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專題2 2比熱容 內能的利用
一、比熱容
1．定義：單位質量的某種物質溫度升高（降低）1 ℃時吸收（放出）的熱量。
2．物理意義：表示物體吸熱或放熱的本領的物理量。
3．比熱容是物質的一種特性，大小與物體的種類、狀態有關，與質量、體積、溫度、密度、吸熱放熱、形狀等無關。
4．水的比熱容為4.2×103 J(kg·℃)，表示：1 kg的水溫度升高（降低）1 ℃吸收（放出）的熱量為4.2×103 J。
5．水常調節氣溫、取暖、作冷卻劑、散熱，是因為水的比熱容大。
二、探究物質的比熱容
1．在科學探究過程中要采用控制變量法，即讓兩種不同物質的質量相同，溫度相同，升高的溫度相同。
2．在探究中應盡量保證讓不同物質在相同的時間內吸收的熱量相等，用加熱時間的多少表示物質吸收熱量的多少。
3．在探究中應盡量避免熱量的損失。
三、熱量的計算
1．熱量的計算公式：用c表示物質的比熱容，用m表示物體的質量，用t表示物體的末溫，用t0表示物體的初溫，則物體溫度升高時，所吸收的熱量Q吸=cm(t–t0) ：物體溫度降低時，所放出的熱量Q放=cm(t0–t)，若用Δt表示物體溫度的變化，則上述兩個公式可統一表示為Q＝cmΔt。
2．應用熱量的計算公式解題時，公式中各物理量的單位要統一，即比熱容c的單位是J/（kg·℃），質量m的單位是kg，溫度的單位是℃，熱量的單位是J。
3．熱量公式Q＝cmΔt適用于物體溫度變化過程中，物體所吸收或放出熱量的計算，物態變化過程中，物體所吸收或放出的熱量不能用Q＝cmΔt計算。
4．運用熱量計算公式解題時要注意明確“初溫”、“末溫”、“溫度升高到”、“溫度升高了”、“溫度降低到”、“溫度降低了”的含義。
四、熱機
1.熱機：利用內能做功的機械叫熱機。
熱機的種類：分為蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機。
內燃機：燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機。內燃機根據其所使用的燃料分為汽油機和柴油機兩類。
2. 內燃機的工作原理
(1)汽油機：四沖程汽油機的結構—汽缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、火花塞。
沖程—活塞在氣缸內往復運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。
汽油機的工作過程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。
吸氣沖程—靠慣性運動，吸進汽油與空氣的混合物；
壓縮沖程—外界對氣體做功，機械能轉化為內能，氣體溫度升高；
做功沖程—化學能轉化為內能，氣體溫度升高，氣體對外做功，內能轉化為機械能；
排氣沖程—靠慣性運動，排出廢氣。
(2)柴油機：四沖程柴油機的結構—汽缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、噴油嘴。
柴油機的工作過程與汽油機幾乎一樣，但有三個區別：1)吸氣沖程：汽油機吸進的是汽油和空氣的混合物，柴油機吸進的僅僅是空氣；2)壓縮沖程：汽油機壓縮的是汽油和空氣的混合物，汽油機壓縮的僅僅是空氣；3)做功沖程：汽油機用火花塞點火，柴油機用噴油嘴噴油。
五、熱機效率
1．熱值(q)：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫熱值；熱值單位是：J/kg。
(1)燃料燃燒放出熱量：Q放 ＝qm；(Q放 是燃料放出的熱量，單位是J；q是熱值，單位是J/kg；m 是質量，單位是kg。)
對于熱值的概念，要注重理解三個關鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。1kg是指燃料的質量，如果燃料的質量不是1kg，那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于熱值的數值；某種燃料是指熱值與燃料的種類有關；完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學能轉變成內能就不是該熱值所確定的值。
(2)熱值反映的是某種物質的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學能轉變成內能的本領大小；也就是說，它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、體積等均無關。
2.熱機的效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫熱機的效率。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。公式：
3.在熱機的各種損失中，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。
注意：熱機能量的損失：①燃料未完全燃燒(完全燃燒條件：充足空氣，研磨成細顆粒)； ②廢氣排出帶走能量(廢氣的利用)；③克服磨擦，消耗能量(使用潤滑劑，減小摩擦)
六、能量轉化與守恒
1.能量守恒定律：能量既不會消滅，也不會創生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移過程中，能量的總量保持不變。
2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天體，小到原子核，也無論是物理學問題還是化學、生物學、地理學、天文學的問題，所有能量轉化的過程，都遵從能量守恒定律。
汽油機和柴油機的比較： 汽油機柴油機不同點構造頂部有一個火花塞。頂部有一個噴油嘴。吸氣沖程吸入汽油與空氣的混合氣體吸入空氣點燃方式點燃式壓燃式效率低高應用小型汽車、摩托車載重汽車、大型拖拉機相同點沖程：活塞在往復運動中從汽缸的一端運動到另一端。 一個工作循環活塞往復運動2次，曲軸和飛輪轉動2周，經歷四個沖程，做功1次。
考點1 比熱容
【例1】（2023秋 蚌埠月考）為了比較、兩種液體的吸熱能力，小明用完全相同的加熱裝置對質量相等的、兩液體進行加熱，根據實驗數據繪制的溫度隨時間變化的圖像如圖所示。根據圖像信息，下列說法中正確的是　　
A．、兩液體在內吸收的熱量之比為
B．、兩液體在內吸收的熱量之比為
C．、兩液體的比熱容之比為
D．、兩液體的比熱容之比為
【答案】
【分析】（1）用相同的加熱器加熱，在相同時間內，兩種液體吸收的熱量是相同的；
（2）根據求出、兩液體的比熱容之比。
【解答】解：、用相同的加熱器加熱，在相同時間內，加熱器放出的熱量是相同的，則兩種液體吸收的熱量是相同的，所以在內，、兩液體吸收的熱量是相同的，故其吸收的熱量之比為，故、錯誤；
、由圖像可知，在內，液體溫度升高了△，
液體溫度升高了△，已知質量相等的、，
根據△可得，、兩液體的比熱容之比為：
，故正確，錯誤。
故選：。
1．（2023秋 興寧區校級月考）由熱量計算公式△得。下列說法正確的是　　
A．比熱容與物質吸收的熱量成正比
B．比熱容與物質的質量跟其變化的溫度的乘積成反比
C．物體吸收的熱量越多，其比熱容越大
D．比熱容是物質的一種屬性，其大小與物體所吸收的熱量、質量和升高的溫度無關
【答案】
【分析】質量是的某種物質，溫度升高吸收的熱量叫這種物質的比熱容。
比熱容是物質的一種特性。物質的比熱容只跟物體的種類和狀態有關，與物體質量的大小、溫度高低、吸收或放出熱量的多少均無關。
【解答】解：比熱容是物質本身的一種特性，物質的比熱容只跟物質的種類和狀態有關，與物質質量、溫度高低、吸收或放出熱量的多少均無關，故錯誤，正確。
故選：。
2．（2023秋 岳陽樓區校級月考）小明根據如表提供的幾種物質的比熱容得出以下四個結論，其中正確的是　　
幾種物質的比熱容
水 煤油 銅 砂石
酒精 冰 水銀 鋁
A．液體的比熱容一定比固體大
B．同一種物質發生物態變化后，比熱容不變
C．炎熱的夏天，砂石燙腳，而海水清涼，是因為砂石的比熱容大
D．質量相等的鋁塊和銅塊，升高相同的溫度，鋁塊吸收的熱量多
【答案】
【分析】根據比熱容的特點進行分析判斷，以及吸收熱量的公式進行解答。
【解答】解：、液體的比熱容不一定比固體的大，比如：固態冰的比熱容比液態水銀的比熱容大，所以錯誤。
、水和冰是同一物質的不同狀態，水變成冰后比熱容變化了，故錯誤。
、質量相同的水和砂石，吸收相同的熱量后，水升高的溫度少，所以炎熱的夏天，砂石燙腳，而海水清涼，是因為水的比熱容大，故錯誤。
、鋁的比熱容大于銅的比熱容，根據△可知質量相等的鋁塊和銅塊，升高相同的溫度，鋁塊吸收的熱量多，故正確。
故選：。
3．（2022秋 福山區期末）夏天，海邊的晝夜溫差小，這是因為水的比熱容較大。下列現象中不能反映水的這一特性的是　　
A．北方供暖系統用水循環散熱
B．春天的夜晚，農民往稻田里灌水以防秧苗凍壞
C．炎熱的夏天常常在教室的地面上灑水
D．城區建造人工湖以降低“熱島效應”造成的夏季高溫
【答案】
【分析】①對水的比熱容大的理解：相同質量的水和其它物質比較，吸收或放出相同的熱量，水的溫度升高或降低的少；升高或降低相同的溫度，水吸收或放出的熱量多。
②水分的蒸發會從周圍吸熱而降低周圍環境的溫度，即蒸發吸熱。
【解答】解：、因為水的比熱容大，相同質量的水和其它物質比較，降低相同的溫度，水釋放的熱量多，所以北方供暖系統用水循環散熱，故不符合題意；
、因為水的比熱容大，相同質量的水和其它物質比較，降低相同的溫度，水放出的熱量多，所以晚上向秧苗田里放水，水可以放出更多的熱量以防凍壞秧苗，故不符合題意；
、炎熱的夏天，往室內地面上灑水，水蒸發會從周圍吸熱而降低周圍環境的溫度，不是利用水的比熱容大的特點，故符合題意；
、城市修建人工湖，使水的覆蓋面積增大，因為水的比熱容大，相同質量的水和其它物質比較，吸收相同的熱量，溫度升高的少，可以減弱熱島效應，故不符合題意。
故選：。
考點2 熱機
【例2】（2023 南崗區模擬）關于熱機的能量轉化過程，下列說法正確的是　　
A．將勢能轉化為動能
B．將機械能轉化為化學能
C．將內能轉化為機械能
D．主要目的是通過熱傳遞改變內能
【答案】
【分析】解決此題要知道在四沖程內燃機的做功沖程中，燃料燃燒產生大量的高溫高壓的燃氣推動活塞做功，將內能轉化為機械能。
【解答】解：熱機就是把燃料燃燒得到的內能轉化為機械能的裝置；在四沖程內燃機的工作過程中，做功沖程中將燃料燃燒產生的內能轉化為機械能，為熱機工作提供動力，故正確，錯誤。
故選：。
1．（2023秋 鶴山市月考）如圖是汽油機一個工作循環的四個沖程，順序排列正確的是　　
A．甲乙丙丁 B．乙丁甲丙 C．丁甲丙乙 D．丙丁乙甲
【答案】
【分析】汽油機的一個工作循環由四個沖程組成：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。
用口訣：“先看氣門開關情，再看活塞上下行；開下吸氣開上排，關上壓縮關下功”判斷沖程名稱。
【解答】解：甲圖兩氣門都關閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，將內能轉化為機械能；
乙圖進氣門開啟，活塞下移，空氣和汽油混合物流入汽缸，是吸氣沖程；
丙圖排氣門開啟，活塞上行，排出廢氣，是排氣沖程；
丁圖兩氣門都關閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程，將機械能轉化為內能；
汽油機的一個工作循環由四個沖程組成：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，故正確排列順序應該為：乙丁甲丙。
故選：。
2．（2023 六安模擬）如圖所示，用酒精燈加熱試管內的水，一段時間后，塞子會被沖出。下列判斷正確的是　　
A．酒精燈燃燒過程中，酒精的熱值在變小
B．水在升溫過程中，分子運動的劇烈程度不變
C．試管內水的溫度升高是通過做功的方式使其內能增加
D．塞子被沖出的過程發生的能量轉化與四沖程汽油機的做功沖程能量轉化相同
【答案】
【分析】（1）熱值是燃料的一種特性，只與燃料的種類有關，與其質量和燃燒情況無關；
（2）分子在永不停息地做無規則運動，溫度越高分子運動越劇烈；
（3）改變物體內能的方式有做功和熱傳遞；
（4）在汽油機的四沖程中，其中壓縮沖程將機械能轉化為內能；做功沖程將內能轉化為機械能。
【解答】解：、熱值是燃料的一種特性，酒精燈中酒精燃燒的過程中，酒精的熱值不變，故錯誤；
、水在升溫過程中，溫度升高，分子運動的劇烈程度變大，故錯誤；
、加熱水的過程中，水吸收熱量，是通過熱傳遞的方式來改變水的內能，故錯誤；
、在塞子被沖出試管口的過程中，水蒸氣膨脹做功，將內能轉化為塞子的機械能，水蒸氣的內能減小，是通過做功的方式改變內能的，與熱機的做功沖程的能量轉化相同，故正確。
故選：。
3．（2023 武陟縣模擬）一臺四沖程內燃機轉速為，則　　
A．每分鐘內做功100次，共有400個沖程
B．每分鐘內做功200次，共有200個沖程
C．每秒內做功20次，共有10個沖程
D．每秒內做功5次，共有20個沖程
【分析】熱機一個工作循環，燃氣對外做功一次，活塞往返兩次，飛輪轉動兩周，經歷四個沖程，根據這個比例進行判斷。
【解答】解：內燃機轉速為，是指飛輪轉動，根據燃氣對外做功一次，飛輪轉動兩周，經歷四個沖程，所以燃氣每分鐘做功300次，共經歷1200個沖程，或燃氣每秒做功5次，共經歷20個沖程。
故選：。
考點3 熱機的效率
【例3】（2023秋 文水縣月考）汽車是現代生活中最常見的一種交通工具，圖甲、乙分別是某汽油機的某沖程及能量流向圖。下列說法錯誤的是　　
A．圖甲是壓縮沖程
B．由圖乙可知該汽油機的效率是
C．汽車尾氣中的“汽油味”越濃燃料燃燒得越不充分，但汽油的熱值不變
D．為節能，冬天汽車都會利用尾氣中的余熱給車內供暖，該舉措大大提高了汽油機的熱機效率
【答案】
【分析】（1）根據氣門的閉合或打開情況，結合活塞的運動方向可判斷汽油機的沖程；
（2）熱機效率是指有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，結合圖中數據分析；
（3）熱值是燃料的一種特性，它只與燃料的種類有關，與燃料的質量、燃燒程度等均無關；
（4）冬天利用尾氣中的余熱給車內供暖，可以提高能量的利用效率。
【解答】解：、根據圖甲可知，兩個氣門關閉、活塞上行，為壓縮沖程，故正確；
、熱機效率是指有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，由圖可知，輸出有用機械能所占比例為：，即該汽油機的效率為，故正確；
、熱值是燃料本身的一種特性，由燃料本身決定，和燃料的質量、放出熱量的多少、燃燒是否充分、溫度高低無關，故正確；
、冬天利用尾氣中的余熱給車內供暖，該舉措可以提高能量的利用效率，但不能提高汽油機的熱機效率，故錯誤。
故選：。
1．（2023秋 新邵縣校級月考）一臺內燃機運行時各種能量損耗大致為：汽缸散熱損失占，廢氣帶走的能量占、摩擦等機械損耗占，則它的熱機效率為　　
A． B． C． D．
【答案】
【分析】熱機效率是指在熱機在用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，根據熱機效率等于燃料完全燃燒放出的能量減去汽缸散熱損失的能量、廢氣帶走的能量、摩擦等機械損耗可求出該內燃機的熱機效率。
【解答】解：該內燃機的熱機效率，故錯誤，正確。
故選。
2．（2023秋 太和縣月考）我國某集團于2020年正式發布全球首款效率突破的商用柴油機，世界內燃機發展出現歷史性新突破。下列說法正確的是　　
A．隨著技術的進步，柴油機的效率能達
B．通過減少各部件間的摩擦可提高柴油機的效率
C．該柴油機的效率越高，則表示柴油機做功越快
D．柴油機工作過程中隨著柴油質量的減小，柴油的熱值減小
【答案】
【分析】（1）內燃機的能量損失中，廢氣帶走的能量較多，熱機的效率不可能到達；
（2）提高燃料的利用率和減少能量損失均可以提高熱機效率，減少各部件間的摩擦可以減少能量損失，也可以提高熱機效率；
（3）用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率；功率表示做功的快慢；
（4）燃料的熱值是燃料的一種特性，只決定于燃料的種類，與質量和燃燒情況等無關。
【解答】解：、由于熱量損失不能避免，則熱機的效率不可能到達，故錯誤；
、熱機效率是指有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，提高燃料的利用率和減少能量損失均可以提高熱機效率，減少各部件間的摩擦可以減少能量損失，也可以提高熱機效率，故正確；
、用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率；功率表示做功的快慢，二者沒有必然聯系，故錯誤；
、熱值是燃料的一種特性，只與燃料的種類有關，因此當柴油質量不斷減少時，柴油的熱值不變，故錯誤。
故選：。
3．（2023 鄭州一模）如圖是四沖程汽車發動機某一沖程的示意圖，下列說法正確的是　　
A．該沖程為排氣沖程，廢氣帶走的能量最少
B．該汽油機吸氣沖程中吸入的只有空氣
C．若汽油在氣缸內完全燃燒，則發動機效率可達
D．若汽油機飛輪的轉速為，則在內對外做功900次
【答案】
【分析】（1）根據進氣門、排氣門的開關和關閉情況，活塞的運動方向判斷發動機的沖程，排氣沖程中廢氣帶走很大一部分熱量；
（2）汽油機在吸氣沖程中吸入汽缸的是空氣和汽油的混合物，柴油機吸氣沖程吸入汽缸的是空氣；
（3）汽油機在工作過程存在摩擦、廢氣也會帶走很大一部分能量；
（4）汽油機的一個工作循環完成4個沖程，飛輪和曲軸轉2圈，對外做功1次。
【解答】解：、由圖可知，進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，該沖程為壓縮沖程，故錯誤；
、汽油機在吸氣沖程中吸入汽缸的是空氣和汽油的混合物，故錯誤；
、即使汽油在氣缸內完全燃燒，但是汽油機在工作過程存在摩擦、廢氣也會帶走很大一部分能量，所以發動機的效率不可能達到，故錯誤；
、若汽油機飛輪的轉速為，由于汽油機的一個工作循環完成4個沖程，飛輪和曲軸轉2圈，對外做功1次，則該汽油機內對外做功900次，故正確。
故選：。

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