資源簡介

內(nèi)能、熱效率

【知識梳理】
一、內(nèi)能
（一）內(nèi)能概念
物體的內(nèi)能：構(gòu)成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。單位：焦耳（J），各種形式能量的單位都是焦耳。
（二）理解
（1）內(nèi)能是指物體的內(nèi)能，不是分子的內(nèi)能，更不能說是個別分子和少數(shù)分子所具有的能量，而是物體內(nèi)部所有分子共同具有的動能和勢能的總和。所以，單純考慮一個分子的動能和勢能是沒有現(xiàn)實意義的。
（2）一切物體在任何情況下都具有內(nèi)能。
（3）內(nèi)能具有不可預(yù)測性，即不能準確知道一個物體的內(nèi)能的具體數(shù)值。
（4）物體的內(nèi)能可以發(fā)生改變，當物體的內(nèi)能發(fā)生變化時，物體的表現(xiàn)方式有溫度改變和狀態(tài)改變兩種。
（三）、物體內(nèi)能的改變
1、熱傳遞改變物體的內(nèi)能
2、做功改變物體的內(nèi)能
做功可以改變物體的內(nèi)能，對物體做功，物體的內(nèi)能會增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能會減少。
實質(zhì) 條件 方式（方法） 舉例
熱傳遞 內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 不同物體的或物體的不同部分之間存在溫度差 熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射 燒紅的鐵塊放入冷水中
做功 其他形式的能（主要是機械能）與內(nèi)能之間的相互轉(zhuǎn)化過程 外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加 壓縮體積、摩擦生熱、鍛打物體、擰彎物體等 打氣筒大氣、鉆木取火、發(fā)令槍響等
物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少 體積膨脹等 裝著開水的暖水瓶內(nèi)的水蒸氣將瓶蓋頂起來，水蒸氣內(nèi)能減少

做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的

（四）熱量
1、定義
在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫做能量。熱量用符號Q表示。
單位：熱量和功都可以用來量度物體內(nèi)能的改變，所用的單位相同，功的單位是焦耳，內(nèi)能的單位也是焦耳，熱量單位也是焦耳，符號是J。
2、理解
（1）物體本身沒有熱量。不能說某個物體含有多少熱量，更不能比較兩個物體熱量的大小，只有發(fā)生了熱傳遞過程，有了能量（內(nèi)能）的轉(zhuǎn)移，才能討論熱量問題。熱量是一個過程量。
（2）熱量是熱傳遞過程中，能量（內(nèi)能）轉(zhuǎn)移的數(shù)量。
（3）熱量的多少與物體能量（內(nèi)能）的多少，物體溫度的高低沒有關(guān)系。
溫度 熱量 內(nèi)能
定義不同 宏觀上：表示物體的冷熱程度 微觀上：反映物體中大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度 在熱傳遞的過程中，傳遞能量的多少 構(gòu)成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和
量的性質(zhì) 狀態(tài)量 過程量 狀態(tài)量
表述 只能說“降低”或“升高” 只能說“放出”或“吸收” 只能說“有”“具有”“改變”“增加”“減少”
單位 攝氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J）
關(guān)系 熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能，使其內(nèi)能增加或減少，但溫度不一定改變（如晶體的熔化或凝固過程），即：物體吸熱，內(nèi)能會增加；物體放熱，內(nèi)能會減少；但物體的溫度不一定發(fā)生改變



例題講練：
1．寫出下列各種情況中“熱”字的含義(填“熱量”“溫度”或“內(nèi)能”) ：
(1)摩擦生熱： 。
(2)杯子里的水很熱： 。
(3)液體沸騰要吸熱： 。
2、關(guān)于溫度、熱量、內(nèi)能，以下說法正確的是( )
A. 0 ℃的冰沒有內(nèi)能 B. 水沸騰時繼續(xù)吸熱，溫度保持不變，內(nèi)能增加
C. 物體的溫度越低，所含的熱量越多
D. 物體的內(nèi)能與溫度有關(guān)，只要溫度不變，物體的內(nèi)能就一定不變
3、若兩個物體間發(fā)生了熱傳遞，則熱量是由( )
A．密度大的傳遞給密度小的 B．熱量多的傳遞給熱量少的
C．溫度高的傳遞給溫度低的 D．內(nèi)能大的傳遞給內(nèi)能小的
4、下列關(guān)于溫度、內(nèi)能和熱量的說法正確的是( )
A. 物體溫度越高，它的熱量就越多 B. 要使物體內(nèi)能增加，一定要吸收熱量
C. 要使物體內(nèi)能增加，一定要對物體做功 D. 物體溫度升高，它的內(nèi)能就增加

比熱
（1）定義：單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量，叫做這種物質(zhì)的比熱容．比熱容用符號c表示，單位為，讀作“焦每千克攝氏度”．
（2）熱量的計算
①比熱容的物理意義：以水為例，水的比熱容是，它表示質(zhì)量是1kg的水溫度升高1℃時吸收的熱量為．
②熱量的計算：
根據(jù)比熱容的定義，質(zhì)量為m的物體，溫度由t0上升（或下降）到t時，吸收（或放出）的熱量為：或．比熱容反映了物體吸熱和放熱本領(lǐng)的大小，水的比熱比較大，所以我們經(jīng)常利用水來做冷卻物體．由于水的比熱比砂石比熱大，所以沿海地區(qū)白天溫度升高較內(nèi)地小，晚上溫度降低較內(nèi)地小．

例題：
1、完全燃燒1kg柴油放出的熱量能使多少質(zhì)量的水溫度升高20℃？[已知柴油的熱值是4.2×107J/kg，水的比熱容是4.2×103J/（kg?℃），假定放出的熱量被水完全吸收．]（　　）
A． 2kg B． 20kg C． 50kg D． 500kg
2．關(guān)于內(nèi)能和熱量，下列說法正確的是（　　）
　 A． 物體吸收熱量，溫度一定升高 B． 物體運動的越快，物體的內(nèi)能越大
　 C． 同一物體的溫度越高，內(nèi)能越大 D． 溫度越高的物體，所含的熱量越多
3．質(zhì)量相等、初溫相同的水和煤油，分別用兩個相同的電加熱
器加熱（不計熱損失），加熱過程中溫度變化如圖6所示，則
下列判斷正確的是（ ）
A．甲的比熱容大，是水　　 B．甲的比熱容大，是煤油
C．乙的比熱容大，是水　　 D．乙的比熱容大，是煤油
4、關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是（　　）
A． 物體溫度升高，它的內(nèi)能一定會增加 B． 物體內(nèi)能增加，一定要從外界吸收熱量
C． 溫度為0℃的物體沒有內(nèi)能 D． 溫度相等的1kg水和100g水內(nèi)能相同
5、用同一熱源給一定質(zhì)量的水加熱，其溫度與時間的關(guān)系如題13?圖中圖線a?所示，若其它條件不變，（l）僅增加水的質(zhì)量；（2）僅增大液面大氣壓強；（3）既增加水的質(zhì)量，同時減小液面大氣壓強則二種情況中，溫度與時間的關(guān)系圖線分別對應(yīng) 、 和 （選填圖中“a?”、“b”、“c”或’' d '?'?)

三、熱值和熱機
1．內(nèi)能的獲得
（1）燃料的燃燒
在現(xiàn)代社會中，人類使用的能量絕大部分也還是從燃料的燃燒中獲得的內(nèi)能．燃料燃燒的實質(zhì)是一種化學變化，在燃燒的過程中，燃料的化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，也就是通常所說的釋放出能量
（2）熱值
熱值定義：的某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的熱值．熱值的單位是（J/kg）．
Q=qm（Q表示熱量，q表示熱值，m表示燃料的質(zhì)量）．
（3）有效利用燃料
爐子有效利用的熱量與燃料完全燃燒時放出的熱量之比，叫做爐子的效率．燃料的利用燃燒過程中，燃料燃燒不充分，廢氣帶走了大量的熱量是影響燃料的利用效率的主要的兩個因素．為了提高燃料的利用效率，我們應(yīng)該盡可能地讓燃料充分燃燒，減少廢氣帶走的熱量（如增大爐子受熱面積等）．
2．內(nèi)能的利用．熱機
從燃料燃燒過程中獲得內(nèi)能的利用有兩種，一個是為了直接加熱物體，例如煮飯．取暖等；一個就是要利用產(chǎn)生的能量做功，各種熱機就是利用內(nèi)能做功的機器．例如汽車的發(fā)動機．電廠的發(fā)電機（電廠的發(fā)電機其實是通過內(nèi)能做功轉(zhuǎn)化為了機械能以后再將機械能轉(zhuǎn)化為電能的）等等．
（1）熱機
把燃料燃燒放出的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機器叫做熱機．熱機的種類繁多，主要有蒸汽機．蒸汽輪機．汽油機．柴油機．燃氣輪機．燃氣噴氣發(fā)動機和火箭噴氣發(fā)動機等．所有熱機都有一個共同的特點，就是利用燃料燃燒時放出的內(nèi)能，轉(zhuǎn)化為機械能對外做功．
（2）內(nèi)燃機
下圖是四沖程汽油機的四個沖程示意圖：

第一沖程：吸氣沖程．進氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞由氣缸最上端向下運動，汽油和空氣的混合物從進氣門被吸入汽缸．當活塞運動到氣缸最下端時，進汽門關(guān)閉．如圖甲．
第二沖程：壓縮沖程．進氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞由汽缸的最下端向上運動，燃料混合物被壓縮，汽缸內(nèi)溫度升高，氣壓增大．如圖乙．
第三沖程：做功沖程．在壓縮沖程末，火化塞點火，燃料混合物劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃氣，推動活塞向下運動，并通過連桿使曲軸轉(zhuǎn)動．如圖丙．
第四沖程：排氣沖程．進氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞從汽缸最下端向上運動，把廢氣排出汽缸，為下一個循環(huán)做好準備，如圖丁．
（3）熱機的效率
在熱機中，用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率．在熱機的各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施．
3．能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律
能量守恒定律的內(nèi)容是：能量既不會被消滅，也不會創(chuàng)生．能量只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．

例題講練：
1、下列流程圖是用來說明單缸四沖程汽油機的一個工作循環(huán)及涉及到的主要能量轉(zhuǎn)化情況．關(guān)于對圖中①②③④的補充正確的是（ ）



A．①做功沖程??②內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能??③壓縮沖程??④機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
B．①壓縮沖程??②內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能??③做功沖程??④機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
C．①壓縮沖程??②機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能??③做功沖程??④內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能．
D．①做功沖程??②機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能??③壓縮沖程??④內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能
2、被譽為“氣都”的達州,天然氣儲量豐富，天然氣是 （選填“可再生”“不可再生”）能源.小明同學需要在標準大氣壓下燒開初溫為20℃、質(zhì)量為3kg的一壺水，如天燃氣完全燃燒放出熱量的80%被水吸收，則要完全燃燒 m3的天然氣.【天然氣的熱值取3.0×107J／m3，C水=4.2×103J/（kg·℃）】

3、用燃氣灶燒水時，把2.2kg 初溫為20℃的水加熱到100℃，共燃燒了45g 天然氣（假設(shè)天然氣完全燃燒）。已知天然氣的熱值為4.4×107 J/ kg，水的比熱容為?4.2×103 J/（kg·℃） 。
⑴ 天然氣屬于_______（選填“可再生”或“不可再生”）能源。在燒水過程中，大量向外散失的能量不會自動再匯集回來，這說明能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有_________的。
⑵ 水的內(nèi)能增加了_______J。
⑶ 燃氣灶燒水的效率為_______。

題型講練：
鍋爐的效率
例1．）某中學為學生供應(yīng)開水，用鍋爐將200kg的水從25℃加熱到100℃，燃燒了6kg的無煙煤。水的比熱容是4.2×103J／（kg·℃），無煙煤的熱值是3.4×l07J／kg。求：
?（1）鍋爐內(nèi)的水吸收的熱量是多少?
（2）無煙煤完全燃燒放出的熱量是多少?（3）此鍋爐的效率是多少?




柴油抽水機的效率
例2．今年我省出現(xiàn)大面積干旱，造成農(nóng)田缺水，嚴重影響農(nóng)作物生長，為緩解旱情，很多地方采用柴油抽水機從江湖中引水灌溉。某柴油抽水機把湖水抬升4.5m流入溝渠，再去灌溉農(nóng)田。已知在2h內(nèi)抬升了1600m3的水，此柴油抽水機的效率為40%，柴油的熱值為4.5×107J/kg，g取10N/kg，求：
（1）此柴油抽水機2h做了多少有用功？℃（2）此柴油抽水機工作2h消耗了多少柴油？
? （3）此柴油抽水機的總功率為多少千瓦？



太陽能的效率
例3.某品牌太陽能熱水器集熱器面積為S=2m2，熱效率為η=40%（即熱水器能將照射到玻璃吸熱管上的太陽能的40%轉(zhuǎn)化為水的熱能），該地點太陽能輻射到地面的平均功率為P=1.4×103W/m2（即平均每平方米每秒鐘太陽輻射能為1.4×103J）。將質(zhì)量為100kg的初溫為20℃的水加熱到60℃，求這些水需要吸收多少熱量?求需要加熱多少小時?








鉆木取火中的效率
?例4．人類的祖先鉆木取火，為人類文明揭開了新的一頁。鉆木取火的一種方法，將削尖的木棒伸到木板的洞里，用力壓住木棒來回拉動鉆弓。木棒在木板的洞里轉(zhuǎn)動時，板與棒互相摩擦，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而熱集中在洞內(nèi)，不易散發(fā)，提高了木棒尖端的溫度，當達到約260℃時木棒便開始燃燒。因木頭是熱的不良導(dǎo)體，故受熱厚度很薄，木棒受熱部分的質(zhì)量只有0.25g。已知：來回拉一次鉆弓需1.0s，弓長為s=0.25m，人拉弓的力為16N，木頭比熱容C=2×103J／（kg·℃），室溫為20℃。問：
（1）人來回拉一次鉆弓克服摩擦力所做的功為多少？
（2）人克服摩擦力做功使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，若其中有25％被木棒尖端吸收，則1s內(nèi)可使木棒尖端溫度提高多少℃？
?（3）請你估算用多長時間才能使木棒燃燒起來？






汽車發(fā)動機的效率
?例5．）2010年12月30日通車的湛徐高速，使得從湛江市區(qū)到徐聞縣海安港口全程只需約1個小時，從而使雷州半島的居民從此真正進入湛江市“一小時生活圈”。今年“五·一”期間，爸爸開車帶著李兵從湛江市區(qū)出發(fā)沿湛徐高速到徐聞參觀“大漢三墩”景點，汽車（包括車上的人和物品）質(zhì)量為1.8×103kg，車輪與地面的總接觸面積為0.09m2，當汽車以90km/h的速度在平直路面上勻速行駛時，汽車發(fā)動機牽引力為1000N，效率為30％，汽油的熱值為4.6×107J／kg（假設(shè)汽油完全燃燒，g取10N／kg）。求：
?（1）汽車靜止時對路面的壓強；
?（2）汽車以90km/h的速度勻速行駛時，牽引力的功率；
?（3）若汽車按照這種方式行駛，這次旅行全程往返250km，牽引力做的功是多少？李兵應(yīng)該提醒爸爸至少要加汽油多少kg？

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