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《内能与热机》全章复习与巩固（提高）责编：冯保国【学习目标】1、内能、热量的概念，影响内能的因素，改变内能的途径。2、比热容的概念、单位、意义及其应用。3、热量的计算。4、热机的工作原理及能量转化过程。5、燃料的热值及热机效率。【知识网络】【要点梳理】要点一、内能物体内部大量分子做无规则运动所具有的能量叫分子动能。由于分子之间有一定的距离，也有一定的作用力，因而分子具有势能，称为分子势能。物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫物体的内能。要点诠释：1、单位：焦耳，符号J。2、同一个物体，它的温度越高，内能越大。物体内能的大小，除与温度有关外，还与物体的体积、状态、质量等因素有关。3、一切物体都有内能。4、内能与机械能的区别物体的内能大小与物体内部分子的热运动以及分子间的相互作用情况有关，是物体能量的微观表现；物体的机械能则与整个物体的机械运动情况及相对位置有关，是物体能量的宏观表现。物体的内能在任何情况下都不会为零（因为分子不停地做无规则运动总有动能），而物体的机械能可以相对为零。所以内能和机械能是两种不同形式的能量。5、内能的改变，通过做功和热传递这两种方法都可以改变物体的内能。要点二、比热容单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量叫做物质的比热容。符号c，单位为焦每千克摄氏度，符号为J/(㎏·℃）。要点诠释：1、比热容是物质本身的一种性质。（1）同种物质在同一状态下的比热容与其质量、吸收（或放出）热量的多少及温度的改变无关。（2）同一种物质在不同的状态下比热容不同，如冰、水的比热容是不同的。2、水的比热容比较大，是4.2×103J/(㎏·℃）。主要表现：（1）由于水的比热容较大，一定质量的水升高（或降低）一定的温度吸收（或放出）的热量较多，我们用水作为冷却剂和取暖用。（2）由于水的比热容较大，一定质量的水吸收（或放出）较多的热量而自身的温度却改变不多，这一点有利于调节气候。夏天，太阳晒到海面上，海水的温度升高过程中吸收大量的热，所以人们住在海边并不觉得特别热；冬天，气温低了，海水由于温度降低而放出大量的热，使沿海气温降得不是太低，所以住在海边的人又不觉得特别冷。3、热量的计算（1）吸热公式：Q吸=cm(t-t0)式中Q吸表示物体吸收的热量，c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t0表示物体原来的温度，t表示物体后来的温度。（t-t0）表示温度的升高量。（2）放热公式：Q放=cm(t0-t)式中（t0-t）表示物体温度的降低量。要点三、热机把内能转化为机械能的机器叫热机。热机常见种类有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。要点诠释：1、内燃机及其工作原理（1）内燃机：内燃机是热机的一种，内燃机在气缸里燃烧汽油或柴油。（2）内燃机的工作原理。汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。（3）内燃机的四个冲程，活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程，汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。一个工作循环有两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为机械能。2、汽油机和柴油机的异同点不同点相同点项目汽油机柴油机（1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。（2）都将内能转化为机械能。（3）每一个工作循环都是由吸气、压构造气缸顶部有火花塞气缸顶部有喷油嘴点火方式压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式燃料汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空气压缩比压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16做功做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功缩、做功、排气四个冲程组成。效率效率较低20％至30％效率较高30％至45％用途轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械3、燃料的热值及热机的效率（1）燃料的热值。把某种燃料完全燃烧放出的热量与所用燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值，热值的单位是焦每千克（J/kg）。热值是反映燃料燃烧释放热量的本领大小的物理量。热值是燃料本身的一种特性，同种燃料的热值不随燃烧充分与否而变，不随燃料质量的大小而变，即每种燃料都有一个确定的燃烧值，不同燃料的燃烧值一般不同。（2）热机的效率。在热机中，用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。燃料在热机中燃烧时，总有一小部分燃料不能完全燃烧而损失掉，燃料释放出的内能只有一部分用来推动热机的运动，即转化为热机的机械能，其余的能量在废气、散热、机械摩擦中损失掉了，其中废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。【典型例题】类型一、基础知识1、（2016•当涂县三模）关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（）A．温度高的物体内能一定大，温度低的物体内能一定小B．物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变C．物体的温度越高，所含热量越多D．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体【思路点拨】（1）一切物体都有内能，物体的内能与温度、质量和状态有关；（2）晶体在熔化时，吸收热量，但温度不变，内能增加；（3）热量是指在热传递过程中传递能量的多少，不能说含有多少热量；（4）热传递的条件：有温度差。【答案】D【解析】A、因为内能与温度、质量和状态有关，故A错误；B、晶体熔化时，温度不变，如冰熔化时，温度不变，但内能增加，故B错误；C、物体温度越高，内能越多，不能说含有的热量越多，故C错误；D、热传递的条件是有温度差，因此内能小的物体可以将热量传递给内能大的物体，故D正确；故选D。【总结升华】本题主要考查学生对：温度、内能与热量关系，以及热传递的条件的了解和掌握。举一反三：【变式】以下说法正确的是（）A．物体的温度升高，内能一定增加B．物体的内能增加，温度一定升高C．物体吸收热量，内能一定增加D．物体内能增加，一定吸收了热量【答案】A2、质量不同，初温相等的大、小两个铁块，吸收了相等的热量后将它们接触，则（）A．内能从质量大的铁块传递到质量小的铁块上B．内能从质量小的铁块传递到质量大的铁块上C．大小两个铁块之间没有发生热传递D．条件不足，无法判定【思路点拨】搞清发生热传递的条件，理解题中物体什么发生了的变化才可顺利解决。【答案】B【解析】物体之间能不能发生热传递，要看物体之间是否存在温度差。当大、小两个铁块吸收了相同的热量后，要分析它们的末温是否相同，这要根据公式去分析，设大、小铁块的质量分别为m1和m2，吸热后的末温分别为t1和t2，又知初温相同，即t01=t02，吸收的热量相同，即Q吸1=Q吸2，由于是同种物质，比热相同，所以，，又m1m2，所以由以上各式解得t1t2，即小块铁比大块铁的末温高，所以会发生传递，并且热量从温度高的小铁块传向温度低的大铁块。【总结升华】本题考查了比热容的概念、热平衡方程、热量公式，能确定甲乙两金属块的末温关系是本题的关键。举一反三：【变式】质量为2kg的水，温度由30℃升高了50℃，吸收多少热量？【答案】4.2×105J【解析】由Q吸=cm(t-t0)可知。物体升高温度t-t0=50℃，而原来的温度30℃在本题中无实际意义。3、小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热是4.2×103J／（kg·℃），他想估算一下自己家每天烧水、做饭需要的热量，于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将30kg20℃的水烧开。（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量?（2）如果普通煤的燃烧值为3×107J/kg，从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少千克煤?【思路点拨】Q放=qm和）（吸0ttcmQ的综合计算。【答案与解析】（1）Q＝cm(t2－t1)将数据代入①得Q＝1.0×107J；（2）M＝77103100.1kg＝0.33kg。【总结升华】本题是一道热学知识与生活实际联系紧密的好题．同时告诉我们在学习物理知识时要注意理论联系实际。举一反三：【变式】干木材的热值是1.2×107J/kg，它的物理意义是____________________。要放出3.6×107J的热量，需要完全燃烧__________kg的干木材。【答案与解析】其物理意义是：1kg干木柴完全燃烧放出1.2×107J的热量．由Q放=qm得：kgkgJJqQm3/102.1106.377放。4、如图所示为四冲程内燃机四个冲程的示意图，箭头表示活塞的运动方向。请你结合气门的位置做出判断，其正确的工作顺序是（）A．甲、丁、乙、丙B．乙、丙、丁、甲C．丙、甲、乙、丁D．丁、甲、丙、乙【答案】D【解析】吸气冲程进气门打开，活塞向下运动；压缩冲程，气门关闭，活塞向上运动；做功冲程，气门关闭，活塞向下运动；排气冲程，排气门打开，活塞向上运动。【总结升华】根据活塞和气门的情况来判断内燃机的冲程。举一反三：【变式】（2015•广东模拟）某四冲程汽油机的转速为3000r/min，则（）A．该汽油机每秒钟对外做功50次B．该汽油机每秒钟活塞完成50个冲程C．图中是压缩冲程，机械能转化为内能D．图中是做功冲程，内能转化为机械能【答案】D类型二、知识运用5、（2015春•江苏校级月考）原来温度相同的铜和铅，其比热容之比是3：1，质量之比是2：3，现对它们分别加热，使其吸收相等的热量，然后接触（接触时，热量无损失），则（）A．热量由铅传给铜B．温度由铜传给铅C．热量由铜传给铅D．不发生热传递【答案】A【解析】由题知，m铜：m铅=2：3，c铜：c铅=3：1，铜和铅吸收的热量：Q铜：Q铅=1：1，因为Q吸=cm△t，所以；即：，所以铜和铅升高温度的比值：。已知铜和铅的质量、初温相同，所以铅的末温比铜的末温高，热量将会由铅块传向铜块，故选A。【总结升华】此题考查的是热传递的条件及热量公式的应用。6、甲、乙两汽车，甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高，这表明（）A．甲做功比乙多B．甲做功比乙快C．甲消耗的汽油比乙少D．以相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少【思路点拨】考查对热机效率的理解。【答案】D【解析】汽油机做功的多少由牵引力的大小和汽车前进的距离的大小有关，与汽油机的效率无关，所以A不正确；汽油机做功的快慢是由汽油机的功率决定的，与汽油机的效率无关，故B不正确；汽油机做功的多少没有确定，其耗油量也不能确定，故C也是错误的．在D选项中，由W=Fs可知，两汽油机做的功相等，由于甲的效率高，故甲耗油少。【总结升华】热机的效率与功率、做功的多少没有必然联系。