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第十三章 内能与热机,1.内能：物体内所有分子无规则运动的_，以及_的总和。,动能,分子势能,2.影响因素：(1)温度：同一个物体的温度越高，内能_。(2)质量：同种物质组成的物体，在温度相同时，质量大的物体内能_。,越大,大,3.特点：物体的内能_(选填“会”或“不会”)为零。4.改变内能的两种途径:(1)做功。规律：外界对物体做功，物体内能_；物体对外界做功，物体内能_。实质：能量的_。,不会,增加,减少,转化,(2)热传递。规律：物体吸热，内能_；物体放热，内能_。如图所示，抱热水袋取暖过程中，_的内能增加，_的内能减少。,增加,减少,人体,热水袋,条件：物体之间有_。热量：在_过程中，物体_传递的多少。实质：能量从高温物体向低温物体的_。,温度差,热传递,内能,转移,1.大小:_的物质温度每升高(或降低)_所吸收(或放出)的热量。2.单位:_。3.水的比热容:(1)数值：c水4.2103 J/(kg)。(2)意义：_。,单位质量,1,J/(kg),1 kg水温度升高(或降低)1 吸收(或放出)的,热量是4.2103 J,(3)应用：由于水的比热容_，可以用水冷却汽车发动机，冬天用水取暖等。4.热量的计算公式：Q=_。,大,cmt,1.热机:把燃料燃烧时释放的_转变为_的装置。2.内燃机:(1)定义:_直接在发动机汽缸内燃烧产生_的热机。,内能,机械能,燃料,动力,(2)汽油机的工作过程。,关,关,向上,机械能,内能,关,关,向下,内能,机械能,开,两圈,1个,飞轮的惯性,做功,1.热值:,热量,质量,热量,体积,J/kg,J/m3,mq,Vq,2.热机效率:(1)定义：热机运转中，对外做的_与燃料完全燃烧所释放的_的比值。(2)提高的主要途径：_各种能量损失。,有用功,能量,减少,(1)汽车发动机上的散热器用水作为冷却剂，这是利用了水的比热容_的特性。(2)发动机的内能主要是通过_而减小的；在发动机的做功冲程中，燃料燃烧产生的内能转化为_，高温燃气的内能减少，这是通过_改变内能的。(3)完全燃烧0.1 kg的高能汽油，放出的热量为_J；如果这些热量被质量为100 kg、初温为20 的水完全吸收，可以使水的温度升高_。q油=4.62107 J/kg,c水=4.2103 J/(kg),参考答案：(1)大(2)热传递 机械能 做功(3)4.62106 11,1.区别:(1)温度表示物体的冷热程度，是一个状态量，其单位是摄氏度()。温度不能传递或转移，它是分子热运动激烈程度的标志。温度只能说“是多少”或“达到多少”，不能说“有”或“没有”。(2)内能是能量的一种形式，也是一个状态量，可以转化和转移，其单位是焦耳(J)。只有当物体的内能改变，并与做功或热传递相联系时，才有数量上的意义。内能只能说“有”，不能说“无”，因为一切物体都具有内能。,(3)热量是热传递过程中内能改变多少的量度，单位是焦耳(J)。热量是一个过程量，离开了热传递过程就无热量可言。热量用“吸收”或“放出”来表述，不能用“具有”或“含有”表述。,2.联系:(1)物体吸热，内能一定增加，温度不一定升高；物体放热，内能一定减少，温度不一定降低。(2)物体温度升高，内能一定增加，可能吸热，也可能外界对物体做功。(3)物体温度降低，内能一定减少，可能放热，也可能物体对外界做功。,【易错警示】(1)内能和机械能是两种不同的能量形式。内能是物体内部微观分子动能和分子势能的总和。机械能是宏观物体动能和势能的总和，一个静止在地面上的物体机械能可以为零，但它的内能不可能为零。(2)对物体做功，物体的内能会增加，“会”是一种可能，并不一定增加，如提高物体时，对物体做了功，增加的是物体的机械能，而不是内能。,【拓展延伸】影响内能大小的因素1.温度：根据分子动理论，物体温度越高，分子的无规则运动越激烈，分子动能越大。2体积：物体体积变化时，引起分子间距离变化，从而使分子势能发生改变。例如，一块0 的冰熔化成0 的水，虽然温度没有升高，但由于分子间距离的变化，使其内能增加。3.分子的个数(质量)：温度相同的物体所具有的内能不一定相等，因为物体的内能还跟分子的个数有关。例如，同样温度的一桶水比一杯水所含分子个数多，虽然其他情况相同，但一桶水的内能远远大于一杯水所具有的内能。,【典例1】(2013南充中考)关于温度、热量、内能，下列说法正确的是()A.物体的温度越高，所含热量越多B.温度高的物体，内能一定大C.0 的冰块内能一定为0D.温度相同的两物体间不会发生热传递【思路导引】解答本题应明确以下关键点：,【精讲精析】选D。本题考查对温度、热量和内能的理解。热量是过程量，不能说“物体含有多少热量”，所以A选项错误；内能的大小不但与物体的温度有关，还与物体的质量有关，所以B选项错误；一切物体，不论温度高低，都有内能，所以C选项错误；热传递的发生条件是存在温差，当两物体温度相同时不会发生热传递。所以D选项正确。故选D。,(2012安徽中考)下列关于功、内能和热量的描述中正确的是()A物体的温度不变，内能一定不变B做功和热传递都能改变物体的内能C温度高的物体含有的热量比温度低的物体多D热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递,【解析】选B。本题考查对功、内能和热量关系的理解。物体的温度不变，内能不一定不变，故A错；做功和热传递都能改变物体的内能，故B对；温度高的物体含有的内能不一定比温度低的物体多，而热量是过程量，不能说物体含有多少热量，故C错；热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递，故D错。,1.正确理解比热容:(1)比热容是物质的一种特性，不同物质的比热容一般不同。(2)同一种物质的比热容随物质状态的变化而改变。例如，水和冰是同种物质，水的比热容是4.2103 J/(kg)，冰的比热容是2.1103 J/(kg)。,2.水的比热容大的应用:(1)与其他物质相比，水的比热容较大，在相同条件下，升高或降低相同温度时，水吸收或放出的热量多，如冬季取暖用水来循环、汽车发动机冷却用水做冷却剂等。(2)与其他物质相比，水的比热容较大，在相同条件下，吸收或放出相等热量时，水升高或降低的温度少(即温度变化小)。利用这一特点能解释水域大的地方气温变化小、寒流来之前向麦田里浇水可防止麦苗被冻死等现象。,3.对公式 的理解:只是提供了计算比热容的方法，不能认为比热容c随Q、m、t而变，也不能说c与Q成正比，与m和t的乘积成反比。同种状态下，比热容只取决于物质种类。,【典例2】如图所示是某一沿海城市和某一内陆城市年气温变化曲线。从图像可以看出，在一年中，曲线A所示的城市气温变化较_(选填“大”或“小”)，根据水的比热容比砂石的比热容_的特点，曲线A表示的是_(选填“沿海”或“内陆”)城市的年气温变化曲线。,【思路导引】解答本题关键是理解水的比热容大，思路如下：,【精讲精析】本题考查水的比热容大的应用。分析题图可知，一年之内，A曲线所示的城市气温在1433 之间，B曲线所示的城市气温在1728 之间，故A曲线所示的城市气温变化大。由于水的比热容较大，内陆地区砂石、干泥土等比热容较小，在同样吸热的条件下，内陆地区比沿海地区温度升得高；在同样放热的条件下，内陆地区比沿海地区温度降得低。所以一年之内，沿海城市的温度变化较小，内地城市温度变化较大，A表示的是内陆城市的年气温变化曲线。答案：大 大 内陆,【失误档案】(1)误认为比热容随温度、质量而变化；(2)不理解比热容的物理意义，误认为在同样条件下，比热容大的物质吸热升温快；(3)误认为吸收热量多的物质，其比热容一定大。,【变式训练】(2011宁德中考)关于水的比热容，下列说法正确的是()A.沿海昼夜温差小是因为水的比热容小B.水变成冰后，比热容不变C.水的比热容较大，可用作柴油机的冷却剂D.一桶水比一杯水的比热容大,【解析】选C。本题考查对比热容的理解。由于比热容是物质的一种特性，它与质量、温度的高低等因素无关，但它与物质的状态有关；当物质的状态发生变化时，比热容会变化，故B、D错。由于海水的比热容比砂石、泥土的比热容大，在同样吸热或放热的条件下，海水的温度变化小，A错。因为水的比热容较大，与其他物质相比，在相同条件下，升高相同温度时，水吸收的热量多，制冷效果好，C对。,1.利用比热容计算物体吸收或放出的热量:(1)用t表示温度变化量，则热量的计算公式为Q=cmt。(2)吸热公式为Q吸=cm(t-t0)，放热公式为Q放=cm(t0-t)。其中t0表示物体的初温，t表示物体的末温。,2.利用热值计算燃料燃烧放出的热量:(1)固体、液体燃料完全燃烧放出热量的公式为Q放=mq。(2)气体燃料完全燃烧放出热量的公式为Q放=Vq。,【易错警示】“升高了”和“升高到”以及“降低了”和“降低到”是对温度的不同表述。温度“升高了”“降低了”是指温度的变化量，即t；温度“升高到”“降低到”是指物体的末温t。,【拓展延伸】转化效率其他形式的能转化为内能时，由于有能量损失，所以存在转化效率()问题。(1)用炉火加热水时，化学能转化为内能，水吸收的热量Q吸=Q放=mq。(2)使用太阳能热水器时，太阳能转化为内能，水吸收的热量Q吸=E太。(3)使用电热器加热水时，电能转化为内能，水吸收的热量Q吸=W电。,【典例3】(2013兰州中考)已知煤气的热值为3.6107 J/m3，0.28 m3的煤气完全燃烧放出的热量是多少？若这些热量的50%被温度为20，质量为30 kg的水吸收，则水温升高多少？c水=4.2103 J/(kg)【思路导引】解答本题所选用的有关公式及其联系如下：,【精讲精析】煤气完全燃烧放出的热量Q放=Vq=0.28 m33.6107 J/m3=1.008107 J水吸收的热量Q吸=Q放=50%1.008107 J=5.04106 J由Q吸=c水mt得水升高的温度答案：1.008107 J 40,如图是某太阳能热水器，向其中注入50 kg水，阳光照射一段时间后，水温从10 升高到50。水的比热容是4.2103 J/(kg)。试求：(1)这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？(2)如果这些热量由效率为20%的火炉燃烧煤炭来提供，则需要完全燃烧多少kg煤炭？(煤炭的热值q=3107 J/kg),【解析】(1)水吸收的热量为Q吸=c水mt=4.2103 J/(kg)50 kg(50-10)=8.4106 J；(2)煤炭完全燃烧产生的热量为需要完全燃烧的煤炭的质量为答案：(1)8.4106 J(2)1.4 kg,1.实验方法：_法。,控制变量,2.实验步骤：(1)取质量_的水和煤油分别倒入两只相同的烧杯中；(2)用_测出加热前两液体的温度t1并记录；(3)用火焰相同的酒精灯(或_相同的电加热器)加热，加热过程中用搅拌器搅拌；(4)用_测量并计算两种液体温度从t1达到相同的温度t2所用的时间t。,相等,温度计,规格,秒表,3.问题探究：(1)为什么要使用火焰相同的酒精灯(或规格相同的电加热器)加热、两只相同的烧杯装液体？提示：火焰相同的酒精灯(或规格相同的电加热器)在相同时间内放出的热量相等，相同的烧杯导热性能、自身吸收的热量相同，能保证研究对象在相同时间内吸收相等的热量。(2)怎样判断研究对象吸收热量的多少？提示：采用“转换法”，当热源相同时，用加热时间反映物质吸收热量的多少，加热时间越长，物质吸收的热量越多。,【易错警示】叙述结论时，一定要注意强调前提条件，即控制不变的量。(1)在“相同质量的同种物质”条件下，表述“吸收的热量与升高温度的关系”；(2)在“同种物质升高相同的温度”条件下，表述“吸收的热量与质量的关系”；(3)在“质量相同的不同物质升高相同的温度”条件下，表述“吸收的热量与物质种类是否有关”。,【典例】(2012烟台中考)小明设计了如图所示的实验装置来探究水和食用油的吸热本领。(1)写出调整实验器材的方法步骤。(2)依据小明的探究方案，在实验探究过程中，除了选用相同规格的烧杯和酒精灯，还需要控制不变的量有哪些？,(3)实验探究记录数据如表：在这些数据中,哪一个最可能是由于测量或者记录的疏忽而产生了错误?分析实验数据,可以得出的结论是什么?,【解析】(1)调整实验器材时，注意调整铁夹、石棉网的位置。(2)在探究过程中要利用控制变量法，使两种物质的质量和初始温度相同，比较末温度和加热时间。(3)分析食用油和水的温度的变化关系，每加热1 min，水的温度变化为1，食用油的温度变化为2.5，则食用油温度变化快。所以升高相同的温度，水需要吸收的热量要多，故水的吸热能力较强。分析食用油的变化温度，第6 min食用油的温度应为45，故第6 min数据有误。,答案：(1)调整下面铁夹，使石棉网处于适当的高度；调整上面铁夹，使温度计处于适当的高度。(2)水与食用油的质量和初始温度相同。(3)第6 min食用油的温度记录错误。分析表中的数据可知，加热时间相同时，食用油升高的温度比水高。分析比较水在第5 min、10 min和食用油在第2 min、4 min的数据可知，升高相同的温度，水需要加热的时间比食用油长，进而得出水的吸热本领比食用油大。,【延伸探究】结合上例探究以下问题(1)在此实验中，如果要使水和食用油的最后温度相同，就要给水加热更长的时间，此时，水吸收的热量_(选填“大于”“小于”或“等于”)食用油吸收的热量。(2)已知水的比热容是4.2103 J/(kg)，根据表中数据可得食用油的比热容为_J/(kg)。,【解析】(1)加热时间反映物质吸收热量的多少，加热时间长，则物质吸收的热量多。(2)由表中第5 min实验数据可知，在质量相等时，加热相等时间，即吸收相等热量，食用油升高的温度是水升高温度的2.5倍；根据公式Q=cmt，可知水的比热容是食用油的2.5倍，故食用油的比热容为1.68103 J/(kg)。答案：(1)大于(2)1.68103,1.下列四幅图中，不属于做功改变物体内能的是(),【解析】选B。本题考查做功的两种方式。烧水时，水吸收热量，内能增加，通过热传递的方式改变物体的内能。双手摩擦、锯木条、钻木取火过程中，都克服摩擦做功，将机械能转化为内能，使物体的内能增加，故选B。,2.在下列几种情况中，比热容会发生变化的是()A20 的水变成4 的水 B一块钢板压制成钢锅C水结成冰 D把开水倒入冷水中【解析】选C。本题考查对比热容的理解。比热容是物质的一种特性，跟温度、形状等因素无关，跟物质状态有关。水结成冰，状态发生改变，水和冰的比热容不同。,3.以下交通工具中，常用汽油机作为动力装置的是()A小轿车 B载重卡车C远洋轮船 D动车【解析】选A。本题考查汽油机的应用。汽油机比较轻巧，主要用于汽车、飞机、摩托车等；柴油机比较笨重，主要用于载重卡车、火车、轮船等。,4.2013年2月15日12时30分左右，一块陨石坠落在俄罗斯车里雅宾斯克州，发出耀眼的强光和巨响。陨石穿越大气层时与空气摩擦，温度升高，它的内能_，这是通过_的方式改变内能的。【解析】本题考查影响内能大小的因素及改变内能的方式。陨石穿越大气层时，克服空气摩擦做功，机械能转化为内能，其温度升高，内能增加。答案：增加 做功,5.如图所示是四冲程汽油机工作的部分冲程示意图，其中_图是做功冲程，_图是依靠飞轮的惯性来完成的冲程。,【解析】本题考查对汽油机不同冲程的识别。四冲程汽油机工作的过程中，燃气推动活塞向下运动的冲程为做功冲程，如图乙所示；其他的三个冲程都是靠飞轮的惯性来完成的，甲图是排气冲程，故是靠飞轮的惯性来完成的。答案：乙 甲,6.为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值，小明采用如图所示的装置进行实验：他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中，点燃它们，分别给装有质量相等的水的两个相同烧杯加热，直至酒精和碎纸片完全燃烧。,(1)小明设计了一张记录实验数据的表格，其中两项内容漏写了，请你帮他补充完整。,(2)实验后小明根据实验数据利用公式Q=cmt算出了水吸收的热量，结合“10 g酒精”这一数据，算出了酒精的热值，算出的酒精热值是否可靠？_，请说明理由_。,【解析】本题考查探究比较燃料热值的实验过程设计。(1)为了算出水吸收的热量，应为加热后的水温/；为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值，应为10 g碎纸片。(2)由于热量损失，烧杯及温度计也要吸收热量，所以酒精完全燃烧放出的热量不能全部被水吸收，故算出的酒精的热值不可靠。答案：(1)加热后的水温/10 g碎纸片(2)不可靠 酒精完全燃烧放出的热量不能全部被水吸收,1.(2012嘉兴中考)如图所示，在大口厚玻璃瓶内装入少量的水，并滴入几滴酒精，塞紧塞子后，用气筒往瓶内打气，当塞子跳出时，看到瓶口有白雾出现。下列关于该实验的分析错误的是()A.往瓶内打气时，外界对瓶内气体做功B.往瓶内打气时，瓶内气体内能变小C.瓶塞跳出时，瓶内气体温度降低D.瓶塞跳出时，瓶内气体对外做功,【解析】选B。本题考查利用做功的方式改变物体的内能。用气筒向密闭的玻璃瓶内打气，活塞压缩空气做功，机械能转化为内能，瓶内气体的内能增加，温度升高，A对、B错；当瓶内气体压强增大到一定程度的时候，瓶内气体膨胀对瓶塞做功，内能转化为机械能，气体的内能减小，温度降低，空气中的水蒸气遇冷液化形成小水滴，出现白雾，C、D正确。,2.(2011常州中考)夏天，海边的昼夜温差小，这是因为水的比热容较大。下列现象中不能反映水的这一特性的是()A汽车发动机的冷却循环系统用水做工作物质B春天的夜晚，农民往稻田里灌水以防秧苗冻坏C炎热的夏天常常在教室的地面上洒水D城区建造人工湖以降低“热岛效应”造成的夏季高温,【解析】选C。本题考查水的比热容大的应用。水的比热容较大，在相同条件下，升高相同温度时，水比其他物质吸收的热量多，故选项A符合要求；水的比热容较大，在相同条件下，吸收或放出相等热量时，水比其他物质升高或降低的温度少(即温度变化小)，故选项B、D符合要求。夏天在地面洒水，水在蒸发时吸收热量，从而达到降温的目的，故选项C不符合要求。,3.(2013南京中考)如图所示是内燃机的四个冲程，其中属于压缩冲程的是(),【解析】选A。本题考查内燃机四个冲程的识别。根据进气门、排气门的开关情况和活塞的运动方向来判断。压缩冲程的特点是进气门、排气门关闭，活塞向上运动。A项是压缩冲程，B项是排气冲程，C项是做功冲程，D项是吸气冲程。故选A。,【方法技巧】(1)根据剖面图识别汽油机的工作冲程，主要有三个关键点：活塞的运动方向；气门的开闭情况；火花塞是否产生电火花。(2)汽油机的工作循环数、冲程数、曲轴(或飞轮)转动圈数、燃气对外做功次数的关系是1421。,4.(2013黔西南州中考)用手将一根铁丝快速反复弯折数十次,铁丝弯折处会发热,铁丝的内能将,这个实验说明可以改变物体的内能。【解析】本题考查改变物体内能的方式。改变物体内能的方式有两种:做功和热传递。弯折铁丝的过程中,克服铁分子间的作用力做功,使铁丝的内能增加。答案:增加做功,5.(2012宿迁中考)夏季，在高速公路服务区内，一些重型汽车停在有水的坑里，这是因为汽车在高速行驶过程中，通过_方式增加轮胎的内能，使轮胎的温度_；轮胎停在水中，通过_方式减少内能，降低温度，以保行车安全。【解析】本题考查改变物体内能的两种方式。汽车在高速行驶过程中，轮胎克服地面摩擦做功，将机械能(或动能)转化为轮胎的内能，使轮胎的温度升高；水与高温的轮胎接触时，热量从轮胎传递给水，使轮胎的内能减少，达到降温的目的。答案：做功 升高 热传递,【方法技巧】利用做功方式改变物体内能的过程中，必定存在内能与其他形式的能之间的相互转化；利用热传递方式改变内能的过程中，必定存在两个温度不同的物体，高温物体的内能转移到低温物体。,6.(2012宁波中考)用两个相同的“热得快”分别给质量、初温都相同的甲、乙两种液体同时加热。两液体的温度随时间变化的图像如图所示，根据图像可知，甲液体的比热容_(选填“大于”“等于”或“小于”)乙液体的比热容，质量为500 g、初温为20 的甲液体温度升高到90，吸收的热量为_J。甲液体的比热容为1.8103 J/(kg),【解析】本题考查有关比热容的图像分析和热量计算。由图像可知，加热相同时间，即吸收相同热量，甲液体升温快，所以甲液体的比热容小于乙液体的比热容。甲液体吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=1.8103 J/(kg)0.5 kg(90-20)=6.3104 J。答案：小于 6.3104,【中考警示】(1)比热容是物质的一种特性，它反映了物质的吸热本领大小，也能反映物质的放热本领大小，吸热本领大的物质其放热本领一定也大。(2)比热容的单位是由热量、质量、温度的单位组合而成的复合单位，应明确其意义，书写要规范。(3)物体吸收或放出热量的多少由比热容、质量和温度变化这三个量的乘积决定，跟物体温度的高低无关。,7.(2013遵义中考)一只电热快速开水壶,内装质量为1.5 kg,初温为20的水,在对水加热的过程中,水的内能,将这些水烧开,水吸收的热量是。当地气压为1标准大气压,c水=4.2103J/(kg)【解析】本题考查影响物体内能大小的因素及热量的计算。(1)在对水加热的过程中,水的内能增大,温度升高;(2)在1标准大气压下,将水烧开,水的末温是100,水吸收的热量Q吸=c水mt=4.2103J/(kg)1.5 kg(100-20)=5.04105J。答案:增大5.04105J,8.(2012安顺中考)一个成年人参加一次长跑,身体消耗的能量为6.6106J,这些能量相当于完全燃烧0.55 kg的干木柴才能得到。则干木柴的热值为,如果用掉一半后,干木柴的热值将变为。【解析】本题考查热值的计算和含义。根据热量和干木柴的质量可以计算干木柴的热值:热值是燃料本身的一种特性,热值大小取决于燃料的种类,同种燃料的热值是不变的,与燃料的质量、燃烧情况等无关。答案:1.2107J/kg1.2107J/kg,9.(2013南充中考)某中学为学生供应开水,用焦炭作为燃料,已知焦炭的热值是3107J/kg,现完全燃烧了4.2 kg的焦炭,放出的热量为J,设该热量有25%被水吸收,能将kg的水从25加热到100。已知c水=4.2103J/(kg),【解析】本题考查热值和比热容的相关计算。完全燃烧4.2 kg焦炭放出的热量是Q放=m炭q=4.2 kg3107J/kg=1.26108J水吸收的热量为Q吸=1.26108J25%=3.15107J由公式Q吸=c水m水t得答案:1.26108100,10.(2013临沂中考)为了比较水和煤油的吸热能力，晓雯设计了如下实验步骤：A.在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的水和煤油；B.用两支温度计分别测出水和煤油的初温；C.在烧杯中，分别放入功率相同的电热器，加热相同时间；D.用温度计分别测出水和煤油的末温。(1)步骤A存在的错误是_，应改为_。(2)步骤C，加热相同时间是为了使水和煤油_。(3)步骤B和D是为了得出水和煤油_。,【解析】本题考查比热容的探究实验过程。(1)实验中应当控制两种液体的质量相同，所以A步骤中的错误是取两种液体的体积相同；(2)步骤C中使用相同的加热器给两种液体加热相同的时间，是为了使两种液体吸收的热量相同；(3)步骤B和D分别测水和煤油的初温和末温，是为了计算它们升高的温度并进行比较。答案：(1)装入等体积的水和煤油 装入等质量的水和煤油(2)吸收的热量相同(3)升高的温度,