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用比值定義法解析——比熱容、熱值、效率
比值定義法：即在定義一個物理量的時候采用比值的形式定義。比值定義法是定義物理概念的一種常用的方法。除了比值定義法來定義物理量，還有因子乘積法，這里主要是闡述利用比值定義法來解決比熱容、熱值、效率的深度學習。
1.比熱容（c）
定義：一定質量的某種物質，在溫度升高時吸收的熱量與它的質量和升高的溫度乘積之比，叫做這種物質的比熱容。
定義式：c=Q/m△t
影響比熱容大小的因素：與物質的種類、狀態有關，與Q、m、△t無關。
2.熱值（q）
定義：我們把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。
定義式：q=Q/m
影響燃料熱值大小的因素：只有燃料的種類，與Q、m無關。
2.效率(η）
（1）機械效率
物理意義：表示機械性能好壞的物理量。
定義：有用功與總功的比值
定義式：η=W有/W總=P有/P總
影響因素：對于不同的機械來說影響因素不太相同，比如：杠桿，主要是摩擦力、杠桿自重等。滑輪組，主要是克服動滑輪的重力、繩子的重力、繩子與滑輪之間的摩擦力、還有些是盛貨物箱子的重力所做的功等。
（2）熱機的效率
定義：用來做有用功那部分的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比。
定義：η=W有/Q放
提高熱機效率的方法：機械結構設計更加合理；讓燃料燃燒更充分；減少零件之間的摩擦；總之減少能量的損失。
總結：利用比值定義法定義的物理量有以下幾個特點：（1）定義式是個比值形式。（2）利用比值定義法來表示物質屬性的定義式就是為了計算而產生的，而影響物理量大小的決定因素，并不是定義式里面的物理量。（利用比值定義法定義物質屬性的物理量有：密度、勻速運動的速度、比熱容、熱值、電阻、效率）。
如果是用因子乘積法定義的物理量，定義式里面的物理量也是此物理量的影響因素，比如W=UIt；P=UI等。
典例引領
1.關于熱與能，下列說法中正確的是（　　）
A.物體含有的熱量越多，溫度越高
B.溫度很低的物體也有內能
C.同一物質的比熱容是定值，與物質的質量、溫度、狀態等無關
D.在改變物體的內能上，做功和熱傳遞是等效的
【答案】BD
【詳解】A.熱量指的是在熱傳遞過程中傳遞內能的多少，故熱量是一個過程量，不能說一個物體含有熱量，故A錯誤；
B.一切物體都是由分子構成的，而分子都在不停地做無規則運動，所以一切物體都有內能，故B正確；
C.比熱容是物質本身的一種特性，與物體的質量、溫度無關，但與物質的種類和狀態（比如冰和水）有關，故C錯誤；
D.改變內能的兩種方式是做功和熱傳遞，它們的效果都是相同的，故D正確。故選BD。
2.關于燃料的熱值，以下說法正確的是（　 ）
A.容易燃燒的燃料，熱值一定大
B.柴油的熱值比干木柴大，燃燒柴油放出的熱量一定比燃燒干木柴放出的熱量多
C.燃料熱值的大小與其質量的大小無關
D.燃料燃燒時越充分，燃料的熱值越大
熱值：只與燃料的種類有關。
【詳解】A.容易燃燒的燃料，燃點較低，熱值不一定大，故A錯誤；
B.柴油的熱值比干木柴大，由得，柴油與干木柴的質量大小未知，燃燒柴油放出的熱量與燃燒干木柴放出的熱量大小無法比較，故B錯誤；
C.燃料熱值的大小與燃料本身有關，與其質量的大小無關，故C正確；
D.燃料燃燒時越充分，放出熱量越多，燃料的熱值不變，故D錯誤。故選C。
3.關于熱值和熱機效率，下列說法正確的是（ ）
A.熱機做功越快效率越高
B.使燃料燃燒更充分，可以增大熱值
C.使燃料燃燒更充分，可以提高熱機的效率
D.熱機消耗燃料越少，效率越高
【答案】C
【詳解】ACD.熱機的效率其中有用功是最終有效利用起來的機械能，總功是燃料完全燃燒釋放出的熱量，所以熱機的機械效率與熱機做功快慢和消耗燃料的多少無關，但是使燃料燃燒更充分，可以讓產生的有用機械能變多，所以可以提高熱機的效率，故AD錯誤，C正確；
B.熱值是燃料的一種固有的屬性，表示的是單位質量或體積的某種燃料完全燃燒釋放出的熱量的多少，與燃料實際使用中燃燒的充分與否無關，故B錯誤。
故選C。
4.學了密度的知識后，同學們正在討論“密度的大小由什么決定”，你同意下列哪個說法（　　）
A.密度的大小跟物體的質量有關：物體的質量越大，密度就越大
B.密度的大小跟物體的體積有關：物體的體積越大，密度就越小
C.密度由物質的種類決定：同種物質，體積越大，質量越大，質量與體積的比值——密度是一定的
D.由同種物質組成的不同物體，其質量與體積成正比
【答案】CD
【詳解】某種物質，質量與體積的比值叫做密度，同種物質在一定狀態下密度是定值，實際上當質量（或體積）增大幾倍時，其體積（或質量）也增大幾倍，但質量與體積的比值，即單位體積的質量不改變，因此，不能認為物質的密度與質量成正比，與體積成反比。故AB不符合題意，CD符合題意。故選CD。
5.關于物質的質量和密度，下列說法正確的是（　　）
A.某種物質的密度與其質量成正比，與其體積成反比
B.密度是物質的一種屬性，某種物質的密度與其質量和體積無關
C.人們常說的“鐵比木頭重”是指鐵塊的質量比木塊的質量大
D.冰的密度是0.9×103kg/m3，表示1m3冰的質量是0.9×103kg
【答案】BD
【詳解】AB.密度是物質的一種屬性，其大小與質量和體積無關，不能理解為物質的密度與質量成正比，與體積成反比，故A錯誤；B正確；
C.生活中人們習慣說“鐵比木頭重”，本意是相同體積的鐵和木頭，鐵的質量大，所以這句話的正確說法應該是鐵的密度大于木頭，故C錯誤；
D.單位體積的某種物質的質量，叫這種物質的密度，而冰的密度是0.9×103kg/m3，表示1m3冰的質量是0.9×103kg，故D正確。故選BD。
真題演練
1．（2023廣東廣州）以下過程不發生物態變化，初溫相同的兩塊金屬甲、乙吸收了相同熱量，甲的末溫比乙的低，那么初溫相同的甲、乙放出相同熱量（ ）
A.甲的末溫比乙的低，但無法判斷甲、乙比熱容哪一個大
B.甲的末溫比乙的高，但無法判斷甲、乙比熱容哪一個大
C.甲的末溫比乙的高，且可以判斷甲、乙比熱容哪一個大
D.無法判斷甲、乙的末溫哪一個高，且無法判斷甲、乙比熱容哪一個大
【答案】B
【解析】依題意初溫相同的兩塊金屬甲、乙吸收了相同熱量，甲的末溫比乙的低，說明吸收相同的熱量，甲溫度變化比乙溫度變化慢，由此可知，初溫相同的甲、乙放出相同熱量，甲乙溫度都降低，由于甲溫度變化比乙溫度變化慢，所以甲的末溫比乙的末溫高，但由于不知道甲乙兩塊金屬的質量關系，所以無法判斷甲、乙比熱容哪一個大，故ACD不符合題意，B符合題意。
故選B。
2．（2023山東臨沂）2023年5月28日12時31分，自上海虹橋國際機場起飛的國產大飛機C919安全抵達北京首都國際機場（如圖），圓滿完成了首個商業航班飛行。C919大飛機（ ）
A.機身是由密度大、硬度大的材料制成的 B.加速起飛的過程中所受空氣浮力大于重力
C.勻速飛行時機翼上方的空氣流速比下方的大 D.大功率航空發動機的效率能達到100%
【答案】C
【解析】A.飛機的機身要輕、強度大，所以機身應用密度小、硬度大的材料制成，故A不符合題意；
B.飛機起飛是因為機翼上下表面的壓力差提供的升力，不是因為浮力；加速起飛的過程中，受力不平衡，升力大于重力，故B不符合題意；
C.氣流經過機翼上、下表面的時間相同，機翼上表面凸起、下表面平整，則氣流經過機翼上方的空氣流速比下方的空氣流速大，故C符合題意；
D.航空發動機工作時，燃料燃燒釋放的能量不可能全部用來做有用功，效率不可能達到100%，故D不符合題意。
故選C。
3．（2023湖南株洲）如圖，在試管內裝些水，用橡膠塞塞住管口，將水加熱一段時間后，橡膠塞被沖出。則（ ）
A.管內水蒸氣的內能不變 B.管內水蒸氣對橡膠塞做了功
C.水所含的熱量增加 D.燈中剩余酒精的熱值變小
【答案】B
【解析】A.用橡膠塞塞住管口，隨著酒精燈給試管不斷加熱，試管內的水和水蒸氣吸收熱量，內能都在不斷增大，故A不符合題意；
B.將水加熱一段時間后，橡膠塞被沖出，這是管內水蒸氣對橡膠塞做了功，將水蒸氣的內能轉化為塞子的機械能，故B符合題意；
C.熱量是在熱傳遞過程中傳遞內能的多少，是一個過程量，不能說所含有熱量，故C不符合題意；
D.熱值是燃料的固有屬性，熱值的大小和物質種類有關，和質量、體積、是否完全充分燃燒都沒有關系，所以燈中剩余酒精的熱值不變，故D不符合題意。
故選B。
4.（2023·湖南常德）下表是一些物質的比熱容[單位J/(kg·℃)]，根據表中數據和生活現象，下列判斷中正確的是（ ）
水 4.2×103 鋁 0.88×103
煤油、冰 2.1×103 鐵、鋼 0.46×103
砂石 約0.92×103 銅 0.39×103
A.不同種類的物質，比熱容一定不同
B.比熱容與物質物質的狀態無關
C.質量相同、初溫相同的鋁塊和銅塊吸收相同的熱量，銅塊的末溫更低
D.沿海地區晝夜溫差小，是因為水的比熱容較大
【答案】D
【解析】A.煤油和冰是不同的物質，但它們的比熱容是相同的，故A錯誤；
B.物質的比熱容與物質的狀態有關，如水和冰的比熱容不同，故B錯誤；
C.由Q吸=cm（t－t0），知，質量相同、初溫相同的鋁塊和銅塊吸收相同的熱量，銅的比熱容小，銅塊的末溫更高；
D.沿海地區水多，內陸地區水少、沙石多，因為水的比熱容較大，由Q=cmΔt，可知，白天，相同質量的水和沙石比較，吸收相同的熱量，水的溫度升高的少；夜晚，放出相同的熱量，水的溫度降低的少，使得沿海地區晝夜的溫差小，故D正確。
故選D。
5.（2023·內蒙古赤峰）轎車行駛過程中，油箱中汽油逐漸減少，剩余汽油的熱值、密度變化情況為（ ）
A.熱值不變，密度不變 B.熱值不變，密度變小
C.熱值變小，密度不變 D.熱值變小，密度變小
【答案】A
【解析】熱值是燃料的一種特性，只與燃料的種類有關，與燃料的質量、體積、是否完全燃燒等因素無關，所以油箱中汽油逐漸減少，熱值不變。密度也是物質的一種特性，只與物質的種類、狀態有關，與物質的質量、體積等因素無關，所以油箱中汽油逐漸減少，密度不變。故A符合題意，BCD不符合題意。
故選A。
6．（多選）（2023四川宜賓）關于內能及其利用，下列說法正確的是（ ）
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
【答案】AC
【解析】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。

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