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第十三章 内能与热机
单元总结
知识要点一、内能
【知识详解】
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。
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。
【典例分析】
例1、（2018•铁岭模拟）物体放出热量，它的温度（ ）
A．一定降低 B．一定升高
C．一定不变 D．可能降低也可能不变
【答案】D
【解析】物体放热时内能减小，温度不一定降低；如晶体在凝固的过程中，虽然继续放热，但温度是不变的，故选D。
【技巧总结】
改变物体的内能有两种方法，做功和热传递，物体内能改变了，可能表现在温度的变化，也可能表现在物态的变化。物体放出了热量，内能一定减少；可能表现在温度降低，也可以表现发生物态变化。
知识要点二、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/(㎏·℃）。
【知识详解】
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。
【典例分析】
例2、（2018•山东）下列说法中，正确的是（ ）
A、一杯煤油用去二分之一，它的比热容减为原来的二分之一
B、吸收热量多的物体，比热容一定大
C、高温物体放出的热量一定多
D、质量相同的水和煤油，吸收了相同的热量，煤油升高的温度大于水升高的温度
【答案】D
【解析】比热容是物质的一种特性，比热容的大小与物体质量的大小无关，所以A选项是错误的。从比热容的定义可知，比较两种物质的比热容大小，应该是在质量和升高的温度相同的条件下，比较它们吸热的多少，B选项中缺少条件，所以无法比较两种物质的比热容大小，因此B选项也是错误的。物体放热的多少是跟它的比热容、质量和降低的温度的多少三个因素有关，例如：100克的水，温度从90℃降低到80℃，放出的热量是4200焦耳，若它从80℃降低到60℃，放出4800焦耳的热量。可见，高温物体放出的热量不一定多。所以C选项是错误的。从热量公式 得到 ，可以看到当吸热和物体质量相同时，物体升高温度的多少，跟它的比热容成反比，由于煤油的比热容小于水的比热容，即 ，所以煤油升高的温度大于水升高的温度，即 。
【技巧总结】
比热容是物质的一种特性，比热容的大小与物体质量的大小无关。知道比热容是物质的一种特性，如同密度，记住热量计算公式，灵活变形。
【典例分析】
例3、（2017•河北）小阳家的热水器内装有质量为5kg的水，该热水器中水的温度从20°C升高到40°C。求这些水吸收的热量。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
【解析】
Q 吸=cm（t－t0）
=4.2×103J/(kg ·℃)×5kg ×（40－20）℃
=4.2×105J
【技巧总结】
本题考查了学生对吸热公式Q吸=cm△t的掌握和运用，因条件已给出，难度不大。记住公式，另外带数据的时候看清单位，转化成国际单位进行计算。
知识要点三、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。
【知识详解】
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、压缩、做功、排气四个冲程组成。
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
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该燃料的质量之比，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。
4、热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题，需要我们注意环境保护。
【典型分析】
例4、关于燃料的热值，以下说法正确的是（ ）
A. 燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B. 容易燃烧的燃料，热值一定大
C. 煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D. 0.5 g汽油和2 kg汽油，它们的热值是一样的
【答案】D
【解析】热值是物质的一种特性。
【技巧总结】
准确理解概念是学好物理的关键。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。
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