3.5
物体的内能（二）
一、比热容
1、比热容
（1）比热容：单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1℃
吸收（或放出）的热量叫这种物质的比热容。比热容的单位：J/（kg·℃
）。
（2）水的比热容：水的比热容是4.2×103
J/（kg·℃
）。，其表示的物理意义是质量为1
kg的水温度升高1
℃时吸收的热量是4.2×103
J。
（3）比热容是物质本身的一种属性，每种物质都有自己的比热容。下表列出了一些物质的比热容。
从表中可见，水的比热容比砂石大得多。在质量和吸收或放出的热量相同的条件下，水的温度的变化比砂石要小得多。因此，在同样的阳光照射的条件下，一天之内内陆地区的气温变化比沿海地区大。
2、热量的计算
（1）在热传递过程中，传递能量的多少叫做
热量
，用Q表示。物质从外界吸收多少热量，内能就增加多少；物体向外界放出多少热量，内能就减少多少。
（2）热量的计算公式：Q=cm（t-t0）或（c为物质的比热容，m为物体的质量，是t0初温，t是末温）。
二、热机
1、热机：是将燃料燃烧时的化学能转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能的机器。热机有多种类型，蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机等都属于热机。
2、内燃机就是燃料在机器气缸内燃烧的热机。以汽油为燃料的内燃机叫做汽油机，以柴油为燃料的内燃机叫做柴油机。
3、汽油机工作示意图（如图3-70）：汽油在汽油机的汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功，把内能转化为机械能。活塞在汽缸内往复运动，通过连杆带动曲轴转动。活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程，叫做一个冲程。大多数的汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证机器正常工作。在一辆汽车的发动机中有多只汽缸，如四只、六只或八只汽缸，每一只汽缸都循环往复地重复“四个冲程”。
4、汽油机工作具体过程：
（1）在图3-70甲中，进气门打开，排气门关闭，活塞从上向下运动，汽油和空气的混合物吸入汽缸，这就是吸气冲程。
（2）在图3-70乙中，进气门和排气门都关闭，活塞从下向上运动，压缩已吸入的燃料混合物，这就是压缩冲程。
（3）在图3-70丙中，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃压缩后的燃料，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压的燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴转动，对外做功，实现把内能转化为机械能，这就是做功冲程。
（4）在图3-70丁中，进气门关闭，排气门打开，活塞从下向上运动，把废气排出汽缸。
5、热机效率：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，
就是热机的效率。汽油机的效率一般为20%~30%，柴油机的效率可达
45%。
三、燃料的热值
1、燃料燃烧时发生的是化学变化，要释放大量的热。燃料燃烧的过程中
化学
能转化为
内
能。
2、燃料的热值
（1）定义：1
kg某种燃料
完全
燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。
（2）单位：
焦
/
千克
，符号
q
；气体燃料的热值单位:
焦
/
米3
，符号为
J
/
m3。
（3）热值的物理意义：酒精的热值为3.0×107
J/kg，表示
1kg酒精完全燃烧时放出的热量是3.0×107J
。热值反映了燃料的一种燃烧特性，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
（4）常见燃料的热值
3、燃料完全燃烧放出的热量：Q=mq或Q=Vq；Q为热量，单位：J；m为质量，单位：kg；V为体积，单位为m3；q为热值，单位：J/kg，气体：J/m3。
4、燃料的利用率：一般情况下，燃料燃烧后产生的热量通常情况下不能被完全利用，有一部分热量会散失掉，而被有效吸收的热量只占燃料放出的热量的一部分，将有效吸收的热量与燃料放出的总热量的比值称为燃料的利用率，用η表示。×100%。
【例1】两个相同的容器分别装满了质量和初温都相同的甲、乙两种液体，用相同的热源和方法分别加热，液体的温度与加热时间关系如图所示，则下列说法正确的是（ A ）
A．
甲液体的比热容大于乙液体的比热容
B．
如果升高相同的温度，两液体吸收的热量相同
C．
加热相同的时间，甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量
D．
加热相同的时间，甲液体吸收的热量小于乙液体吸收的热量
1、（多选）小明同学的家坐落在绿树环抱、翠竹簇拥的浑河河畔．清晨，朝阳初现，叶下露珠晶莹剔透，院前湖面波光粼粼，屋上炊烟随风飘荡；好一幅社会主义新农村美景．下列对此景的物理学解释正确的是（ ABC ）
A．
绿树翠竹的蒸腾作用，可调节房舍的气温
B．
湖水因比热容大，有“吸热”功能，炎夏时节能降低周边地区的气温
C．
露是水蒸气液化而成的
D．
“炊烟随风飘荡”是分子不停地做无规则运动的结果
2、（2019?连云港）某同学在烧杯中装人质量为100g、初温为20℃的水，然后用酒精灯给水加热一段时间后，水的温度升高到70℃
，此过程中水的内能增加了
J，水增加的内能
（选填“大于”、“小于”或“等于”）酒精完全燃烧所放出的热量。已知c水＝4.2×103J/（kg?℃）。
【答案】2.1×104；小于。
【例2】汽油机是由四个冲程不断循环而工作的，图中表示做功冲程的是（ C ）
A．
B．
C．
D．
1、所示流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．下列对图中①②③④的补充正确的是（ C ）
A．
①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能
B．
①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能
C．
①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能
D．
①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能
2、（2019·天门）下列关于热机、热值的说法正确的是（ D ）
A．汽油机、柴油机都有火花塞和喷油嘴这两个关键部件
B．某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值，单位是kg/J
C．柴油机工作的效率是35%，说明它工作时柴油燃烧释放的能量65%转化为有用功
D．四冲程内燃机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的
【例3】质量为3t的小型载重汽车，额定功率为l00kW，车上装有6t的砂石．汽车先以lOm/s的速度在平直公路上以20kW的功率匀速行驶了lOmin，消耗汽油1.2kg，然后又以额定功率用了2min的时间，将砂石从山坡底运送到50m高的坡顶施工现场．g取10N/kg．试问：
（1）1.2kg的汽油完全燃烧放出的热量为多少？（已知汽油的热值为4.5×107J/kg）
（2）汽车在平直公路上匀速行驶时，受到的阻力为多少？
（3）汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少？
【答案】（1）汽油燃烧放出的热量为：Q=mq=1.2kg×4.5×107J/kg=5.4×107J；
（2）由P=可得牵引力做功为：W=Pt=20000W×600s=1.2×107J，
由功的计算公式，可得牵引力为：F===2000N，
由于汽车匀速运动，则受到的阻力为f=F=2000N；
（3）汽车在斜坡上做的有用功为：W有用=Gh=mgh=6000kg×10N/kg×50m=3×106J，
总功为：W总=P额t=100000W×2×60s=1.2×107J，
则机械效率为：η=×100%=×100%=25%．
1、（2019?吴中区校级二模）右表是某品牌轿车的一些技术参数，其中排气量是指发动机气缸的工作容积。空燃比是指吸气冲程末，吸入气缸内的空气和汽油的质量之比。当该发动机以最大功率工作时，气缸内汽油和空气的混合气密度为1.5kg/m3.1min内高温高压的燃气推动活塞做功3000次。请你计算发动机在最大功率工作时：
（1）每次吸入混合气的质量；
（2）1min内做的有用功；
（3）1min内汽油燃烧放出的热量。
（4）求出该发动机的效率。
（解答要求：要写出依据的主要公式或变形公式，要有数据代入和运算结果）
车型
某品牌轿车
排气量
1.5L
最大功率
69kW
空然比
14：1
汽油热值
4.6×107J/kg
【答案】（1）由排气量可知，每次吸入混合气的体积：V混＝1.5L＝1.5dm3＝1.5×10﹣3m3，
由ρ＝可得，每次吸入混合气的质量：m混＝ρ混V混＝1.5kg/m3×1.5×10﹣3m3＝2.25×10﹣3kg；
（2）由P＝可得，1min内做的有用功：W＝Pt＝69×103W×60s＝4.14×106J；
（3）因空燃比是指吸气冲程中吸入气缸内的空气和汽油的质量之比，
所以，每次做功冲程中吸入汽油的质量：m油＝＝＝1.5×10﹣4kg，
1min内吸入汽油的质量：m＝1.5×10﹣4kg×3000＝0.45kg，
1min内汽油燃烧放出的热量：Q放＝m油q＝0.45kg×4.6×107J/kg＝2.07×107J；
（4）该发动机的效率：η＝×100%＝×100%＝20%。
1、关于比热容，下列说法中错误的是（
D
）
A.
比热容可用来鉴别物质
B.
水的比热容较大，可用作汽车发动机的冷却剂
C.
沙的比热容较小，所以沙漠地区昼夜温差较大
D.
一桶水的比热容比一杯水的比热容大
2、用两个相同的电加热器给质量同为2kg的物质甲和水加热，它们的温度随加热时间的变化关系如图4所示，据此判断物质甲10min吸收的热量为（
C
）
A.
0.84×105J
B.
1.2×105J
C.
2.52×105J
D.
都不是，不能计算
3、(多选)用相同的酒精灯分别对a、b两液体加热(如图甲所示)，根据测得数据分别描绘出两液体的温度随时间变化的图像(如图乙)。在相同的时间内两液体吸收的热量相等，不计液体热量散失，分别用ma、mb、ca、cb，表示a、b两液体的质量和比热容，则结合图中信息做出的下列推断正确的是（
BC
）
A.
若ma=mb，则ca>cb
B.
若ma=mb，则caC.
若ca=cb，则maD.
若ca=cb，则ma>mb
4、双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，以下说法正确的是（
C
）
A.
燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多
B.
以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
C.
在压缩冲程中，燃料混合物的温度升高，内能增大
D.
汽油与天然气相比，燃烧时汽油对环境的污染较小
5、关于燃料的热值，下列说法中正确的是（
D
）
A.
燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高
B.
燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多
C.
燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大
D.
燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关
6、（2019·苏州）如图甲所示，将质量相等的冰和蜡烛分别装在两个相同的试管中，放入装有水的烧杯中加热绘制出温度随时间变化的图像如图乙所示，下列说法正确的是(
B
)
A．图甲中的实验装置，安装时应按照“由上到下”的顺序
B．图甲中两试管放在同一烧杯中加热，可以控制相同时间内冰和蜡烛吸收的热量相同
C．由图乙可知，A图线对应物质的内能先增大后不变再增大
D．由图乙可知，B图线对应的物质是冰
7、（18-绥化）下图是汽油机一个工作循环的四个冲程，顺序排列正确的是（ C ）
A．甲乙丙丁
B．乙丙甲丁
C．丁丙乙甲
D．丁甲丙乙
8、（2019?镇江）图中单缸四冲程汽油机正处在 排气 冲程，若该汽油机转速为1800r/mim，则它每秒钟完成
个冲程。用水循环带走汽油机产生的热量，这是利用了水的
较大的特性。
【答案】排气；60；比热容。
9、小星家的太阳能热水器，水箱容积是200
L。小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为20
℃，然后给热水器水箱注满水，中午时温度传感器显示水箱中的水温为45
℃。请你求解下列问题：
（1）水箱中水的质量是_______kg。
（2）水吸收的热量是_________J。[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
（3）如果水吸收的这些热量由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为40%，则至少需要燃烧_______kg煤气。（煤气的热值为q=4.2×107J/kg）
【答案】（1）200
kg；（2）2.1×107；（3）1.25。
10、（17-聊城）2017年5月185日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功．实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染、储量巨大，是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按10计算。[4.2×l03J／(kg·℃)；天然气的热值q=7×l07J
/
m3
]
求：
（1）体积为0．01
m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少?
（2）若这些热量的90％被质量为100kg的水吸收，则水升高的温度是多少?
【答案】（1）0.1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为1.05×l07J；（2）水升高度的温度是22.5℃．
11、小东同学学习了燃料的热值后，自己设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系．他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果见下表：
（1）为了保证实验结论的可靠性，小东同学选择了两套相同装置，在实验中还应控制相同的量有： 、 ．
（2）根据表格中的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 ．升温较多的是 杯中水．
（3）小东同学利用此实验装置测出了煤油和菜籽油的热值，你认为小东测出的热值将比真实值 （偏大/偏小），其原因是 ．
燃料
加热前的水温/℃
燃料燃尽后水温/℃
煤油
25
44
菜籽油
25
34
【答案】（1）燃料的质量；水的质量；（2）煤油；甲．（3）偏小；燃料不能完全燃烧和热量的散失．
12、(2019·抚顺)如图所示为一款雪地摩托车，空车质量为90kg。求：（燃油的热值取q＝4.0×107J/kg，g取10N/kg）
（1）雪地车载着质量为50kg的人静止在水平地面上，雪地车与地面接触的总面积为20dm2，雪地车对地面的压强是多少？
（2）雪地车以36km/h的速度在水平地面匀速直线行驶，输出功率为8kW，则雪地车所受阻力是多少？
（3）若雪地车以8kW的输出功率行驶2h，消耗了3.6kg燃油，则雪地车发动机的效率是多少？
【答案】（1）7×103Pa（2）800N（3）40%3.5
物体的内能（一）
装有水的铁锅放在点燃的煤气灶上，锅中的水会被加热，这时水具有的能量——内能增加了。那么，内能究竟是怎样的一种能量呢？如何改变物体的内能？
一、分子热运动
1、物质的构成：由分子、原子或离子等粒子构成。
2、热运动：构成物质的粒子在永不停息地做无规则运动；温度越高，粒子的无规则运动越剧烈。我们把这种运动叫做
热运动
。
3、分子动理论：常见的物质是由大量的分子、原子构成的，一切物质的分子在不停地做无规则的运动，分子之间存在着相互作用的引力和斥力。
4、分子热运动与分子间的作用力
（1）扩散现象：不同的物体在相互接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散现象。扩散现象说明：分子在不停地做无规则运动；
（2）分子之间存在相互作用的力—引力和斥力。作用力随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快，故分子间表现为引力；作用力随分子间距离减小而增大，斥力增大得更快，故分子间表现为斥力。分子之间既有引力又有斥力。
二、内能
1、分子的动能与势能
（1）构成物质的分子永不停息地做无规则的热运动，温度越高，分子无规则热运动就越剧烈，运动着的分子也具有动能。物体的温度越高，分子运动得越快，动能就越大。
（2）分子之间存在相互作用力，分子之间具有势能。
2、内能：物体内部大量做热运动的粒子具有的能叫做内能（或者--物体内部所有分子热运动的动能和势能的总和叫做内能）。热能是内能的俗称。
3、内能的理解：
（1）每个粒子具有的动能和势能不是物体的内能。热运动是指大量粒子的无规则运动。
（2）一切物体在任何情况下都具有内能。因为一切粒子都在不停地做无规则运动，总有分子动能；因为粒子间总是存在着引力和斥力，所以物体总有分子势能。
（3）影响物体内能大小的因素：温度、质量、材料、状态等。温度越高，粒子的热运动就越剧烈，粒子动能就越大，因此内能也就越大；物体的质量越大，物体内部分子的个数就越多，物体内能也就越大。
4、改变内能的方法——热传递和做功
①热传递：热传导、热辐射和热对流。
②热传递的条件：物体之间存在着温度差。
③热传递的方向：能量从高温物体传递到低温物体。热传递的结果：高温物体内能减少，低温物体内能增加，持续到物体的温度相同为止，此时我们说达到了热平衡。
（2）做功
①对物体做功，物体的内能会增加；
②物体对外做功，物体的内能会减少。
（3）做功和热传递是改变物体内能的两种方式，做功是其他形式的能和内能的相互转化，热传递是内能的转移。
（4）做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
【例1】关于热量、温度、内能之间的关系，下列说法正确的是（
D
）
A．一个物体温度升高，一定吸收了热量
B．一个物体吸收热量，温度一定升高
C．一个物体温度不变，一定没有吸热
D．一个物体温度升高，内能一定增加
1、关于水所具有的内能，下列说法中正确的是（
C
）
A.
热水中每个分子都具有较大的内能
B.
0℃以下的水没有内能
C.
一杯水的温度升高时，内能增加
D.
温度高的水的内能比温度低的水的内能大
2、关于温度、热量、内能，以下说法正确的是（
C
）
A.
物体的温度越高，所含的热量越多
B.
0℃的冰没有内能
C.
一个物体吸收热量时，温度不一定升高
D.
对物体做功，物体的温度一定升高
【例2】下列现象中，通过热传递来改变内能的是（
A
）
1、下列现象中，不是通过做功改变内能的是（
C
）
A.
两手相互搓搓，手感到热
B.
用打气筒打气时筒壁发热
C.
用热水袋暖手，手感到热
D.
用砂轮磨刀，刀的温度升高
2、如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉，迅速下压活塞，硝化棉燃烧。下列说法正确的是（
D
）
A.
迅速向上抽活塞，硝化棉也能燃烧
B.
此实验只通过热传递改变筒内空气的内能
C.
下压活塞的过程，空气的内能转化为活塞的机械能
D.
硝化棉燃烧，是因为玻璃筒内空气的温度升高，内能增大
【例3】下列现象属于分子热运动的是（
D
）
A.
黄沙漫天
B.
大雪纷飞
C.
尘土飞扬
D.
花香四溢
1、下列有关分子动理论的说法中正确的是（ D ）
A．
“破镜难重圆”是因为固体分子间只存在着斥力
B．
松软的大馍用手一捏体积会大大缩小，这说明分子间存在间隙
C．
在空调房间吸烟时，会看到烟雾在空中弥漫，这是分子的无规则运动
D．
用热水相比较冷水更容易去掉衣物上污渍说明温度越高分子的无规则运动越剧烈
2、如图所示，下面四个实验现象中，能够说明分子在不停地运动的是（ B ）
A．
用力把两铅块压紧，它们会结合在一起
B．
抽离玻璃板，一段时间后两瓶气体颜色变均匀
C．
用力才能把与水面接触的玻璃拉离水面
D．
注射器中含有乙醚蒸汽，用力推压活塞，注射器中出现液态乙醚
1、下列有关热和能的说法中，正确的是（
B
）
A.
发生热传递时，温度总是从高温物体传递给低温物体
B.
一块
0℃的冰熔化成
0℃的水后，温度不变，内能变大
C.
内燃机的压缩冲程，主要通过热传递增加了汽缸内物质的内能
D.
夏天在室内洒水降温，利用了水的比热容较大的性质
2、下列
说法中正确的是(
D
)
A.
静止在地面上的冰块没有内能
B.
空中飞行的飞机比地面上静止的火车的内能多
C.
动能大的物体内能一定大
D.
自然界中任何状态下处于任何位置的物体都有内能
3、0
℃的冰全部熔化成0
℃的水，体积将变小，比较这块0
℃的冰和熔化成0
℃的水，对它们具有的内能，下列说法正确的是(
C
)
A.
它们的内能相等
B.
0
℃的冰具有的内能较多
C.
0
℃的水具有较多的内能
D.
无法确定
4、以下几条摘录是出自某同学在学习“内能”一章时的课堂笔记，其中不正确的是（ A ）
A.
扩散现象不能在固体之间发生
B.
分子间的引力和斥力是同时存在的
C.
物体吸收热量，温度不一定升高
D.
摩擦生热是通过做功的方法改变物体的内能
5、(2019·黄石)如图所示，向装有少量水的烧瓶缓慢打气，突然塞子跳起来，同时瓶内出现了“白雾”，关于该现象说法正确的是（
B
）
A．白雾是水蒸气
B．瓶内气体膨胀对外做功
C．瓶内气体内能增加
D．瓶内气体温度升高
6、(2019·内江)在热现象中，下列说法正确的是（ D ）
A．冰在熔化过程中，要不断吸收热量，温度同时升高
B．一个物体内能增加了，一定是吸收了热量
C．新型燃料汽车实现了“零排放”，其效率已达到了100%
D．初春培育水稻秧苗时，为了不使秧苗受冻，应该早晨多排水，傍晚多灌水
7、（17-徐州）制造钢铁零件时，可以把零件放入含碳的渗碳剂中，使碳分子渗入零件的表面层，增加零件表面的硬度．这种渗入现象说明（ D ）
A．分子可以分成更小的微粒
B．分子间有引力
C．分子间有斥力
D．分子是运动的
8、(2019·辽阳)酿酒是人类神奇的发明，如图是将谷物倒入锅中熬制酒料的过程。下列说法正确的是（ C ）
A．用火种引燃木柴的过程与钻木取火的原理相同
B．灶台下木柴燃烧的过程，将内能转化成了化学能
C．锅能向酒料传递热量，是因为锅的温度高于酒料的温度
D．熬制过程中需要不断地搅拌，这是为了通过做功的方式增加物体内能
9、肉片直接放入热油锅里爆炒，会将肉炒焦或炒糊，大大失去鲜味。如果预先将适量的淀粉拌入肉片中，再放到热油锅里爆炒，炒出的肉片既鲜嫩味美又营养丰富，对此现象的说法不正确的是(
C
)
A.
在炒肉片过程中，肉片的温度升高，内能增加
B.
附着在肉片外的淀粉糊有效防止了肉片里水分的蒸发
C.
在炒肉片过程中，肉片内能增加主要是通过做功实现的
D.
附
近能闻到肉香体现了分子在不停地做无规则运动
10、晓明同学做“探究改变物体内能”的实验，如图所示。他用打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
(填“增大”或“减小”)。当他向瓶中继续打气，瓶塞从瓶口处跳出时，观察到瓶内有白雾产生。这是由于瓶内的气体对外做功使其内能
(填“增大”或“减小”)，温度降低而液化。
【答案】增大
减小
11、小杰同学用图甲的实验装置探究“某固体熔化时温度的变化规律”。
（1）加热过程中某一时刻温度计的示数如图乙所示，读数为
℃
。
（2）根据实验数据，俊杰绘出了熔化图像丙，由图像可知，此固体是
(填“晶体”或“非晶体”)，物体在熔化过程中内能
(填“增大”“减小”或“不变”)，温度
(填“升高”“降低”或“不变”)，CD段物体处于
。
【答案】（1）36；（2）晶体
增大
不变
液态
