資源簡介

13章內能與熱機導學案
知識點
第一節：內能的利用
內能的利用方式
利用內能來加熱：實質是熱傳遞。
利用內能來做功：實質是內能轉化為機械能。
第二節：熱機
熱機：
定義：熱機是利用內能來做功，把內能轉化為機械能的機器。
熱機的種類：蒸汽機、內燃機（汽油機和柴油機）、汽輪機、噴氣發動機等
內燃機：
內燃機活塞在汽缸內往復運動時，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。
四沖程內燃機包括四個沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。
在單缸四沖程內燃機中，吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程為一個工作循環，每個工作循環曲軸轉2周，活塞上下往復2次，做功1次。
在這四個沖程中只有做功沖程是燃氣對活塞做功，而其它三個沖程（吸氣沖程、壓縮沖程和排氣沖程）是依靠飛輪的慣性來完成的。
壓縮沖程將機械能轉化為內能。
做功沖程是由內能轉化為機械能。
①汽油機工作過程：
吸氣沖程：進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，汽油和空氣的混合物進入氣缸。
壓縮沖程：進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮。
做功沖程：在壓縮沖程結束時，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的氣體。高溫高壓的氣體推動活塞向下運動，帶動曲軸轉動，對外做功。
排氣沖程：進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排除氣缸。
②柴油機工作過程：
3、汽油機和柴油機的比較：
①汽油機的氣缸頂部是火花塞；
柴油機的氣缸頂部是噴油嘴。
②汽油機吸氣沖程吸入氣缸的是汽油和空氣組成的燃料混合物；
柴油機吸氣沖程吸入氣缸的是空氣。
③汽油機做功沖程的點火方式是點燃式；
柴油機做功沖程的點火方式是壓燃式。
④柴油機比汽油及效率高，比較經濟，但笨重。
⑤汽油機和柴油機在運轉之前都要靠外力輔助啟動。
4、熱值
燃料燃燒，使燃料的化學能轉化為內能。
定義：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。用符號q表示。
單位：固體燃料的熱值的單位是焦耳每千克（J/kg）、氣體燃料的熱值的單位是焦耳每立方米（J/m3）。
熱值是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關，與燃料的形態、質量、體積、是否完全燃燒等無關。
公式：、
①Q＝qm m= q=
Q——放出的熱量——焦耳（J）；q——熱值——焦耳每千克（J/kg）；m——燃料質量——千克（kg）。
②Q＝qV V= q=
Q——放出的熱量——焦耳（J）；q——熱值——焦耳每立方米（J/m3）；V——燃料體積——立方米（m3）。
物理意義：酒精的熱值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0×107J。
煤氣的熱值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9×107J。
第三節：熱機效率
影響燃料有效利用的因素：一是燃料很難完全燃燒，二是燃料燃燒放出的熱量散失很多，只有一小部分被有效利用。
有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末狀、用空氣吹進爐膛（提高燃燒的完全程度）；以較強的氣流，將煤粉在爐膛里吹起來燃燒（減少煙氣帶走的熱量）。
熱機的效率：熱機用來做有用功的那部分能量和完全燃燒放出的能量之比叫做熱機的效率。
熱機的效率是熱機性能的一個重要標志，與熱機的功率無關。
公式： Q總= Q有用= Q總η
由于熱機在工作過程中總有能量損失，所以熱機的效率總小于1。
熱機能量損失的主要途徑：廢氣內內、散熱損失、機器損失。
提高熱機效率的途徑：① 使燃料充分燃燒，盡量減小各種熱量損失；② 機件間保持良好的潤滑，減小摩擦。③在熱機的各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多，設法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
常見熱機的效率：蒸汽機6%～15%、汽油機20%～30%、柴油機30%～45%
內燃機的效率比蒸汽機高，柴油機的效率比汽油機高。
練習題
、選擇題
1. 云南省各中小學校積極響應“雙減”政策，開展勞動實踐活動。同學們生火做飯，切菜下鍋，大秀廚藝，下列說法正確的是（　　）
A. 刀刃鋒利可以減小壓強
B. 燒水是通過做功的方式改變水的內能
C. 炒菜時菜香撲鼻說明分子在不停地做無規則運動
D. 鍋鏟手柄上凹凸不平花紋可以減小摩擦
2. 2023年3月30日，長征二號丁運載火箭將宏圖一號01組衛星發射升空，該組衛星是國際上首個四星編隊飛行的對地成像系統。下列說法正確的是（多選）（ ）
A. 火箭用液態氫作燃料，因為氫的熱值較大
B. 火箭升空過程中，以火箭為參照物，發射臺是運動的
C. 衛星在繞地球運行過程中運動狀態不變
D. 衛星升空過程中，動能增大，重力勢能不變
3. 人類最早發明的熱機是（　　）
A. 蒸汽機 B. 內燃機 C. 噴氣發動機 D. 火箭發動機
4. 關于內能及其利用，下列說法正確的是（多選）（　 　）
A. 一切物體都具有內能
B. 足球運動越慢，它的內能越小
C. 冬天搓手取暖，是通過做功的方式改變內能
D. 熱機的功率大，效率就一定高
5. 如圖所示的四個情景，下列說法正確的是（　　）
A. 圖甲中，聞到花香說明了分子在永不停息地做無規則運動
B. 圖乙中，讓筆桿熱起來，只能采用做功的方式
C. 圖丙中，兩個鉛塊緊壓在一起后能吊住重物，說明分子間存在斥力
D. 圖丁中，汽油機的做功沖程把機械能轉化為內能
6. 下列的俗語、詩詞等反映了人類對自然界的一定認識，其中從物理學的角度分析說法正確的是（　　）
A. “月落烏啼霜滿天”：霜的形成是凝固現象
B. “缸穿裙，大雨淋”：是空氣液化成小水珠附著在水缸表面形成的
C. “人面桃花相映紅”中桃花看起來是紅色的原因是吸收了紅光
D. “春江水暖鴨先知”是由于水溫升高，鴨子在水中由熱傳遞的方式先感覺到
7. 下列關于吃火鍋時發生的物理現象，說法正確的是（　　）
A. 火鍋湯汁中的水沸騰后，持續加熱，湯汁中水的溫度會繼續升高
B. 遠處就能聞到濃濃的火鍋香味，這是分子運動表現出來的擴散現象
C. 火鍋湯汁上方不斷冒出的“白氣”是水蒸氣汽化形成的
D. 增大火鍋湯汁內能的方式與內燃機壓縮沖程中增大燃氣內能的方式相同
8. 熱現象與我們的生活息息相關，下面是某同學學習了熱學知識后歸納總結的四個結論，其中正確的是（　　）
A. 物體發生物態變化時，內能一定變化，溫度也一定變化
B. 做功和熱傳遞都可以使同一物體升高相同的溫度
C. 燒開水時，壺嘴冒出的“白氣”是汽化現象
D. 1千克某種燃料燃燒放出的熱量越少，其熱值一定越小
9．我國的火箭發射技術位于世界前列。為獲得強大的推動力，發射火箭選擇了氫燃料，這主要是考慮到氫燃料的( )
A．密度小 B．熱值大 C．質量小 D．比熱容大
10．新疆“那拉提草原”是聞名全國的旅游景區。夏天，當你赤腳在烈日當空的小河邊游玩時，你會發現：岸上的小石頭熱得燙腳，而河水卻是冰涼的，這是因為( )
A．水比小石頭的溫度變化大 B．水比小石頭的比熱容大
C．水比小石頭吸收的熱量小 D．水比小石頭的比熱容小
11．下列生活實例中，通過做功改變物體內能的是( )
A．寒冷的冬天，人們搓手后感到暖和
B．晚上睡覺用熱水袋取暖
C．在鮮榨的果汁里放些冰塊，喝果汁時感覺涼爽
D．利用太陽能熱水器“燒水”
12．下列關于熱值的說法正確的是( )
A．燃料燃燒得越充分，熱值越大
B．2 kg煤的熱值等于1 kg煤的熱值
C．1 kg煤燃燒放出4×105 J的熱量，則煤的熱值為4×105 J/kg
D．燃料燃燒時，用的燃料越多，獲得的熱值越大
13．如圖是汽油機工作的四個沖程，其中表示排氣沖程的是( )
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
14．銅的比熱容是鉛的比熱容的3倍。質量相同的銅塊和鉛塊，若它們升高的溫度之比為1∶2，則它們吸收的熱量之比為( )
A．2∶3 B．3∶2 C．6∶1 D．1∶6
15．下列關于熱機、熱值的說法正確的是( )
A．汽油機、柴油機都有火花塞和噴油嘴這兩個關鍵部件
B．某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比叫這種燃料的熱值，單位是kg/J
C．柴油機工作的效率是35%，說明它工作時柴油燃燒釋放能量的65%轉化為有用功
D．四沖程內燃機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環來保證連續工作的
16．在熱現象中，下列說法正確的是( )
A．冰在熔化過程中，要不斷吸收熱量，溫度同時升高
B．一個物體內能增加了，一定是吸收了熱量
C．新型燃料汽車實現了“零排放”，其效率已達到了100%
D．初春培育水稻秧苗時，為了使秧苗不受凍，應該早晨多排水，傍晚多灌水
17．“母親節”到了，小云懷著一顆感恩的心為媽媽精心準備了一桌美食，也感受到了勞動的辛苦和快樂。關于烹飪食物過程中所包含的物理知識以下認識正確的是( )
A．鍋一般都是用鐵制造的，主要是利用了鐵的比熱容較大的性質
B．炒菜時，主要是通過做功的方式增加菜的內能
C．拌菜時，要通過攪拌才能更好入味，說明分子沒有做無規則運動
D．燉菜時，主要是通過熱傳遞的方式使菜的內能增加
18．關于溫度、熱量和內能，下列說法中正確的是( )
A．熱量可以從內能少的物體傳遞到內能多的物體
B．0℃的冰水混合物內能為零
C．水的溫度越高，所含熱量越多
D．冰在熔化過程中吸收熱量，溫度和內能均不變
、填空題
1. 新能源太陽灶是一種燒水做飯的器具，太陽灶燒水時將太陽能轉化為水的______能；將2kg的水從20℃加熱到70℃，水吸收的熱量為______J。[c水=4.2×103J/（kg﹒℃）]
2. 質量為的水溫度升高10°C吸收的熱量為___________J。如圖所示的是汽油機的___________沖程。
3.水下1500m深的海底輸送油氣的管道承受的海水壓強約為________（填“15”“150”或“1500”）個標準大氣壓。若“深海一號”一期工程年產天然氣，天然氣的熱值為，也可以表示為 ，則這些天然氣完全燃燒可以放出的熱量__________J，天然氣的密度為__________。
4. 如圖所示，圖A、B、C、D是四沖程汽油機的工作示意圖，圖E、F是演示實驗的示意圖，B圖是______沖程，與它原理相同的是______圖所示的演示實驗。
5. 質量相同的銅和鉛吸收的相同的熱量時，銅比鉛的溫度升高得________（選填“多”或“少”）；質量相同的銅和鉛升高相同的溫度，吸收熱量多的是________（選填“銅”或“鉛”）。已知，。
6. 小明乘電梯回家，如果以電梯為參照物他是 _______的；到家后，他用熱水加熱盒裝牛奶。5min后牛奶的溫度升高了40℃，這是通過 ________方式改變了內能；已知牛奶的體積為250mL，則牛奶吸收的熱量為 _____________J。[ρ牛奶=1.02×103kg/m3，c牛奶=2.5×103J/(kg ℃)]
7. 某單缸四沖程汽油機，飛輪每分鐘轉3000轉，則每秒對外做功_______次，每次對外做功115J，該汽油機的效率為25%，連續工作1小時需消耗汽油________kg（q汽油=4.6×107J/kg）。
8. 日常生活中，用水作為汽車發動機的冷卻液，是因為它的_______大。在標準大氣壓下，質量為水溫度從升高，吸收熱量__________J。【】
9. 塑料瓶是一種常見的生活物品，空塑料瓶可以做許多物理小實驗。在安全情況下，小明用高壓打氣筒往封閉空塑料瓶內打入空氣，如圖所示。隨著瓶內氣壓增加，氣體內能增大，這是通過 _______方式改變瓶內氣體內能。當氣壓達到一定程度時，瓶蓋飛出，這一過程與內燃機 _______沖程的能量轉化情況相同；瓶蓋飛出的同時，瓶口冒“白霧”，其物態變化是 _______。
10. 小明學習了比熱容知識后，想比較A、B兩種未知液體的比熱容大小，進行如下實驗：
（1）找來兩個帶保溫層的相同電熱杯，不計與外界發生的熱傳遞，如圖甲所示；
（2）將 _______相等的A、B兩種液體分別倒入兩個電熱杯中，然后將兩種液體均加熱到60℃；
（3）將長時間處于室溫的兩個完全相同的銅塊，分別浸沒在兩種液體中，蓋好蓋子；
（4）經過一段時間，溫度計示數穩定后，A液體中溫度計示數如圖乙所示，則A液體溫度降為 _________℃，B液體溫度降為53.0℃；
（5）分析可知，_____液體放出的熱量多，_____液體的比熱容較大。
11. 小華在探究“不同物質的吸熱能力”時，用相同的電加熱器對質量均為1kg的水和另一種液體同時進行加熱（不考慮熱損失）。已知液體的比熱容小于水的比熱容，通過實驗畫出溫度隨時間變化的圖像如圖所示，分析圖像可知：水在5min內吸收的熱量為___________J，液體的比熱容為___________。
12. 某研學活動小組在實踐活動期間，粗略測量了一農家柴火灶的熱效率。同學們在柴火灶的鐵鍋里倒入5kg水。蓋上鍋蓋，完全燃燒了1kg干木柴使水溫從升高到，水吸收的熱量為___________J，該柴火灶的熱效率為___________。[水的比熱容是），這種千木柴的熱值是]
13. 汽車已成為現代生活中不可缺少的一部分，燃油汽車多采用四沖程汽油機，它主要通過______沖程獲得動力。隨著科技的發展，太陽能汽車進入了人們的視野，其主要通過將太陽能轉化為電能來獲得動力，太陽能是______（選填“可再生”或“不可再生”）能源。
14. 如圖所示是熱管的工作原理圖，當熱管的熱端受熱時，吸液芯里的液體吸收熱量變成蒸氣，這一過程叫__________（填物態變化的名稱），蒸氣在管子里跑到冷端__________（選填“吸收”或“放出”）熱量變成液態，液體通過吸液芯又回到熱端。這一過程循環進行，不斷地將熱量從熱端帶到冷端。若50g的該液體吸收2400J的熱量后，溫度升高了40℃，則該液體的比熱容為__________J/（kg·°C）。
、計算題
1. 小紅一家到某基地露營時，用火爐將質量為2kg、初溫為20℃的水加熱到60℃，燃燒了100g木炭。已知：水的比熱容，木炭的熱值。求：
（1）水吸收的熱量；
（2）該火爐燒水的熱效率。
答案
、選擇題
1.【答案】C
【解析】
【詳解】A．刀刃磨得鋒利，是在壓力一定時，通過減小受力面積來增大壓強，故A錯誤；
B．燒水的過程是通過熱傳遞的方式改變水的內能，故B錯誤；
C．菜香四溢是擴散現象，說明分子在不停地做無規則運動，故C正確；
D．鍋鏟手柄上常常刻有花紋，目的是在壓力一定時，通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦力，故D錯誤。
故選C。
2.【答案】AB
【解析】
【詳解】A．用液態氫作火箭的燃料，是因為液態氫的熱值較大，完全燃燒相同質量的氫與其它燃料相比，放出的熱量更多，故A正確；
B．以火箭為參照物，火箭升空過程中，與發射臺的位置不斷發生變化，所以發射臺是運動的，故B正確；
C．該衛星在繞行過程中速度和高度不斷變化，所以運動狀態是變化的，故C錯誤；
D．衛星在升空的過程中，由于質量不變，速度和高度都增大，所以動能和重力勢能都增大，故D錯誤。
故選AB。
3.【答案】A
【解析】
【詳解】熱機是指各種利用內能做功的機械，17世紀人類發明了熱機，最早的熱機是蒸汽機；內燃機、噴氣發動機、火箭發動機都是19實際后期發明出來的，故A符合題意，BCD不符合題意。
故選A。
4.【答案】AC
【解析】
【詳解】A．自然界中一切物體都是由分子和原子構成的，內能為分子動能和分子勢能之和，所以一切物體都具有內能，故A正確；
B．足球運動快慢，是機械能的大小變化，與內能大小無關，故B錯誤；
C．冬天搓手取暖，將機械能轉化為內能，所以是通過做功的方式改變內能，故C正確；
D．熱機的功率大，則做功快，與效率的高低無關，故D錯誤。
故選AC。
5.【答案】A
【解析】
【詳解】A．聞到花香，是鮮花的芳香油分子運動到空氣中的結果，這種現象叫做擴散現象，說明了組成物質的分子在永不停息地做無規則運動。故A正確；
B．改變物體內能的方式有做功和熱傳遞，因此讓筆桿熱起來，除了做功的方式，還有熱傳遞的方式，故B錯誤；
C．圖丙中，底面削平的鉛塊緊壓后，能吊住重物，是因為兩鉛塊分子距離足夠小，分子間的作用力表現為引力，而不是斥力，故C錯誤；
D．圖丁中，兩個氣門都關閉，活塞向下運動，是做功沖程，該沖程內能轉化為機械能，故D錯誤。
故選A
6.【答案】D
【解析】
【詳解】A．霜是固態的小冰晶，是水蒸氣凝華形成的，故A錯誤；
B．“缸穿裙，大雨淋”：是由于空氣中的水蒸氣遇冷，液化成小水珠，故B錯誤；
C．光照射不透明物體時，物體會吸收與自身顏色不同的光，反射與自身顏色相同的光，則桃花看起來是紅色的原因是反射了紅光，故C錯誤；
D．春天溫度升高，水溫也會隨之升高，熱量會從高溫物體傳遞給低溫的物體，所以“春江水暖鴨先知”是由于水溫升高，鴨子在水中由熱傳遞的方式先感覺到，故D正確。
故選D。
7.【答案】B
【解析】
【詳解】A．火鍋湯汁中的水沸騰后，持續加熱，湯汁中水的溫度會保持不變，故A錯誤；
B．遠處就能聞到濃濃的火鍋香味，屬于擴散現象，表明分子不停地進行無規則運動，故B正確；
C．火鍋湯汁上方不斷冒出的“白氣”是水蒸氣液化形成的，故C錯誤；
D．改變物體內能的方式有兩種：做功和熱傳遞，增大火鍋湯汁內能的方式是熱傳遞；在內燃機的壓縮沖程中，通過做功的方式將機械能轉化為內能，使氣缸內氣體的內能增大，故D錯誤。
故選B。
8.【答案】B
【解析】
【詳解】A. 物體發生物態變化時，內能一定變化，但如果物體是晶體，溫度不一定變化，比如晶體的熔化過程中吸收熱量，內能增大，溫度卻保持不變，故A錯誤；
B. 根據改變內能的兩種方式可知，做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，都可以使同一物體升高相同的溫度，故B正確；
C. 燒開水時，壺嘴冒出的“白氣”是熱的水蒸氣遇到冷的空氣液化形成小水珠，故C錯誤；
D. 根據熱值的定義可知：1千克某種燃料完全燃燒放出的熱量越少，其熱值一定越小，故D錯誤。
故選B。
9.B 10.B 11.A 12.B 13.C 14.
、填空題
1.【答案】 ①. 內 ②. 4.2×105
【解析】
【詳解】[1]太陽灶利用太陽能把水加熱，太陽能轉化為水的內能。
[2]水吸收的熱量為
Q吸=c水m（t-t0）= 4.2×103J/（kg﹒℃）×2kg×（70℃-20℃）=4.2×105J
2.【答案】 ①. ②. 做功
3.【答案】 ①. 150 ②. ③. 0.72
4.【答案】 ①. 壓縮 ②. E
5.【答案】 ①. 少 ②. 銅
6.【答案】 ①. 靜止 ②. 熱傳遞 ③. 2.55×104
7.【答案】 ①. 25 ②. 0.9
8.【答案】 ①. 比熱容 ②. 4.2×105
9.【答案】 ①. 做功 ②. 做功 ③. 液化
10.【答案】 ①. 質量 ②. 56 ③. A ④. A
11.【答案】 ①. ②.
12.【答案】 ①. ②.
13.【答案】 ①. 做功 ②. 可再生
14.【答案】 ①. 汽化 ②. 放出 ③.
（三）、計算題
1.【答案】（1）；（2）
【解析】
【詳解】解：（1）水吸收的熱量為
（2）燃燒100g木炭放出的熱量為
該火爐燒水的熱效率
答：（1）水吸收的熱量為；
（2）該火爐燒水的熱效率為。

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