能量），搞错温度的变化量（将“升高到”当成“升高了”）。 破局关键： 理清能量流向：明确谁是“总能量”（通常是燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq），谁是“有用能量”（如被水吸收的热量Q吸=cmΔt，或热机做的有用机械功W=Fs）。 掌握核心公式： 热传递效率： 热机效率： 注意温度陷阱：“升高了”指 Δt，“升高到”指末温t， Δt 表示初温与末温的差值的绝对值。 注意单位统一：在力学与热学综合计算中，质量单位要统一化为kg，热量与功的单位统一为J。 考点 动能、势能的影响因素及机械能的转化 ▌例1 小月在游乐场看见如图甲所示的“过山车保龄球”的游戏，游戏规则是在水平轨道上的A点推出保龄球，只要保龄球最终停在D处的凹陷里即为获胜，但是她发现成功的可能性很小，于是自己动手做了如图乙所示的相似模型，通过物理知识分析其原因（AB为水平轨道，C为上凸弯道的最高点，D为下凹弯道最低点）。 (1)小球从B点到C点运动的过程中发生的能量转化主要为________能转化为________能。 (2)如图丙所示，小月利用频闪相机拍下小球从A运动到C的过程中的照片。AB段，小球运动轨迹比较均匀，说明小月所选用轨道的材料比较__________（选填“光滑”或“粗糙”）；若轨道整体完全光滑，当小球通过C点后，它返程中________（选填“能”或“不能”）通过C点。 (3)通过实验与分析过程若想更容易获胜，可以将轨道________（选填“AB”“BC”或“CD”）段变粗糙一些。 (4)游戏时，保龄球不小心脱手，落在地上，如下图是保龄球的运动轨迹，表格中是保龄球经过M、N两点（图中未标出）时的动能和重力势能的参数，M、N可能所处的位置判断正确的是________。 位置 重力势能/J 动能/J M点 24 18 N点 30 20 A．①是M，②是N B．③是M，②是N C．①是M，③是N 【答案】(1) 动 重力势 (2) 光滑 能 (3)CD (4)B 【详解】（1）小球从B到C的过程中，质量不变，速度减小、高度增加，动能随速度减小而减小，重力势能随高度升高而增大，因此主要是动能转化为重力势能。 （2）AB段小球轨迹均匀，说明小球速度几乎不变，运动过程中能量损耗很小，因此轨道材料比较光滑；若轨道完全光滑，小球的机械能总量保持不变，返程过程中动能可以全部转化为重力势能，因此能回到高度相同的C点。 （3）获胜要求小球最终停在D处的凹陷里，将CD段变粗糙，可以增大小球经过D点附近时受到的阻力，消耗小球多余的机械能，避免小球冲过D点，让小球更容易停在D的凹陷中。 （4）重力势能和高度正相关，N点重力势能30J大于M点的24J，说明N点高度比M点高；同时小球运动过程中因克服空气阻力做功，总机械能不断减小，N点总机械能为 M点总机械能为 说明N点是小球运动过程中更靠前的位置； 对比三个点：②的高度高于①和③，且小球从运动顺序上先经过②、再经过③，因此③是M，②是N。故选B。 ▌迁移练1-1 如图所示，可以通过身体用力来使秋千荡得更高。当秋千摆向最低点时候，人由站立转为蹲下；当秋千由最低点摆向最高处时，人由蹲下转为站立，以此规律反复操作可以使得秋千越摆越高。整个过程忽略空气阻力，忽略绳子的伸长，则下列说法正确的是（     ） A．荡秋千过程中人和秋千的机械能守恒 B．返回最低点时，与前次经过最低点相比，人的运动方向相反，速度大小相同 C．在荡秋千过程中只有重力做功 D．荡秋千过程中一定有其它形式的能转化为机械能 【答案】D 【详解】ACD．荡秋千时人不断站起、蹲下，人体肌肉会做功，消耗体内的化学能转化为人和秋千的机械能，所以人和秋千的机械能不守恒，并非只有重力做功，故AC错误，D正确； B．因为人体肌肉做功，不断把化学能转化为机械能，每次经过最低点时，整体的动能都比上一次更大，所以返回最低点时，速度大小比前一次经过最低点时更大，故 B 错误。 故选D。 ▌迁移练1-2 为探究物体动能的大小与哪些因素有关，某实验小组利用斜面、质量不同的小钢球、木块等器材进行了如图所示的实验： (1)实验中小钢球的动能的大小是通过________来判断的； (2)实验中通过甲、乙两图可以得出结论________； (3)若在进行甲、丙两图实验时，两次实验中木块被推动的距离相近，为了改进实验，下列方法可行的是 ________； A．换用一个质量较大的木块 B．换用表面更粗糙的木板 C．丙图中换用质量更大的钢球 D．增加丙图中钢球的释放高度 (4)如图丁所示，若用A、B两个质量不同的小球（mA＞mB）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，两球获得的动能关系EA________EB（选填“＞”、“＜”或“=”）； (5)如图戊所示，2个相同的小球以同样的速度v沿着与水平方向均成θ角斜向上抛出，a图中斜面光滑且足够长，b图中小球被直接抛向空中，不计空气阻力。在a、b两图中，小球能到达的最高点离地高度分别为h1和h2（图中未画出），则h1_______h2；小球在向上运动的过程中，机械能________。 【答案】(1)木块移动距离 (2)物体质量一定时，速度越大，动能越大 (3)C (4)= (5) ＞ 不变 【详解】（1）根据功和能的关系可知，小钢球对木块做功的多少反映小钢球的动能的多少，而做功的多少可由木块被推动距离的长短来确定，因此实验中小钢球的动能的大小是通过木块被推动距离的长短来判断的，用到了转换法。 （2）通过甲、乙两图可以看出，两图中小钢球的质量相等，甲图中小钢球的高度更高，到达水平面时的速度更大，木块被推动的距离更长，说明小钢球的动能更大，因此可得出在质量相同时，物体的速度越大，动能越大。 （3）通过甲、丙两图可以看出，两图中小钢球的高度相等，即到达水平面时的速度相同，丙图中小钢球的质量更大，因此两图探究的是动能大小与质量的关系。两次实验中木块被推动的距离相近，说明两个小钢球的动能大小相差不大，为了改进实验，使两次实验中木块被推动的距离相差较大，可以使两次小钢球的动能相差较大。 A．换用更大的木块会让木块移动距离整体变小，反而更难区分两次的距离差异，不可行，故A不符合题意； B．换用表面更粗糙的木板，水平面的摩擦阻力增大，两次木块被推动的距离都减小，达不到改进目的，故B不符合题意； C．因为动能的大小与质量有关，丙图中换用质量更大的钢球，可增大小钢球的动能，从而增大丙图中木块被推动的距离，使两次实验中木块被推动的距离相差较大，改进实验效果，故C符合题意； D．增加丙图中钢球的释放高度会使丙图钢球到达水平面的速度大于甲图，违背探究动能与质量关系需控制速度相同的控制变量法，存在质量、速度两个变量，不符合控制变量法要求，无法达到实验目的，故D不符合题意。 故选C。 （4）同一弹簧被压缩的程度相同，弹簧的弹性势能大小相等，静止释放后不计能量损耗，弹簧的弹性势能全部转化为小球的动能，因此两个小球获得的动能相等。 （5）a图中小球沿光滑斜面上升到最高点时，速度会减小为0，所有的动能都全部转化为重力势能；而b图中小球斜抛到空中最高点时，水平方向仍有速度，还保留一部分动能，只有部分初始动能转化为重力势能，因此a图的最高点离地高度更大。两个场景都没有摩擦、不计空气阻力，向上运动过程中只有动能和重力势能相互转化，所以机械能守恒（保持不变）。 考点 改变内能的两种方式及应用判断 ▌例1 物理与生活密切相关，下列现象与其物理知识对应正确的是（     ） ①用冰块给发热病人降温——冰块的内能为零 ②灶台下木柴燃烧——化学能转化为内能 ③水蒸气把锅盖顶起——内能转化为机械能 ④用热水袋取暖——利用热传递改变物体内能 A．只有①④正确 B．只有②③④正确 C．只有②③正确 D．只有③④正确 【答案】B 【详解】①：一切物体任何情况下都具有内能，冰块内能不为零，故①错误； ②：木柴燃烧将化学能转化为内能，故②正确； ③：水蒸气顶起锅盖时，内能对外做功，转化为机械能，故③正确； ④：热水袋取暖是通过热传递改变物体内能，故④正确。 综上②③④正确，故选B。 ▌迁移练1-1 关于热量、温度和内能，下列说法正确的是（     ） A．物体对外做功，物体的内能会减少 B．物体的温度越高，含有的热量越多 C．物体内能增大，一定是从外界吸收了热量 D．物体吸收热量，温度一定升高 【答案】A 【详解】A．做功可以改变物体内能，物体对外做功时，内能转化为其他形式的能，内能减少，故A正确； B．热量是热传递过程中的过程量，仅能描述吸收或放出的多少，不能表述为物体“含有”热量，故B错误； C．改变内能的方法有做功和热传递两种，物体内能增大可能是外界对物体做功，不一定是吸收热量，故C错误； D．晶体熔化、液体沸腾过程中均吸收热量，但温度保持不变，故D错误。 故选A ▌迁移练1-2 某兴趣小组用相同的小烧杯甲、乙盛等量的水，在标准大气压下用相同的热源同时加热。如图所示，甲杯为隔水加热，乙杯为隔油加热，加热足够长时间后，测得甲杯外的水温100℃、乙杯外的油温为300℃，甲、乙两杯中的水不能沸腾的是 ______，理由是 ______达到沸点，______继续吸热（填“能”或“不能”），最终两杯水的温度t甲______t乙（选填“>”、“=”或“＜”）。 【答案】 甲 能 不能 = 【详解】[1][2][3]在一标准大气压强下，水的沸点为100℃，而沸腾的条件为达到沸点，继续吸热。加热足够长时间后，测得甲杯外的水温为100℃，小烧杯甲内中的水也能达到100℃，继续用热源加热，甲杯外的水沸腾，因沸腾是吸热过程，甲杯外的水温度保持100℃不变，故两杯中的水不能沸腾的是甲，理由是小烧杯甲中的水能达到沸点，但因内外不存在温度差，不能继续吸热。 [4]小烧杯甲内的水能达到沸点100℃；小烧杯乙内的水达到沸点后，因油的沸点高于水的沸点，虽然小烧杯乙内的水能从杯外吸热，保持沸腾状态，但因沸腾是吸热过程，温度保持100℃不变，因此小烧杯乙内的水温也为100℃，故最终两杯水的温度t甲=t乙。 考点 比热容的理解及吸放热公式的综合计算 ▌例1 1kg的20℃的冷水和一定质量的60℃的热水混合，达到热平衡状态时温度是40℃（不计热量损失），求： (1)冷水吸收多少热量； (2)热水的质量是多少克？[水的比热容为] 【答案】(1) (2) 【详解】（1）冷水吸收的热量 （2）不计热量损失，热水放出的热量等于冷水吸收的热量，根据物体放热公式变形得热水质量为 ▌迁移练1-1 如图所示是“探究冰熔化时温度随加热时间变化”的图像。已知相同时间吸收的热量相同，冰的质量为500g，在固态与液态时升高相同温度吸收热量之比为________，冰熔化过程中吸收的热量为________J，冰的比热容是________。(） 【答案】 1：2 【详解】由图像可知，固态冰升高10℃的加热时间为5min，液态水升高10℃的加热时间为10min。因相同时间吸收热量相同，故升高相同温度时吸收热量之比等于加热时间之比，即 CD段冰完全熔化为液态水，质量不变，吸收的热量为 单位时间吸收的热量为 BC段为冰熔化过程，加热时间为 冰熔化吸收的热量为 AB段固态冰升温过程吸收的热量为 由得冰的比热容 ▌迁移练1-2 用酒精灯加热某晶体，其温度变化图像如图所示，晶体的质量是1kg（假设酒精灯放热完全被加热物质吸收，忽略质量的变化），若该物质固态时比热容是。求： (1)晶体熔化过程中吸收的热量是多少？ (2)结合图像回答该物质液体时比热容和固体时比热容之比是多少？ 【答案】(1) (2) 【详解】（1）晶体熔化之前吸收的热量 熔化时间是熔化前时间的4倍，则熔化过程中吸收的热量 （2）因为，，且， 所以 由图像可知，固态加热2min和液态加热4min，温度均升高，所以，则 考点 热机（四冲程内燃机）的工作过程及能量转化 ▌例1 汽车是常见的交通工具，随着人们生活水平的提高，汽车也走进了寻常百姓家。 (1)如图甲所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程的顺序是________（对图甲中A、B、C、D重新排序）； (2)一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为2400 r/min，该汽油机每秒钟对外做功________次，图甲中D所示的汽油机冲程是通过________的方式改变燃气内能的； (3)图乙所示为某汽油机的能流图，内燃机的效率可表示为________。（用图中给的符号写出表达式），整个过程总能量________（选填“守恒”或“不守恒”）。 【答案】(1)B、A、D、C (2) 20 做功 (3) 守恒 【详解】（1）B图进气门打开、活塞向下运动，为吸气冲程，A图两气门关闭、活塞向上运动，为压缩冲程，D图两气门关闭、活塞向下运动，火花塞产生火花，为做功冲程，C图排气门打开、活塞向上运动，为排气冲程。因四冲程顺序为吸气、压缩、做功、排气，故排序为B、A、D、C。 （2）飞轮每秒转数为 ，因四冲程汽油机飞轮每转2圈对外做功1次，故每秒对外做功次数为20次；D为做功冲程，燃气膨胀对活塞做功，将内能转化为活塞的机械能，因此是通过做功的方式改变燃气的内能。 （3）热机效率为用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的总能量的比值。本题中有用能量为输出的有用机械能，总能量为燃气内能E，故内燃机的效率；根据能量守恒定律，能量在转化和转移的过程中，总能量保持不变，因此整个过程的总能量守恒。 ▌迁移练1-1 如图所示是一台四冲程汽油机的工作示意图，汽油机正在进行的是____________冲程，它的能量转化情况与____________（选填“甲”或“乙”）图相同，该冲程汽缸中气体的内能将____________，已知其飞轮的转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟完成如图所示的冲程____________次。汽车启动时能闻到汽油味，此时汽油没有充分燃烧，该燃料的热值____________。（选填：变大/变小/不变） 【答案】 做功 乙 减少 10 不变 【详解】由两气门关闭、活塞下行、火花塞点火，可知该冲程为做功冲程。做功冲程将内能转化为机械能，乙图为内能转化为机械能，故与乙图能量转化相同。 做功冲程中燃气对外做功，内能转化为机械能，故汽缸内气体的内能减小。 飞轮每秒转数为 每秒完成做功冲程的次数为 次 热值是燃料的固有特性，与燃烧是否充分无关，故热值不变。 ▌迁移练1-2 如图为汽油机某冲程示意图。若该四冲程汽油机的活塞面积，活塞冲程长度为，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强，飞轮1 min转动1600转，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求： (1)做功冲程中活塞受到燃气的平均压力为多少？ (2)在此工作状态下汽油机1 min对外做功是多少？ (3)该汽油机的功率是多大？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）做功冲程中，活塞受到燃气的平均压力 （2）四冲程汽油机飞轮每转2圈对外做功1次，1min飞轮转1600转，故1min内做功次数 单个做功冲程燃气对活塞做的功 1min对外总功 （3）做功时间，汽油机的功率为 考点 吸热效率的计算 ▌例1 柳州某农户用干木柴炉烧水。水壶内盛有质量为2kg、初温为20℃的水，在标准大气压下加热到70℃，此过程中完全燃烧了0.1kg的干木柴。已知水的比热容，干木柴的热值。求： (1)水吸收的热量； (2)该柴炉烧水时的热效率； (3)若该柴炉烧水效率保持不变，要在标准大气压下把质量为5kg、初温为20℃的水烧开（温度升高到100℃），需要完全燃烧多少千克干木柴？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）水吸收的热量 （2）干木柴完全燃烧放出的总热量 柴火炉烧水的热效率 （3）烧开5kg水吸收的热量 因效率不变，所需干木柴燃烧放出的热量 根据公式可得，所需干木柴质量 ▌迁移练1-1 北京时间2026年10月10日3时27分，我国在海南商业航天发射场使用长征十二号运载火箭，成功将卫星互联网低轨27组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。如图所示。若火箭发射时携带的液态氢。[当地气压为标准大气压，，] (1)求这些液态氢完全燃烧放出的热量。 (2)若这些液态氢能使的水温度升高40℃，求： ①水吸收的热量， ②加热的效率。 【答案】(1) (2)，20% 【详解】（1）的液态氢完全燃烧，放出的热量为 （2）水吸收热量温度升高40℃，则的水温度升高40℃吸收的热量为 加热效率为水吸收热量与液态氢完全燃烧放出热量的比值，加热效率为 ▌迁移练1-2 爱动手动脑的小明利用周末在家中做“水的沸腾”实验，他在轻质铝壶中装了质量为2kg的水，然后用燃气灶（他家燃气灶热效率为“一级能效大于或等于63%”）给壶中的水加热，并当水温升到70℃时每隔1min记录一次温度计的示数，直到水沸腾一段时间后停止加热，记录的数据如表所示，这8min内消耗了天然气6.4×10-3m3水在单位时间内吸收的热量相等，[水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3]求： 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 温度/℃ 70 75 80 86 90 94 98 98 98 (1)将这些水从70℃加热到刚好沸腾时，水吸收的热量。 (2)这8min内天然气完全燃烧放出的热量是多少？ (3)水在沸腾过程中吸收的热量是多少？ (4)通过计算判定该款燃气灶能效等级能否达标？ 【答案】(1)2.352×105J (2)4.48×105J (3)7.84×104J (4)能达标 【详解】（1）水吸收的热量为 （2）天然气完全燃烧放出的热量 （3）由表格数据，水温从 70℃ 升至 98℃ 用时 6 min（0 min 至 6 min），沸腾过程（温度保持 98℃）用时 2 min（6 min 至 8 min）。题干明确“水在单位时间内吸收的热量相等”，即水吸收热量的速率恒定。 由 [1] 知，升温阶段水吸收热量 ，对应时间 6 min。单位时间吸收热量 沸腾过程用时 因此，水在沸腾过程中吸收的热量为 （4）水吸收的总热量包括升温阶段和沸腾阶段，即吸收的总热量 燃气灶热效率 一级能效标准为 ，70% > 63%，因此该燃气灶能效等级达标。 考点 热机效率的计算 ▌例1 氢燃料汽车是新能源汽车的重要发展方向，具有清洁无污染、效率高的优点。其工作原理是让氢气在汽缸内与空气混合后点燃，利用氢气快速燃烧膨胀产生的推力，带动活塞往复运动，再通过曲轴连杆结构将热能转化为机械能；某氢燃料大巴车完成了北京到上海的长距离测试，相关参数如下：（，） (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？ (2)若这些热量全部被质量为400kg、温度为60℃的水吸收，能使水的温度升高多少？（在1标准大气压下） (3)0.6kg氢燃料可供该型号氢燃料大巴车以70kW的恒定功率匀速行驶600s，则该大巴车的热机效率为多少？ 【答案】(1) (2)40℃ (3)50% 【详解】（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为 （2）这些热量全部被水吸收，水吸收的热量为 水理论上升高的温度为 水的末温为 因为一标准大气压下水的沸点为100℃，所以水的真实末温为 水升高的温度为 （3）大巴车的有用功为 大巴车的热机效率为 ▌迁移练1-1 一辆使用汽油为燃料的小汽车，在水平路面上以72km/h的速度匀速行驶，发动机的输出功率是60kW，已知汽油的热值为q=4.6×107J/kg，水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃）。 (1)汽车的冷却系统用水来给发动机降温，5kg的水在冷却系统中温度升高了20℃，水吸收的热量为多少？ (2)发动机提供的牵引力F？ (3)若汽车匀速行驶23 min消耗5kg汽油，则发动机的效率是多少？ 【答案】(1) (2)3000N (3)36% 【详解】（1）水吸收的热量 （2）汽车匀速行驶，行驶速度 输出功率 由得，牵引力 （3）行驶时间 发动机做的有用功 汽油完全燃烧释放的总热量 发动机效率 ▌迁移练1-2 某油电混合动力汽车以纯油模式沿平直公路以的速度匀速行驶，从处到处用时1 h，发动机工作时汽油燃烧释放热量的用于驱动汽车匀速行驶。汽车在AB段所受阻力恒为900 N。设汽油在汽缸内完全燃烧，且热值近似取。 (1)求A、B两地间的距离。 (2)求在上述行驶过程中： ①牵引力对汽车所做的功； ②消耗的汽油质量。 (3)从处开始，司机关闭发动机，汽车滑行至处速度降至，在此过程中，汽车电池电能增加。司机在点开启发动机和电动机一起驱动汽车行驶，CD段保持的速度匀速行驶，所受阻力为100 N，且CD和AB距离相等。若电池减少的电能全部通过电机驱动汽车行驶，不计电能转化为机械能过程的能量损失，B、D两个位置电池中电能相等，求汽车从处行驶至处时消耗的汽油质量。 【答案】(1)90km (2)①；②5.4kg (3)0.58kg 【详解】（1）由得，A、B两地间的距离为 （2）① 汽车在AB段匀速行驶，其受到的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等。牵引力 A、B两地间的距离 牵引力对汽车所做的功为 ②牵引力做的功即为发动机输出的有用功，即 由得，汽油完全燃烧释放的热量为 由得，消耗的汽油质量为 （3）CD段的距离与AB段相等，即 汽车在CD段匀速行驶，受到的总牵引力等于阻力，即 在CD段，牵引力做的总功为 因为B、D两个位置电池中电能相等，所以从B到C电池增加的电能等于从C到D电池减少的电能。电动机提供的功等于电池减少的电能 总功由发动机做的功和电动机做的功两部分组成，即 则发动机做的功为 这部分功是汽油燃烧提供的有用功。由得，汽油燃烧放出的热量 由得，消耗的汽油质量为 基础达标 1．北京时间2026年10月10日03时27分，长征十二号火箭在海南商业航天发射场点火升空，将卫星互联网低轨27组卫星送入预定轨道，发射任务圆满成功。下列关于火箭说法不正确的是（     ） A．火箭常用液氢作燃料，是因为液氢的热值大 B．火箭发射利用了物体间力的作用是相互的原理 C．火箭升空的过程中，火箭的动能增大，重力势能增大 D．火箭升空的过程中，机械能转化为内能 【答案】D 【详解】A．液氢的热值大，与相同质量的其他燃料相比，液氢完全燃烧可以释放出更多的热量，能为火箭提供充足的动力，因此火箭常用液氢作燃料，故A正确； B．火箭向下喷出气体，由力的作用是相互的可知，气体对火箭产生向上的推力，故B正确； C．火箭升空过程中，质量可近似认为不变，速度增大，高度增大，故动能和重力势能均增大，故C正确； D．火箭升空的过程中，燃料燃烧释放的内能最终转化为火箭的机械能，故D错误。 本题选错误的，故选D。 2．如图所示，图中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（     ） A．图甲中，硝化棉内能减小是通过做功的方式实现的 B．图乙中，瓶内的空气推动塞子跳起时，瓶内出现“白雾”，是小液珠发生了扩散现象 C．图丙中，实验中塞子跳起时，能量转化过程为机械能转化成内能 D．图丁中，为做功冲程，四冲程内燃机的其余三个冲程均靠飞轮的惯性来完成 【答案】D 【详解】A．图甲中，活塞下压对空气做功，空气内能增加，温度升高，硝化棉燃烧内能增加，故A错误； B．图乙中，瓶内空气推动塞子跳起，空气对外做功，内能减小，温度降低，水蒸气液化成小液珠形成“白雾”，故B错误； C．图丙中，塞子跳起时，水蒸气对塞子做功，内能转化为机械能，故C错误； D．图丁中，进气门和排气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，四冲程内燃机的其余三个冲程均靠飞轮的惯性来完成，故D正确。 故选D。 3．关于内能、热量、温度和机械能，下列说法正确的是（     ） A．物体内能越大，所含的热量越多 B．物体吸热，内能一定增大 C．物体内能减小，温度一定降低 D．物体的机械能变化时，它的内能可以保持不变 【答案】D 【详解】A．热量是热传递过程中的过程量，不能表述为物体“所含的热量”，故A错误； B．改变内能的方式有做功和热传递两种，物体吸热的同时若对外做功，内能可能减小或不变，故B错误； C．晶体凝固过程中，放出热量、内能减小，但温度保持不变，故C错误； D．机械能是物体宏观动能与势能的总和，内能是物体内部分子动能与分子势能的总和，二者无必然联系，物体的机械能变化时，只要其质量、温度、状态均不变，内能就可以保持不变，故D正确。 故选D。 4．用相同的电加热器分别对甲、乙两种液体加热，其中甲乙两种液体质量分别为200g和100g，不考虑热量损失。如图所示是甲、乙两种液体的温度随加热时间变化的图像，下列说法正确的是（     ） A．升高相同温度，甲吸收热量较多 B．加热相同时间，甲吸收热量较多 C．甲与乙的比热容之比为 D．甲与乙的比热容之比为 【答案】D 【详解】AB．用相同电加热器加热相同时间，甲、乙吸收的热量相同；由图可知，甲从升高到用时，乙从升高到用时，升高相同温度，乙加热时间长，乙吸收热量较多，故AB错误； CD．升高相同温度时，吸收热量之比 由得，故C错误，D正确。 故选D。 5．如图甲所示，是“探究固体熔化时温度的变化规律”的实验装置，观察100g冰的熔化过程，并作出温度随时间变化的图像，如图乙。已知0～12min消耗酒精的质量为2.4g，，，。若单位时间内物质吸收热量相等，下列分析正确的是（     ） A．段是熔化过程，温度不变，吸收的热量为 B．持续加热，得到乙图中的段，这段时间试管中的水处于沸腾状态 C．该酒精灯的加热效率为30％ D．通过计算可得图乙中的值为32 【答案】D 【详解】A．AB段冰吸收的热量 每分钟吸热 BC段用时10min，吸收的热量 故A错误； B．烧杯中的水沸腾后温度保持100℃不变，试管中的水达到100℃后与烧杯中水温相同，无法继续吸热，不能沸腾，故B错误； C．0～12min物质吸收的总热量 酒精完全燃烧放出的热量 加热效率 故C错误； D．CD段水吸收的热量 加热时间 则 故D正确。 故选D。 6．在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，烧杯中加入0.2kg的水，测得初始温度为45℃。如图所示，用酒精灯加热一段时间后温度计的示数为__________℃，则水吸收的热量为__________J，若此过程完全燃烧了3.5g的酒精，则酒精灯的加热效率为__________。［水的比热容，酒精热值］ 【答案】 95 40% 【详解】由图可知，温度计分度值为1℃，温度计的示数为95℃。 水升高的温度为 水吸收的热量为 酒精完全燃烧放出的热量为 酒精灯的加热效率为 7．如图甲是“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置，让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，推动木块移动一定的距离，本实验的研究对象是__________，该实验探究的是动能与__________的关系。换用质量不同的小球，从斜面的相同高度由静止滚下到达水平面时它们的速度__________（选填“相等”或者“不等”）。若小球在如图乙AOB所示光滑轨道从A点由静止滑下沿轨道AOB到达B点后离开轨道，不计空气阻力，离开B点后最符合实际的运动轨迹是__________（选填“a”“b”“c”或“d”）。 【答案】 小球 速度 相等 c 【详解】本实验的目的是探究小球的动能大小的影响因素，通过木块被推动的距离间接反映小球动能的大小，因此研究对象是小球。 让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，小球的质量相同，小球到达水平面时的速度不同，由控制变量法可知，该实验探究的是动能与速度的关系。 换用质量不同的小球，从斜面的相同高度由静止滚下，小球到达水平面时的速度相同。 轨道是光滑的，且不计空气阻力，所以在整个过程中小球机械能守恒。小球从A点由静止滑下，所以小球的机械能等于A点时的重力势能，整个过程中，机械能守恒，a轨迹的最高点超过了A点的高度，不符合实际；b轨迹的最高点与A点的高度相同（重力势能相同），由于在最高点时，小球仍具有向右运动的速度（即具有动能），所以b虚线所示的机械能大于A点的机械能，不符合实际；c轨迹的最高点低于A点，由于在最高点时小球仍运动，其总机械能可能与开始时的机械能相等，符合实际；小球离开轨道时，由于惯性，应具有沿轨道方向向上运动的速度，d轨迹不符合实际。综上所述，离开B点后最符合实际的运动轨迹是c。 8．如图是高速路外侧的避险车道，它的作用是使刹车失灵的车辆安全减速，避险车道属于简单机械中的______，汽车冲上避险车道行驶时动能______（增加/减少/不变），机械能______（增加/减少/不变）。已知一辆20t的载重汽车因刹车失灵，冲上避险车道，且在避险车道上行驶15m停下。若载重汽车在避险车道上面受到的摩擦力是车重0.6倍，克服摩擦力做功与克服重力做功的比值为12∶5，则载重汽车在避险车道上克服摩擦力做的功为______J，上升的高度为______m。（g取10N/kg） 【答案】 斜面 减少 减少 【详解】由避险车道的结构可知，避险车道相当于一个斜面。 因汽车冲上避险车道时质量不变，速度减小，故动能减少。 因汽车行驶过程中克服摩擦力做功，机械能转化为内能，故机械能减少。 汽车所受重力为 汽车受到的摩擦力为 克服摩擦力做的功为 由可知，克服重力做的功为 汽车上升的高度为 9．小明在烟台山灯塔上远眺时，发现沿海地区炎热、晴朗的天气里常常出现“海陆风”。其形成原因是海水的________比砂石大。当出现如图所示风向时，通常发生在________（选填“白天”或“夜晚”），且海水温度________（选填“较高”或“较低”）。 【答案】 比热容 夜晚 较高 【详解】海陆风的形成基础是海水的比热容比砂石大：相同质量的海水和砂石吸收/放出相同热量时，海水的温度变化幅度更小。 图里低空气流是从陆地吹向海洋，属于陆风：夜晚时陆地和海水都向外放热，由于砂石比热容小，陆地降温速度比海水快，因此陆地温度更低、上方空气遇冷收缩下沉，近地面形成高压；而海水温度相对较高，上方空气受热上升，近地面形成低压，风就从高压的陆地吹向低压的海洋，对应图中的气流方向。因此该现象发生在夜晚，此时海水温度较高。 10．图甲是我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过压缩空气，使其内能__________，温度升高，达到艾绒的着火点。此过程对应着图乙所示四冲程汽油机的图__________（选填“a”或“b”）所示的冲程；如果一台单缸四冲程汽油机飞轮转速是3600 r/min，则汽油机每秒钟完成做功__________次。 【答案】 增大 a 30 【详解】由题可知，把木制推杆迅速推入牛角套筒时通过压缩空气，对气体做功，使其内能增大； 图乙中a过程，两气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，该过程机械能转化为内能，与甲图的能量转化形式一致，故选a； 该单缸四冲程汽油机飞轮每秒转动的转数为 因四冲程汽油机飞轮每转2r对外做功1次，故每秒做功次数为30次。 11．如图所示是的甲与的乙混合时温度随时间变化的图像，若该过程没有热量损失，内，乙物质的内能_________（选填“增大”、“减小”或“不变”），甲与乙的比热容之比是_________。 【答案】 增大 【详解】由内乙的温度升高，可知其内能增大；因过程无热量损失，故 甲降低的温度 乙升高的温度 由且，得 12．如图所示，在“研究物体动能与速度、质量的关系”实验中，小明将A、B、C三小球先后从同一装置的、、高处静止滚下（，）推动纸盒在水平木板上运动一段距离后静止。 (1)实验中通过观察__________比较动能的大小； (2)小明依次完成甲、乙、丙三次实验，分析比较实验甲与实验乙可得出结论是：__________，甲、乙两次实验中若将纸盒拿走，则小球静止时在水平面上克服阻力做功__________（木板足够长，选填“>”、“<”或“=”）。要探究另一个影响因素应该选择__________两次实验，若丙中纸盒滑出木板，则对丙实验过程可以采取的措施是__________； A．减小C球的质量    B．增大纸盒的质量    C．降低C球的高度 (3)小明认为通过甲、乙两次实验也可探究重力势能与高度关系，他的想法__________（选填“可行”或“不可行”）； (4)图丁中，若将两个质量不同的小球（）分别压缩同一弹簧至相同长度并由静止释放，同一木块受撞击后移动的距离__________（不考虑球与地面的摩擦，选填“>”、“<”或“=”）。 (5)有同学将实验装置改装成如图戊所示。利用同一铁球将同一弹簧压缩不同程度后由静止释放，撞击同一位置的同一木块，比较木块在木板（足够长）上滑行距离，能否研究铁球的动能大小与速度的关系？__________（选填“能”或“不能”）。 【答案】(1)纸盒移动距离的远近 (2) 当物体的质量相同时，物体的速度越大，动能越大 > 甲、丙 A (3)可行 (4)= (5)能 【详解】（1）实验中运用转换法通过纸盒被撞击移动距离的远近来表示小球动能的大小，纸盒运动的距离越远，小球具有的动能越大。 （2）甲、乙实验中A、B两球质量相等，A球释放高度更高，到达水平面时速度更大，推动纸盒滑行的距离更远，说明小球具有的动能越大，因此可得结论为：当物体的质量相同时，物体的速度越大，动能越大； 小球在水平面上最终静止时，初始的机械能全部用来克服阻力做功；A球初始高度更高、质量和B球相等，初始重力势能更大，因此克服阻力做的功大于； 动能的另一个影响因素是质量，探究动能与质量的关系时需要控制小球到达水平面的速度相同、即控制小球在斜面上下滑的高度相同，只改变小球质量，因此甲、丙两次实验满足； 丙中纸盒滑出木板是因为C球动能过大，在保持下落高度不变（保证速度不变）的前提下，减小C球的质量可以减小其动能，避免纸盒滑出木板，故选A。 （3）甲、乙实验中小球质量相同，下落高度不同，初始重力势能不同，最终可以通过纸盒滑行距离反映重力势能大小，因此可以探究重力势能与高度的关系。 （4）同一弹簧压缩至相同长度，弹簧的弹性势能相同，不考虑地面摩擦时，弹簧的弹性势能会全部转化为小球的动能，最终小球撞击木块时传递的动能相等，因此同一木块被推动后移动的距离相等，即。 （5）使用同一铁球保证了质量不变，将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，弹簧的弹性形变程度不同，铁球被弹出时获得的速度不同；随后撞击同一位置的同一木块，通过木块在足够长的木板上滑行的距离可以反映铁球的动能大小，符合控制变量法探究动能与速度关系的要求，因此能研究铁球的动能大小与速度的关系。 13．某实验小组在“探究物质的吸热能力”的实验中，实验装置如图所示： 物质 初温 加热时间 末温 甲 20 5 50 乙 20 5 35 (1)实验中需要的测量器材是______、______、______。 (2)实验中必须要选取______（选填“质量”或“体积”）相等的甲、乙两种液体；选取两个相同规格的电加热器进行实验是为了能够使用______（选填“温度计示数的变化”或“加热时间的长短”）来反映液体吸收热量的多少。 (3)根据实验测得的数据分别描绘出了甲和乙两种液体的温度随加热时间变化的图像，如图丙所示，请分析实验数据可知，______的吸热能力更强，并说明分析方式________________________。 (4)若甲液体的比热容为，则乙液体的比热容为______；这两种液体中，______更适合做热水袋中使用的液体。 (5)实验结束后，小明又独自进行一次实验，用相同的温度计和停表记录了两液体的加热时间和温度，并将数据记录在表中。分析实验数据时，小明发现表格的设计存在不足，即__________________。 【答案】(1) 温度计 秒表 天平 (2) 质量 加热时间的长短 (3) 乙 相同质量的甲、乙两种液体，加热相同的时间，吸收热量相同，甲升高的温度大于乙升高的温度 (4) 乙 (5)各物理量的记录缺少单位 【详解】（1）实验中需要温度计测量液体的温度，秒表测量加热时间，控制两种液体的质量相等，需要用天平来测量液体的质量。 （2）比较不同物质的吸热能力时，根据控制变量法，要保证两种液体的质量相同，仅物质种类不同。 相同规格的电加热器在相同时间内放出的热量相等，因此可以用加热时间的长短来间接反映液体吸收热量的多少，这是初中物理常用的转换法。 （3）由图丙可知，相同质量的甲、乙两种液体，加热相同的时间，吸收热量相同，甲升高的温度大于乙升高的温度，则乙的吸热能力更强。 （4）由表中数据可知，加热5min，即吸收相同的热量，甲升高的温度 乙升高的温度 甲乙比热容之比 乙液体的比热容 相同质量的甲乙两种液体，升高相同的温度，乙的比热容较大，乙吸收的热量较多，乙更适合做热水袋中使用的液体。 （5）在比较甲、乙两种液体吸热情况的实验中，需要通过比较温度变化来判断吸热能力，而表格中记录了初温和末温和加热时间，各物理量的记录缺少单位，这是表格设计的不足之处。 14．一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶100km，消耗汽油6kg，若这些汽油完全燃烧放出的热量有20%用来驱动汽车做有用功，，求： (1)这些汽油完全燃烧放出的热量； (2)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的牵引力； (3)提高汽车的效率对节能减排有重大意义，如果汽车牵引力所做的功保持不变，将这辆轿车的效率提高10%，则节约多少千克汽油？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由燃料完全燃烧放热公式 （2）由热效率定义，汽车获得的有用功为 汽车行驶路程 由得， （3）有用功保持不变，提升后的效率 由得，提升效率后所需汽油质量 节约的汽油质量 15．某同学用煤炉给的水加热，同时绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在内完全燃烧了的煤，水的比热容为，煤的热值约为。求： (1)煤完全燃烧放出的热量； (2)经过时间加热，水所吸收的热量； (3)煤炉烧水时的热效率。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）煤完全燃烧放出的热量 （2）由图像可知，加热6min时水升高的温度为 水吸收的热量为 （3）煤炉烧水时的热效率 16．如图所示，A、B是两个底部装有完全相同的加热器的容器，加热器产生的热量90%可以被容器中的液体吸收，已知加热器每秒钟放出热量为1000J。现将甲、乙两种液体分别倒入A、B容器中，其中甲液体的质量为200g，加热过程中甲、乙两种液体温度随加热时间的变化曲线如图所示。分析回答下列问题： (1)加热60s时，计算乙吸收的热量； (2)求乙的质量；[] (3)经过计算甲20s吸收的热量为，求甲液体的比热容。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据题意得，两容器的加热器加热60s放出的总热量为 液体吸收热量为加热器放出热量的90%，则液体乙吸收的热量为 （2）由图像可知，乙加热60s时温度从升高到，升高的温度为 由得，乙的质量为 （3）甲20s吸收的热量为 由图像可知，甲加热20s时温度从升高到，升高的温度为 甲的质量为 由得，甲的比热容为 能力进阶 17．一辆轿车平均车速为100km/h，它的输出功率，平均油耗为10L/100km。参考以上的数据，分析这辆车在这种状态下行驶时，发动机的效率为___________（已知汽油的热值为J/kg ，密度为kg/m3）。通过理论推导发现发动机的输出功率与其排量有一定的关系，并可据此计算出汽缸在做功冲程中的平均压强。该轿车采用直列四缸发动机，如图所示，排量为2.0L（所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量），请你计算当发动机转速（即曲轴转速）为3000r/min且它的输出功率时做功冲程中汽缸内的平均压强___________Pa。 【答案】 30% 【详解】[1]轿车行驶100km的时间为 发动机做的有用功为 由题意可知，汽车行驶100km消耗汽油的体积为 汽车行驶100km消耗汽油的质量为 则这些汽油完全燃烧放出的热量为 所以发动机的效率为 [2]设做功冲程燃气对活塞的平均压强为，发动机的排量为，每个活塞的受力面积为S，活塞移动的距离为L；由于该发动机为四缸发动机，则。做功冲程中燃气对一个活塞的平均压力为，每完成一个工作循环，在做功冲程中燃气对一个活塞做的功为 则一个工作循环中，四个气缸的燃气对活塞做的总功 发动机转速为每秒n转时，由于每个工作循环，飞轮转动两圈，则一个工作循环所用时间为 故四缸发动机一个工作循环时间内燃气对活塞做功的功率为 发动机排量为 发动机转速为 所以气缸内的平均压强为 18．随着人们生活水平的日益提高，汽车越来越多地走进了百姓人家。当一辆燃油车以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，此过程中汽车所受的阻力为______N；若汽车行驶的路程为144km，汽油的热值， 汽车发动机的效率为30%，则汽车发动机所做的功为______J和汽车消耗汽油的质量为______kg。 【答案】 1000 12 【详解】[1]速度单位换算 发动机功率 汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是一对平衡力，即 由功率公式，可得 所以阻力 [2]行驶路程 速度，根据速度公式，可得行驶时间 发动机做的功 [3]已知发动机效率 根据效率公式，可得汽油燃烧放出的热量 已知汽油热值，根据，可得消耗汽油的质量 19．如图甲所示是汽油机的________冲程，与它能量转化相同的是________（选填“乙”或“丙”）图所示的演示实验。某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则每秒钟对外做功________次。如图丁是在“比较不同物质的吸热能力”实验中绘制的a、b两液体的温度-时间图像，若选择其中一种作为汽油机的冷却剂，则________（选填“a”或“b”）液体的冷却效果会更好些。 【答案】 做功 丙 20 b 【详解】[1]甲图中，气门关闭、火花塞点火、活塞向下运动，是汽油机的做功冲程（能量转化：内能转化为机械能）。 [2]乙图是压缩空气做功（机械能转化为内能），丙图是水蒸气推动塞子（内能转化为机械能），与做功冲程能量转化相同的是丙。 [3]四冲程汽油机飞轮转2圈对外做功1次。飞轮转速，每秒转40圈，对外做功次 [4]丁图中，相同时间内b升温慢，说明b的比热容大。比热容大的液体吸热能力强，冷却效果更好。 20．如图所示，将足量的热水倒入双层木桶，接着把质量和初温都相同的甲、乙两金属块同时放进木桶内，立即盖上软木塞，经过足够长的时间后，木桶内甲、乙金属块升高的温度_______（选填“>”、“<”或“=”）。已知，且桶内物质与外界没有发生热传递，木桶内甲、乙金属块吸收的热量分别为、，则_______（选填“>”、“<”或“=”），判断依据是_______。 【答案】 = < 根据热量计算公式，两金属块的质量和温度变化相同，但是，故 【详解】[1]经过足够长时间后，甲、乙金属块与热水达到热平衡，末温相同；由于甲、乙初温也相同，因此升高的温度 [2][3]略。 21．如图所示，小华利用甲、乙、丙三套完全相同的装置，完成下面实验，已知：c水=4.2×103J/（kg•℃）。 (1)为了比较不同燃料的热值大小，他应选择图中 ___________两套装置；为了比较水和煤油的吸热本领的大小，他应选择图中 ___________两套装置（均选填“甲、乙”、“甲、丙”或“乙、丙”）。 (2)探究水和煤油的吸热本领大小实验时，应控制水和煤油的初温相同、___________相同；小明通过比较 ___________（选填“加热时间”或“温度计上升的示数”）来比较水和煤油吸收热量的多少； (3)经过实验得出了水和煤油温度随时间变化的图像如图（丁）所示，则图线 ___________（选填“a”或“b”）对应液体的吸热能力强； (4)如图（丁）所示，加热3min时，煤油的温度为 ___________℃；若不计实验过程中的热量损失，则煤油的比热容为 ___________J/（kg•℃）； (5)下列示例中与比热容无关的是 ___________（填字母）。 A．城市建造人工湖来改善气候 B．空调房间里放盐水可以增加湿度 C．用冷水冷却发动机 【答案】(1) 乙、丙 甲、丙 (2) 质量 加热时间 (3)a (4) 30 (5)B 【详解】（1）[1]为了比较不同燃料的热值大小，应选用种类不同的燃料加热种类相同的物质，他应选择图中乙、丙两套装置。 [2]为了比较水和煤油的吸热本领的大小，应选用相同的燃料加热（即相同的热源），目的是在相同的时间内两种物质吸收的热量相同，故选择甲、丙两套装置。 （2）[1]根据控制变量法，探究水和煤油的吸热本领大小实验时，应控制水和煤油的初温相同、质量相同。 [2]相同的热源，在相同的时间内放出相同的热量，物体也能吸收相同的热量，根据转换法，通过比较加热时间来比较水和煤油吸收热量的多少。 （3）由图丁可知，升高的温度均为20℃时（从10℃加热到30℃），a需要的加热时间（6min）大于b需要的加热时间 （3min），a吸收的热量多，a对应液体的吸热能力强。 （4）[1]根据（3）中分析可知，图线a为水的图像，图线b为煤油的图像，加热3min时，煤油的温度为 30℃； [2]若不计实验过程中的热量损失，二者升高的温度均为20℃时（从10℃加热到30℃），水需要的加热时间（6min）为煤油需要的加热时间 （3min）的2倍，故水吸收的热量为煤油吸收热量的2倍，两液体的质量相同，比热容之比为 则煤油的比热容为 （5）A．城市建造人工湖来改善气候，因水的比热容大，当环境温度发生改变时，水的温度变化不明显，从而调节周围环境的温度，与比热容有关，故A不符合题意； B．空调房间里放盐水可以增加湿度，是通过蒸发增加湿度的，与比热容无关，故B符合题意； C．用冷水冷却发动机，因水的比热容大，降低相同的温度吸收的热量多，与比热容有关，故C不符合题意。 故选B。 22．如图甲所示为四缸发动机，其工作原理：内燃机通过连杆把四个相同汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。 (1)小锦同学阅读了某牌号汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图丙所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机效率? (2)某台四缸发动机，其输出功率随转速变化如图丁所示，转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，当发动机的转速为3000r/min时，该发动机一次做功多少? (3)若某台以汽油为燃料的汽车，其发动机相关数据如表所示。（汽车排气量是指发动机汽缸的工作容积，汽车排气量越大，功率越大，空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比）。当发动机输出最大功率时，热机效率为多少? 1min内工作循环 n次 93#汽油 汽缸内汽油和空气的混合密度 ρ（kg/m3） 排气量 V（L） 汽油热值 q（J/kg） 发动机最大功率 P（kW） 空燃比 17:1 【答案】(1) 30% (2) 600J (3) 【详解】（1）由能量流向图可知，该内燃机效率 （2）当发动机转速为时，由图丁可知输出功率 1min内发动机做的总功为 飞轮每半周有一个汽缸做功，即每转对应2次做功，1min内做功次数为 一次做功的大小为 （3）发动机以最大功率工作时，1min内做的有用功为 每个工作循环吸入混合气体的体积等于排气量，即 每个工作循环混合气体的质量为 空燃比为，汽油质量占混合气体总质量的，每个工作循环消耗汽油的质量为 1min内消耗汽油的总质量为 1min内汽油完全燃烧放出的热量为 热机效率为 23．将两个质量均为500 g，初温为40℃的某金属球A与B投入沸水中加热很长一段时间，取出A后迅速投入质量为100 g、初温为20℃的某种液体中，达到热平衡后，再将B从沸水中取出迅速投入液体中，再次达到热平衡。此过程不计热损失。已知金属球的比热容为，这种液体的比热容为，当地大气压为标准大气压。求： (1)一颗金属球在水中吸收的热量； (2)在液体中的前后两次热平衡过程中，金属球A温度变化量之比； (3)有一大块平整的冰，温度为0℃，放在0℃的环境中，在冰面挖一个容积为的洞，用不导热的泡沫塑料板覆盖，上面挖一个小孔（如图所示）。现在从小孔向洞里缓慢倒入沸水，至多能倒入多少质量的水而不溢出？用此小题已知量写出表达式，写出必要推理过程。 已知水的密度，冰的密度，水的比热容，冰的熔化热（即1 kg冰熔化成同温度的水所需吸收的热量）（）。 【答案】(1) (2)3:1 (3) 【分析】本题考查热平衡的综合应用，分析计算时充分利用不同情况下的热平衡列出对应的等量关系，从而进行求解。 【详解】（1）标准大气压下沸水温度为，金属球在沸水中加热足够长时间后末温等于沸水温度。金属球质量 金属球在水中吸收的热量 （2）‌设第一次热平衡的共同温度为，第二次热平衡的共同温度为​。第一次热平衡金属球A从降温到​，放出的热量等于液体从升温到吸收的热量，即 代入数据得 解得 因此金属球A第一次的温度变化量 第二次热平衡金属球B从降温到，放出的热量等于液体和A球从升温到​吸收的热量，即 代入数据得 解得 金属球A在第二次过程中的温度变化量 因此两次温度变化量之比 （3）设倒入的沸水质量为。沸水从 降温到放出的热量为 这些热量用于熔化质量为的冰，冰熔化吸收的热量为 根据热量守恒 ，可得 解得熔化的冰的质量 当倒入的水最多时，最终状态是洞内恰好被 的水填满，总体积为。 这些水由两部分组成：倒入的沸水冷却后变成的水，以及熔化的冰变成的水。倒入的沸水质量为，其体积为 熔化的冰质量为，其变成水后的体积为 最终水的总体积为 由于是恰好不溢出，即此时冰块上的洞的容积等于水的总体积，此时洞的容积也是冰块熔化后产生的空洞加上初始时冰块上的洞的容积，即 所以 将 ，，代入上式得 解得倒入水的质量 24．图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电。测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，汽车的某些参数如下表所示。（燃油热值q＝4.0×107J/kg） 电机 输出最大功率/kW 40 电池 输出电压/V 300 最大容量/J 1.0×108 整车 质量/t 1 (1)求汽车在燃油条件下以50km/h的速度匀速行驶的牵引力F； (2)“吨百公里能耗”是衡量新能源汽车的一项重要指标。“J/(100km·t)”是指车辆消耗的能量与行驶路程和车辆总质量乘积的比值。求该车在测试过程中的吨百公里能耗为多少J/(100km·t)，并计算汽车的能量利用率； (3)在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能。该车在电池充满电的情况下以20km/h最多可行驶多少km。 【答案】(1)2000N (2)8×108J/(100km·t)，37.5% (3)160km 【详解】（1） 汽车以50km/h的速度匀速行驶，由图乙可知，阻力f = 2000N。由于汽车匀速行驶，牵引力F等于阻力f，则牵引力F = 2000N。 （2）汽车行驶1小时，速度为50km/h，行驶距离为50km。所做机械功 燃油消耗量为10kg，燃油热值为4.0×107J/kg，消耗的总能量Q燃油​=m燃油q=10kg×4.0×107J/kg=4.0×108J 蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至80%，即增加了50%的最大容量。最大容量为1.0×108J，则增加的电能ΔW电​=（80%-30%）×1.0×108J=5.0×107J 汽车的能量利用率 （3）蓄电池充满电的最大容量为1.0×108J，当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电，则测试过程中能提供的最大电能W最大=(1-20%)×1.0×108J=8×107J 假设电能全部转化为机械能，则转化的机械能W机械=W最大=8×107J 由图乙可知，当v' = 20km/h时，阻力f '= 500N，则牵引力F'=500N。行驶的最大距离为 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $