第十二章
内能与热机
第一节
物体的内能
1、物体的内能
（1）物体内部所有分子由于热运动而具有的动能和分子之间势能的总和叫做物体的内能，内能是指物体内所有分子具有的能量，而不是指单个分子的能量。
（2）决定物体内能大小的因素主要是物体质量、温度和体积，因为质量决定了分子的数目，温度决定了分子热运动的快慢，而体积与分子势能有关。同一物体条件下：
①同体积：温度越高，内能越大，温度越低，内能越小。
②同质量：温度越高，分子热运动越激烈，内能越大。※
重要考点：温度影响物体的内能。
（3）内能与机械能的区别与联系：
①内能：物体内部所有分子由于热运动而具有的动能和分子之间势能的总和（微观）
机械能：是整个物体做机械运动时具有的动能和势能的总和（宏观）。
②物体的内能与温度密切相关；物体的机械能与温度无关。
③物体的内能大小取决于物体的质量、体积和温度，一切物体在任何情况下都具有内能，物体内能永不为零；物体的机械能大小取决于物体的质量，相对位置和速度，在一定条件下，机械能可能为零。
④机械能和内能可以相互转化。
（4）内能的国际单位是焦耳，简称焦，用“J”表示。
2、改变物体内能的两种途径
改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，这两种方式是等效的。
做功改变物体的内能，实质是内能和其他形式的能的相互转化，对物体做功，它的内能增加，是其他形式的能转化为内能；物体对外做功，它的内能减少，是内能转化为其他形式的能。
用热传递的方式改变物体的内能，实质是内能在物体间的转移，能的形式不变，物体吸收了热量，它的内能就增加，物体放出了热量，它的内能就减少。热传递的三种方式：热传导，对流，热辐射。
热传递的条件：
1.物体间存在温度差。传递到温度一致时热传递停止。
2.高温物体向低温物体传递内能（即热量），温度降低，低温物体吸收能量，温度升高。
※考点：做功和热传导在改变物体的内能上是等效的例题1
如教材图12-13所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小团硝化棉，迅速向下压活塞，棉花燃烧起来了。为什么？答：向下压活塞，压缩玻璃筒内空气，对筒内空气做了功。棉花燃烧是因为筒内的空气内能增加，温度升高了。实验说明了做功可以改变物体内能。
例题
将一根铁丝反复弯折数十次，铁丝被弯折处发热（教材图12-14）。分析其原因。
答：铁丝内能的改变是由于人对铁丝做了功。实验再次说明做功可以改变物体的内能。
练习：
1、摩擦生热的实质是利用______改变物体内能的过程。
2、热传递的过程中，物体吸收或放出能量的多少就是________，热传递发生的条件是__________________________。在热传递中，高温物体将能量向_______传递，直至各物体____________________。
3、指出下列事例中改变物体内能的方式：
（1）冷天用热水袋取暖，人体感以暖和_____；
（2）比赛中，从竿的顶端滑到底端时手感到发热_________；
（3）密封的空气被压缩时温度升高________；
（4）火炉上烤饼子，饼子变热_________；
（5）用挫刀挫铁块，铁块变热_________；
（6）把烧热工件放到冷水中，工件会凉下来_________。
4、冬天觉得手冷时，常将两手掌紧贴后搓一搓，并向手上呵气，就会觉得暖和些。试说明这样做的道理，并说明这两种做法的区别是什么
3、热量：热量是物体通过热传递方式所改变的内能。
（1）热量本身不是能量，不能说某个物体具有多少热量，也不能比较两个物体热量的大小。
（2）热量是物体在热传递过程内能的变化量，所以说它是一个过程量，是内能变化的量度，若无热传递发生，则不存在热量。
（3）热量的多少与物体内能的多少、温度的高低没有关系。
（4）热量的单位是焦耳，热量通常用Q表示。
4、温度、热量、内能的联系和区别
区别：温度是指物体的冷热程度，从分子动理论的观点来看，温度是分子热运动激烈程度的标志，热量是物体通过热传递方式所改变的内能，是内能的变化量，内能是物体内所有分子动能和势能的总和。
联系：在不发生物态变化时，一个物体吸收了热量，它们的内能增加，温度升高；一个物体放出了热量，它的内能减少，温度降低。在发生物态变化时，物体吸收了热量，内能增加，温度可能不变；物体放出了热量，内能减少，温度可能不变。
例题3在古代，人类就掌握了钻木取火的方法，钻木之所以能取火，可以用下面的三句话来解释：甲：木头内能增大，温度升高
乙：达到木头的着火点，使木头燃烧起来
丙：钻木头时克服摩擦做功
这三句话的正确顺序是：
A.甲乙丙
B.丙甲乙
C.乙甲丙
D.甲丙乙
参考答案：B
例题4关于热量和热传递，下列说法正确的是（）
A.温度高的物体含的热量一定多
B.比热大的物体含有的热量一定多
C.热总是从含有热量多的物体传递到含有热量少的物体
D.热总是从温度高的物体传向温度低的物体
参考答案：D
第二节：物质的比热容
1．比热容（c）：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容，又称比热。
2．比热是物质的一种属性，它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变，只要物质相同，比热就相同。
3．比热的单位是：J/(kg·℃)，读作：焦耳每千克摄氏度。
4．水的比热是：c=4.2×103
焦耳/(千克·℃)，它表示的物理意义是：每千克的水当温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103
焦耳。
5．热量的计算：
①
Q吸=cm(t-t0)=cm△t升
（Q吸是吸收热量，单位是焦耳；c是物体比热，单位是：焦/(千克·℃)；m是质量；t0是初始温度；t是后来的温度。也就是常说的初温和末温。△t=末温—初温。）
②
Q放
=cm(t0-t)=cm△t降
△t=初温—末温。通常的时候用t1表示初温，t2表示末温。记住用高温减去低温就行了。
注意：由公式可看出物体吸收或者放出的热量与三者有关：物体的比热，质量和温度的改变量。特别要注意是温度的改变量而不是其他的量，吸收或者放出相同的热量，物体的初温
跟末温是可以不一样的。三者缺一不可。
例题5下列几种说法正确的是（）
A．温度高的物体比热容大
B．吸热多的物体比热容大
C．比热容大的物体吸热多，比热容小的物体吸热少
D．水的比热容比冰的比热容大
参考答案：D
例题6沙漠地区在日光照射下，要比湖泊湿地处温度升高得快，这是因为（）
A．沙石吸热多
B．沙石的比热容小
C．沙石的密度大
D．沙漠地区日照时间长
参考答案：B
练习答案：
1、做功
2、热量
存在温度差
低温物体
温度相等
3、（1）热传递
（2）做功
（3）做功
（4）热传递
（5）做功
（6）热传递
物质的比热容同步练习
一、基础篇1、10g水和100g水的比热容﹍﹍﹍﹍﹍，温度为10℃的水与温度为90℃的水的比热容﹍﹍﹍﹍﹍。
2、一箱汽油用掉一半后，下列关于它的说法正确的是（）
A．它的密度变为原来的一半
B．它的比热容变为原来的一半
C．它的热值变为原来的一半
D．它的质量变为原来的一半
3、现代火箭用液态氢做燃料，是因为它具有（）
A．较小的密度
B．较低的沸点
C．较大的体积
D．较高的热值
二、提高篇
4、汽车散热器等制冷设备常用水作为冷却剂，这是利用了水的﹍﹍﹍﹍﹍较大的性质。如果汽车散热器中装有4kg的水，当温升高了10℃时，它吸收了﹍﹍﹍﹍﹍J的热量。[已知c水=
4.2×103
J/(kg•℃)]
5、天然气在我市广泛使用，已知天然气的热值为4×107J／m3，完全燃烧0.05m3天然气可以放出﹍﹍﹍﹍﹍J的热量，这些热量若只有42％被水吸收，则可以使常温下5kg的水温度上升﹍﹍﹍﹍﹍℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)]
6、甲、乙两物体的比热容之比为2:3，吸收热量之比为3:1，它们升高的温度相同，则甲、乙两物体的质量之比为（）
A．9:2
B.2:9
C．1:2
D．2:1
参考答案:
1、相同
相同
2、D3、D4、比热容
1.68*1055、2*10
406、A
第三节
内燃机
1.热机：车，船和飞机的发动机。是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。
2.内燃机：内燃机是热机的一种，燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的内机叫做内燃机。如果不是在气缸内燃烧产生动力的就不是内燃机。比如有蒸汽机，汽轮机等。
3．内能的利用：利用内能可以加热，也可以做功。
4．内燃机可分为汽油机和柴油机，它们一个工作循环由吸气、压缩、做功和排气四个冲程。一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周。
5四冲程内燃机的工作原理
①
进气冲程
是向气缸内填充新鲜气体的过程。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从上止点向下止点移动的过程此时进气门打开，排气门关闭。当活塞到达下止点时该冲程结束。
②压缩冲程
是将缸内的气体压缩的过程（为燃烧着火创造基本条件，缸内温度升高）。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从下止点向上止点移动的过程此时进、排气门均关闭。当活塞到达上止点时该冲程结束。
③
做功冲程
是缸内可燃混合气燃烧将化学能转换为热能的过程。活塞在燃气压力的作用下由上止点向下止点运动，曲轴通过连杆带动旋转输出功。此时进、排气门均关闭，当活塞到达下止点时该冲程结束
④排气冲程
是为了下一循环工作而清除缸内燃烧后的废气的过程。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从下止点向上止点运动的过程。此时进气门关闭，排气门打开。当活塞到达上止点时该冲程结束。
6四冲程内燃机的工作原理---归纳
1.过程：吸、压、膨、排
2.运动：往复、旋转、气门的配合关闭
3.过程中的异、同点:吸与膨（活塞向下、气门开闭、活塞运动力的作用等）；压与排（活塞向上、气门开闭、活塞运动力的作用等）。
7汽油和柴油机的区别：
汽油机
柴油机
不
同
点
构造
顶部有一个火花塞
顶部有一个喷嘴
吸气冲程
吸入汽油与空气的混合气体
吸入空气
点燃方式
点燃式
压燃式
效率
低
高
应用
小型汽车、摩托车
载重汽车、大型拖拉机
相
同
点
冲程：活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。
8.提高热机效率的途径：
使燃料充分燃烧
尽量减小各种热量损失
机件间保持良好
第四节
热机效率和环境保护
1.热值（q）：1千克某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值。单位是：焦耳/千克。（J/kg）.关于热值的理解：
①对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
②
热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。
2．燃料燃烧放出热量计算Q=qm（Q是热量，单位是：焦耳；q是热值，单位是：焦/千克；m是质量，单位是：千克）热值跟热量不能搞混了。
3．热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：η=W有用/
Q总=
W有用/qm
4．在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
注意：热机能量的损失
①燃料未完全燃烧（尽量完全燃烧：充足空气，研磨成细颗粒）
②气排出带走能量（废气的利用）
③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）
例题7某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。【水的比热容为4.2×103J/(kg•
℃)，无烟煤的热值是3.4×107J/kg】试求：
(1)锅炉内200kg的水吸收的热量是多少焦耳？
(2)6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦耳？
(3)此锅炉的效率是多少？
参考答案：(1)
Q吸=
cm△t升=4.2×103J/(kg•
℃)*200kg*(100℃-25℃)=6.3*107J
(2)
Q=qm=3.4×107J/kg*6kg=2.04*108J
(3)
η=
W有用/
Q总=6.3*107J/2.04*108J=30.88％
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