沪粤版九年级物理上册同步精品课堂 第十二章 内能与热机 单元总结（全解全析+原卷版）

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第十二章 内能与热机 知识点一：内能1.内能：物体内部所有分子热运动的分子动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。(1)分子动能：分子在永不停息地做着无规则的热运动。物体内大量分子做无规则热运动所具有的能量称为分子动能。物体的温度越高，分子运动得越快，它们的动能越大。同一个物体（物态不变），温度越高，内能越大。（2）由于分子之间具有一定的距离，也具有一定的作用力，因而分子具有势能，称为分子势能。分子间距发生变化时，物体的体积也会变，其内能会发生变化。所以分子势能与物体的体积有关。（3）物体内能的大小：物体的内能与物体的质量、温度、体积及物态有关。一切物体中的分子都在做永不停息的做无规则运动，分子间都有分子力的作用，无论物体处于何种状态，是何形状与体积、温度是高是低都是如此。因此，一切物体在任何情况下都具有内能。2.内能的改变：改变物体内能的方法有热传递和做功；热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。1）做功：外界对物体做功，物体的内能会增大（例如：摩擦生热）；物体对外做功，物体内能会减小（例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”）。实质：能量从一种形式的能（其它形式的能）转化为另一种形式的能（内能）。2）热传递：只要物体之间或同一物体的不同部分间存在着温度差，就会发生热传递，直到温度变得相同(即没有温度差)为止。物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减小。3.热量（Q）：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量；在国际单位制中，热量单位是焦耳，符号是J。4.内能与机械能是两种不同形式的能量，它们之间是可以相互转化的。整个物体可以处于静止状态，没有动能；整个物体也可以处于相对高度为零的位置而没有势能，但它一定具有内能。物体可以同时具有内能和机械能。5．热量、温度和内能：“热量不能含、温度不能传、内能不能算”。1）热量是一个过程量，只有发生了热传递过程，有了内能的转移，才能讨论热量问题。所以物体本身没有热量，不能说某个物体具有多少热量，更不能比较两个物体热量的大小。2）内能是一个状态量，但是它具有不可测量性，所以不能说物体具有多少的内能。3）在热传递过程中，热量从高温物体传到低温物体，而不能说将高温物体的温度传递给了低温物体。典例1．关于内能，下列说法中正确的是（　　）。A．0℃的冰块没有内能；B．物体内能大小与温度无关；C．热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移；D．金属汤勺放在热汤中，温度升高，这是通过热传递的方式改变内能典例2．如图，在一个厚壁玻璃筒里放一块有少量乙醚的棉花，用力把活塞迅速下压，棉花就会立即燃烧。因为空气分子间的间隔较大，分子间作用力较______（填“ 大”或“小”），所以容易被压缩。这是通过_____的方式使筒内气体内能增加的，温度越高，分子无规则运动越________。知识点二：比热容1.比热容（1）在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。温度不同的两个物体相互接触，高温物体内能减少，低温物体内能增大；对物体做功时，物体内能会增大，物体对外做功时，物体内能会减少。（2）比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度和吸热、放热的多少无关。（3）水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，表示的物理意义是：1千克的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。2.热量的简单计算热量的计算：(1)吸热：Q吸=cmΔt=cm(t-t0)；（2）放热：Q放=cmΔt= cm(t0-t)。其中：Q吸—吸收的热量，单位：焦（J），Q放—放出的热量。c—比热容，单位：焦每千克摄氏度（J/(kg·℃)）m—质量，单位：千克（kg）Δt—变化的温度（升高或降低的温度），单位：摄氏度（℃）；t0—初始温度、t—末温。典例3．用同一酒精灯分别给质量相等的甲、，乙两种物质加热，根据测量数据绘制如图所示图象，由图可知（ ）。A. 甲物质的温度比乙物质温度升高的快，甲物质的比热容大于乙物质的比热容；B. 甲物质的温度比乙物质温度升高的快，甲物质的比热容小于乙物质的比热容；C. 甲物质的温度比乙物质温度升高的慢，甲物质的比热容大于乙物质的比热容；D. 甲物质的温度比乙物质温度升高的慢，甲物质的比热容小于乙物质的比热容典例4．探究“比较不同物质的吸热能力”时，同学们用酒精灯同时开始均匀加热质量和初温都相等的沙子和水，装置如图。下列说法正确的是（　　）。A．实验中，沙子吸热升温较快，说明沙子吸热能力较强；B．在本实验中，物体吸热多少是由物质的种类决定的；C．实验中，将沙子和水加热到相同温度时，它们吸收的热量相同；D．实验中，加热相同的时间，末温低的物质吸热能力强知识点三：热机1.热机：利用内能做功的机械叫热机。热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。2. 内燃机的工作原理（1）汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。冲程—活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。汽油机的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高；做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；排气冲程—靠惯性运动，排出废气。（2）柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1）吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2）压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3）做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。典例5．某汽油机的四个冲程如图所示，在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是（ ）。A. ① B. ② C. ③ D. ④典例6．内燃机的一个工作循环是由四个冲程组成的，如图所示的是工作循环中的_____冲程，若飞轮转动40周，则对外做功______次。知识点四：热机效率1．热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。（1）燃料燃烧放出热量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg。）对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。（2）热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。2.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）； ②废气排出带走能量（废气的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。典例7．某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况如图所示，若输入的化学能为2000J，输出的动能为300J．则输出的内能和声能共计　 　J；输出的有用能量是动能，则小轿车正常工作时的效率为　 　。典例8．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　）。A. 在做功同样多的情况下，热机的效率越高消耗的燃料越多；B. 一般情况下柴油机的效率比汽油机的高；C. 热机的效率越高说明做功越快；D. 热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的一、单选题1．2022年2月4日北京冬奥会开幕，火炬手将火炬嵌入大雪花状的主火炬台中。火炬用氢气做燃料，符合奥运绿色环保理念。关于火炬，下列说法正确的是（       ）A．火炬的火焰是光源B．氢气燃烧过程中热值变小C．以主火炬台为参照物嵌入后的火炬是运动的D．火炬的火焰发出的光在空气中以的速度传播2．恩格斯曾说过：“摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人和动物分开。”如图所示，“钻木取火”时（　　）A．产生的内能无法自主转化为其他形式的能B．能量的转换与热机的做功冲程相同C．手握的木钻将内能转移给了木柴D．木柴燃烧越充分，其热值越高3．2021年10月16日0时23分，伴随着一阵轰鸣声神舟十三号顺利发射升空。如图是“神舟十三号”发射时的情境，关于飞船发射，下列说法正确的是（　　）A．轰鸣声的传播需要介质B．火箭加速升空的过程中，机械能不变C．发射火箭用液体氢作燃料是因为氢的密度小D．火箭升空时相对地面静止4．教育部发布了《义务劳动教育课程标准（2022年版）》，家庭清洁、烹饪等9月起纳入学段目标。下列关于厨房中的物理知识说法正确的是（　　）A．高压锅可以使锅内水的沸点降低B．将菜刀磨得锋利是通过减小受力面积来增大压强C．不要用手直接去拿刚出锅的热馒头，因为含有的热量较少D．煲汤时，汤沸腾以后继续加热，汤的温度会继续升高二、填空题5．打开一瓶香水，不久就会闻到香味，这是由于分子在不停地做_______造成的。夏天烈日下，游泳池里的水温比空气温度低，晚上，游泳池里的水温比空气温度高，主要原因是水与空气比较，水的比热容较_______的缘故。冬天，常用“搓手”的方法使手暖和起来，“搓手”是利用_______的方法增加手的内能。6．我市在“创建文明城市”活动中，同学们在老师的带领下一起到居民小区劳动。“小广告”粘在建筑物上不易被清除掉，因为分子间存在______；用钢丝球清除“小广告”，过了一会儿钢丝球发热，这是通过______方式改变内能的，其能量转化方式与热机中的______冲程相同。7．2022年全体中国人一起见证了我国航天事业的一个个激动人心的时刻：（1）4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱，在东风着陆场预定区域成功着陆。在太空运行轨道上正常运行期间，处于失重状态的航天员___________惯性（填“没有”或“仍具有”）。在太空中能进行的有效锻炼方式是___________（选填“跳绳”、“举重”或“拉力器”）。返回舱返回地球时，在距地面1.2m高处，反冲发动机向___________喷火，达到进一步减速的目的。（2）6月5日10时44分，搭载“神舟十四号”载人飞船运载火箭的发射取得圆满成功。载人飞船与火箭成功分离后，进入预定轨道，运动状态___________（选填“改变”或“不改变”）。太空中的温差很大，字航员太空行走所穿的太空服需具有___________能力好的性质8．阅读下列短文，回答问题：渗透现象星期天，小明来到爷家过周末，发现爷爷家的食品柜里有一瓶醋泡蛋，蛋壳已经泡没了，只剩一层蛋膜包着鸡蛋，爷爷说这是一种保健食品。调皮的小明趁爷爷不注意，将“软蛋”冲洗干净后放在了清水中，奇怪!“软蛋”竟一点点地长“胖”了。这其中的奥妙，你能解释吗?原来，这是因为“软蛋”内液体的浓度比清水大，水分子透过蛋膜向蛋里扩散，所以蛋的体积会逐渐变大，这种单方向的扩散现象叫渗透。（1）用浓盐水消毒杀菌也是这个道理。因为当细菌落入浓盐水中时，水从________渗透到________，细菌________，使从而死亡；（2）渗透这种现象还经常被应用在工业生产中。例如，工业上广泛应用渗铝法，把铝扩散到钢中去，使钢件具有高度的耐热性在半导体中常常用这种方法渗入各种不同的微量杂质，以达到控制半导体性质的目的。据了解，工业生产中的这种渗透法多在高温下进行，试分析其原因：________越高，分子运动越________，渗透越________。三、实验题9．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，图中燃料的质量相同，烧杯内液体的质量也相同。（1）为比较两种液体的吸热能力，小军应选择下图中______两装置进行实验，实验器材还有天平和钟表，实验中用______间接反映液体吸收热量的多少；收集的实验数据记录如下表， 通过分析表中数据可知液体______（填“a”或“ b”）的吸热能力较强；（2）比较热值，应选择图中 ______两装置进行实验。10．小组同学比较沙子和水的比热容，实验装置如图甲、乙所示。（1）在两个相同的易拉罐内分别装入初温、_________相同的沙子和水。（2）用两盏相同的酒精灯同时加热沙子和水，加热过程中需用玻璃棒不断搅拌。搅拌的目的是：_________。测得实验数据如表格所示。（3）时，温度计显示沙子的温度如图丙所示，其读数为_________。（4）加热相同的时间，发现沙子的温度升得更高，有同学认为此过程中沙子吸收热量比水吸收热量多，该观点_________（正确/错误）。（5）分析数据可得沙子的比热容_________（小于/等于/大于）水的比热容。11．18世纪时，一些人认为热是一种微粒，称为“热质”，热传递是“热质”从一个物体到另一个物体的过程，但也有人认为热不是微粒。（1）英国科学家汤普森在德国视察兵工厂时发现，钻头对弹筒打孔后钻头和弹筒同时发热。若用“热质说”解释，钻头增加的“热质”是由弹筒传来的，弹筒的温度应该变 ___________，但事实并非如此；（2）英国科学家戴维把两块冰放在0℃的真空容器中，用一个机器带动它们相互摩擦，冰变成水，从而否定“热质说”。戴维在真空容器做实验的目的是 ___________；（3）小明同学利用功率不变的加热器给0℃的冰加热，刚开始冰慢慢熔化成水，但温度保持在0℃，等冰全部熔化成水后，温度逐渐升高，实验获得如下近似数据：则表格中X的数据为 ___________。四、计算题12．为了实现节能减排，我市很多出租车都换成了燃气汽车。一辆出租车气罐中充有的压缩天然气，天然气的热值为，若天然气完全燃烧后产生的热量有30%用于出租车牵引力做功，出租车行驶过程中受到的平均阻力为。求：（1）出租车气罐中的天然气完全燃烧后产生的热量Q；（2）气罐中天然气完全燃烧后出租车能匀速行驶的路程s。13．某款国产插电混动汽车，汽油发动机既可向车轮提供动力，又可向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过驱动电机向车轮输送。整车质量（含驾驶员）为1.8t，搭载电池电量为18.75kW•h，纯电行驶时效率约为80%，利用汽油发动机行驶时热机平均效率约为30%，在平直的公路上以72km/h的速度匀速行驶，受到的阻力为总重的k＝0.03倍。汽油热值约为q＝4.5×107J/kg，g＝10N/kg，求此时：（1）汽车需要的牵引力；（2）以纯电行驶时，假如电池从满电到耗尽电量，可以行驶的最大路程；（3）车辆行驶（2）中相同路程，如果以汽油发动机行驶时，需要燃烧的汽油质量。14．为改善城市空气质量，很多城市用雾炮车洒水除尘。如图为一台正在水平路面上洒水的雾炮车，车内水箱底部出水口面积为50cm2。（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，柴油的热值取4.0×107J/kg）求：（1）洒水前水箱中水深1m，出水口所受压力；（2）洒水前雾炮车以10m/s的速度在水平路面上做匀速直线运动，发动机的功率为80kW，此时雾炮车受到的阻力；（3）雾炮车以80kW的功率匀速行驶20min，若柴油机效率为40%，需要消耗柴油的质量。物理量物质质量/g初始温度/℃加热时间/min最终温度/℃液体a5020545液体b5020568加热时间/012345温度/沙子1822293745—水181921232527实验次数12345冰的质量（克）100100200200300冰全部熔化为水的最终温度（℃）04082加热时间（分钟）57.51020X