第十二单元：机械能和内能
一．知识要点
（一）动能 势能 机械能
（二）内能 热传递
1、物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。任何物体任何温度下都具有内能。温度升高，分子无规则运动加快，物体的内能就增大。
2、做功和热传递可以改变物体的内能。物体在热传递过程中转移能量的多少叫做热量。热量的单位是焦。
3、物体吸热，内能增加，放出热量，内能减少。对外做功，内能减少。
气冲程。压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能。汽油机完成一个工作循环曲轴旋转两圈，活塞往复两次。
4、活动12.8“比较质量相等的不同燃料充分燃烧时放出的热量”说明：质量相等的不同燃料完全燃烧所放出的饿热量一般是不相同的。单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。燃料的热值用 q表示，单位是J/kg，计算公式是Q放=mq（完全燃烧） ,质量的单位取kg。
5、干木材的热值是1.2×107J/kg意义是完全燃烧干木材所放出的热量是1.2×107J。
6、热机效率η＝。
二．重难点例题分析
【例题1】（09威海）“神舟七号”载人飞船完成各项任务后，在返回的
过程中，返回舱进入大气层将通过一段黑障区，这一段时间飞船将“烧成”
一个大火球，如图1所示，而飞船内的宇航员和设备则安然无恙，下列说
法正确的是（ ）
A．飞船“燃烧”是由于高速运动的飞船与大气层摩擦内能转化为机械能
B．飞船“燃烧”是由于高速运动的飞船与大气层摩擦机械能转化为内能
C．飞船“燃烧”是航天员为了消除太空细菌采取的高温消毒措施
D．飞船外壳上的烧蚀层先熔化后汽化，从而放出了大量的热保护了飞船
【解析】内能与温度有关，温度升高，内能就会增加，飞船在飞行时和大气摩擦，摩擦属于做功，温度会上升，导致飞船内能增大，这是机械能转化为内能的过程。
【答案】B
【例题2】（09河北）小明在用单摆做动能和势能转化的实验中，感到小球往返摆动的时间很有规律。于是猜想，小球往返摆动一次的时间可能与小球的质量、摆长l以及摆动的幅度s有关。小明用图2所示的装置，对猜想进行探究。
（1）用一小球，使其摆动，记下小球往返摆动次数和所用的时间；在摆长不变的条件下，用质量不同的小球，重复实验。小明经计算分析得出结论：在
摆长不变的条件下，小球往返摆动一次所用的时间与小球的质量无关。
针对猜想，小明在实验过程中可能忽视的一个因素是： 。
（2）为了研究小球往返摆动一次所用时间与摆长的关系，请你写出实验方法。
【解析】本题母题来自课后习题，来源于课本，但侧重实验方法的考查。要求考生很好的掌握控制变量法，并能自如应用。
【答案】（1）小球摆动的幅度应保持不变（或摆动幅度）
（2）用同一小球，再保持摆动幅度不变的条件下，比较摆长不同时，小球往返摆动一次所用的时间。
【例题3】（09河北）根据表中几种物质的比热容，判断下列说法中不正确的是（ ）
A.制作体温计常用水银做介质，原因之一是水银的比热容小
B.北方楼房中的暖气用水做介质，利用了水的比热容大的特性
C.由于水比沙石的比热容大，所以内陆地区的昼夜温差比沿海地区大
D.由于水比冰的比热容大，所以冷却食品时0oC的水比0oC的冰效果好
【解析】冷却食品时0oC的冰比0oC的水效果要好，原因
是晶体熔化时吸热要吸热。
【答案】D
【例题4】（09济宁）用两个相同的“热得快”分别给质量和初温都相同的甲、乙两种液体同时加热，两液体的温度随时间变化的图像如图4所示。如果要你从甲、乙两液体中选择汽车的冷却液，应选择 液体。
【解析】这是时间---温度的关系图，反映的是比热容的大小。在相同时间（比如40min）,乙的温度比甲低，说明乙升高的温度比甲小，适合做冷却液。
【答案】乙
【例题5】（09泰安）若一太阳能热水器内装有温度为的水，阳光照射一天
后, 水温升高到，则热水器内的水吸收了 J的太阳能；这是通过
（选填“做功”或“热传递”）改变了水的内能。[已知水的比热容为4.2×103J
／(kg·℃)]
【解析】水吸收热量后温度会升高，计算热量的计算公式是Q吸= cm(t-t0)。太阳光的照射属于热传递。
【答案】2.1×107 热传递
【例题6】（09兰州）汽油的热值是4.6×107 J/ kg,完全燃烧汽油能放出 J的热量；若这些热量全部被水吸收，可使 kg水，从升高到（水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃) ）。
【解析】燃料完全燃烧之后放出热量的计算公式是Q放=mq，热量全部被水吸收，说明
Q吸=Q放，Q吸= cm(t-t0)。
【答案】9.66×106 100
【例题7】（09泰安）泰安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地。该
厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶，受到的阻力是3.0×
103N，消耗燃油1.5×10－（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ＝0.8×/m3，热值
q＝4×107J/kg，求：
（1）专用车牵引力所做的功。
（2）已知热机效率η＝（式中W为热机在某段时间内对外所做的功，Q为它在这段时间内所消耗的燃油完全燃烧所产生的热量），则该专用车的热机效率是多少？
【解析】根据题意，汽车匀速行使，牵引力等于摩擦力。带入功的公式W=FS计算即可。燃料完全燃烧之后放出热量的计算公式是Q放=mq，带入热机效率η＝公式计算。
【答案】（1）因为专用车匀速行驶，所以牵引力F＝f＝3.0×103N
牵引力做的功W＝Fs＝3.0×103N×5.6× ＝1.68×107J
（2）消耗燃油的质量：m＝ρV＝0.8×/m3×1.5×10－＝
燃油完全燃烧所产生的热量：Q＝mq＝×4×107J/kg＝4.8×107J
热机效率η＝＝＝35%
三．综合练习
（一）选择题
1．下列说法中正确的是 （ ）
A．海波的熔点和凝固点不同 B．高压锅内气压大沸点低食物熟得快
C．物体的温度升高，内能增加 D．水的温度降低到O℃就一定会结冰
2．汽车油箱的汽油用掉一半后，关于油箱内汽油的说法正确的是（ ）
A．它的质量变为原来的一半 B．它的密度变为原来的一半
C．它的热值变为原来的一半 D．它的比热容变为原来的一半
3．以下说法中,正确的是（ ）
A．温度低的物体吸收的热量一定少
B．质量为,温度为的水含有2.1×104J的热量
C．在物体对外做功过程中,物体不断地放出内能
D．在热传递过程中,物体吸收或放出的热量越多,它的内能变化就越大
4．在进行如图5所示的实验或有关装置工作时，能量转化由机械能转化为内能的是（ ）
5．完全燃烧焦炭所放出的热量，若有50％被．的水吸收，则水温可升高 [c水=4．2103J/(kg·℃)．q焦炭=3．0107J/kg．此时外界为标准大气压( )
A． B． C． D．
6．下面是汽油机工作的四个冲程，其中将内能转化为机械能的是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
7．下列说法中正确的是（ ）
A．物体内能增加，一定是外界对物体做了功
B．液体表面上的气压越小，沸点越高
C．冬天在火炉旁烤手是通过热传递改变手的内能的
D．物体的温度越高，所含的热量越多
8．一茶杯开水，从刚倒入到可以喝的这段时间内，放出的热量大约是（ ）
A．5×102J B．5×103J C．5×104J D．5×105J
9．由Q＝cm（t－ to）可得。c＝，关于同一种物质的比热容c，下列说法正确的是（ ）
A．若吸收的热量增大一倍，则比热容增大一倍
B．若质量增大一倍，则比热容减至一半
C．若加热前后的温度差增大一倍，则比热容增大一倍
D．无论质量多大，比热容都一样
10．下列说法中正确的是（ ）
A．物体在发生物态变化时都要吸热 B．热量总是自发地从高温物体传给低温物体
C．物质的比热容与物体的质量有关 D．的水结成的冰时，其内能将要增加
11．冰在熔化过程中，下列判断正确的是 （ ）
A．内能不变，比热容不变 B．吸收热量，温度不变
C．比热容．内能．温度都不变 D．比热容变大．内能增加，温度升高
12．两个相同的容器分别装了质量相同的两种液体，用同一热源分别加热，液体温度与加热
时间关系如图6所示．根据图线可知 （ ）
A．甲液体的比热容大于乙液体的比热容
B．如果升高相同的温度，两种液体吸收的热量相同
C．加热时间相同，甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量
D．加热时间相同，甲液体温度升高比乙液体温度升高得多
13．取一个空塑料饮料瓶，将一个温度计放入其中，在瓶盖上装一个自行车的气门芯，然后将盖子拧紧密封，如图7所示，用打气筒向瓶内打气，那么温度计的示数将会( )
A．不变 B．减小 C．增大 D．无法确定
14．在相同加热条件下，对甲．乙两个物体加热，设它们的质量分别为m甲．m乙，比热容分别为C甲．C乙，甲．乙两物体的温度与加热时间关系如图8所示，则有 （ ）
A．若C甲＝C乙，则m甲＝m乙 。 B．若C甲＞C乙，则m甲＞m乙。
C．若m甲＝m乙，则C甲＞C乙。 D．若m甲＞m乙，则C甲＜C乙
15．由于水的比热容比沙石或干泥土的比热容大，所以在沿海地区陆地表面的气温比海面的气温昼夜变化显著。因此（ ）
A.白天的海风多是从陆地吹向海面，夜晚的海风多是从海面吹向陆地
B.白天的海风多是从海面吹向陆地，夜晚的海风多是从陆地吹向海面
C.白天和夜晚的海风多是从陆地吹向海面
D.白天和夜晚的海风多是从海面吹向陆地
16．（多选）关于物体内能的下列说法，正确的是（ ）
Ａ．晒太阳使身体变暖，是通过热传递改变内能的
Ｂ．热量总是由内能大的物体传递给内能小的物体
Ｃ．一块的冰融化成的水，内能增加
Ｄ．物体吸收热量，内能变大，温度一定升高
17．（多选）夏季的海边，昼夜温差小，气候宜人，这是由于水的比热容大，下列现象反映了水的这一特性的是（ ）
A．汽车发动机的冷却循环系统常用水做工作物质。
B．炎热的夏天经常在教室的地面上洒水。
C．北方冬天暖气供热设备用水做工作物质。
D．北方春天的晚上，农民往稻田里灌水以防止秧苗冻坏。
（二）填空题
18．我国许多城市中建有大型绿地，绿地中的人工湖具有“吸热”功能，盛夏时能大大减弱周围地区的“热岛效应”。若某一人工湖湖水吸收一定热量，水温升高。若这些热量被同等质量的砂石吸收（c砂石 19．汽车发动机工作过程中．由于燃料的燃烧和机械的快速运转，其温度将会升得很高．降低发动机温度是由冷却系统完成的，冷却系统中选择水作为工作物质是因为____________________，发动机的内能主要是通过________________而减小的．燃料燃烧产生的内能是通过________________转化为机械能的． 20．（青岛）晓丽在《物理手册》中查到如下数据： 不同温度和压强下液态酒精的比热容c/×103J·(kg·℃)－1 （1）图像9中能正确反映液态酒精比热容与温度关系的是_________。 （2）增大压强，既能使酒精的比热容_________，又能提高酒精的___________。 21．如图10所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间以后，塞子被试管内水蒸气推出，水蒸气的 能转化为塞子的机械能。图 中汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的。 22．夏天，突然打开汽水瓶时，随着“嘭”一声响，往往可以看到瓶口处冒“白气”，这是因为当突然打开瓶盖时，瓶内气体迅速膨胀，对外________，内能________，温度_______，瓶口附近的水蒸气遇冷_______形成大量的小水珠，就是我们看到的“白气”。 23．小孩在玩唧筒时，“活塞”压缩空气。压缩空气把“子弹”推射出去如图11，说明被压缩的空气内能增加，转化为“子弹”的________能．这个过程说明通过________可以改变物体内能。 24．如图12所示的是甲．乙两种质量相等的非燃料液体吸收的热量与温度变化情况的图象，请根据图象中提供的信息判断， 液体的比热容较大；如果要你在甲．乙两种液体中选择一种作为汽车的冷却液，你认为选择 液体更好。 25．为了比较水和沙子容热本领的大小，小明做了图13所示的实验：在2个相同的烧杯中分别装有质量．初温都相同的水和沙子，用两个相同的酒精灯对其加热，实验数据记录如图14所示： （１）在此实验中，用加热时间的长短来表示物质 。 （２）分析下表中的实验数据可知；质量相同的水和沙子，升高相同的温度时，水吸收的热量 (大于／小于)沙子吸收的热量。 （３）如果加热相同的时间，质量相同的水和沙子， (沙子／水)升高的温度更高． （４）实验中有些同学发现：刚开始加热时，情况与(3)结论不符，你认为可能的原因是： 。 26．小王同学做“比较两种材料保温性能”的实验，他取①和②两种保温材料，两支相同的温度计，两个相同的大玻璃烧杯，钟表和初温相同．质量相等的热开水，以及细线．硬纸片．剪刀等，做两个外形相同的保温装置，其中一个如图15(a)所示．然后在相同环境的房间里同时开始做实验．他根据实验测得的数据绘得图15(b)所示的“水温与时间关系”图像．实验过程中室温保持不变，请你回答： (1)①和②哪种材料的保温性能好?答：_________________(选填①或②). (2)对于同一保温材料内的水，在10min到20min时间内放出的热量________20min到30min时间内放出的热量(选填“大于”．“等于”或“小于”)． (3)在整个实验过程中，①保温材料内的水放出的热量___________②保温材料内的水放出的热量(选填“大于”．“等于”或“小于”). 27．图16为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气．压缩和排气工作。 （1）发动机在做功冲程里，高温．高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将 能转化为 能。 （2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如图16表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（既冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。 ①该发动机在1 s内做功 J，单缸排量V = L。 ②在每个做功冲程里，发动机做功W = J。 （3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W = p V，式中 p表示燃气对活塞的压强，则p= Pa。（=10） （4）图16右图为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出了公式W = p V的证明，请将推导过程补充完整（要求各表达式均用S．l或p表示）：设活塞的面积为 S，冲程长为 l，燃气对活塞的压强为 p，则燃气对活塞的压力F= ，燃气对活塞所做的功W= ，又根据数学知识可知发动机的单缸排量V= ，故 W= p V。 （三）探究题 28．（河源市)阅读下面短文 内 能 内能是指物体内部所包含的总能量，包括分子的动能(即分子无规则热运动动能)．分子的势能(即分子间相互作用能)．分子内的能量．原子内的能量．原子核内的能量等．在热学中，由于在热运动中上述后三项能量不发生变化，所以内能一般指前两项．由于分子的动能跟温度有关，分子的势能跟分子间的距离有关，所以物体的内能跟温度．体积都有关系．请回答下列问题： (1)慢慢压缩针筒里的气体，气体内能中哪部分发生变化?答：_________________________________ (2)加热针筒里的气体，气体内能中哪部分发生变化?答：_____________________________________． (3)金属块在受热膨胀时，金属块内能中哪些部分发生变化?答：_______________________________． 29．夏天中午海边的沙子热，海水却很凉；傍晚海边的沙子凉，海水却较暖和。对此，同学们提出如下猜想：可能是沙子吸热升温或放热降温都比水快，两探究小组都设计实验去验证。 （1）他们在实验前准备了火柴．酒精灯．烧杯．沙子．水．搅棒．铁架台．石棉网，除此之外，还需要__________．__________；实验时使用搅棒的作用是_________________。 （2）两小组获得的实验结论分别是：①等质量的沙子和水升高相同的温度，加热沙子的时间短；②等质量的沙子和水加热相同的时间，沙子的温度上升得多。你认为上述结论能验证实验猜想的是_________（选填“仅是①”．“仅是②”或“①和②”）。 （3）探究过程中也有部分同学提出猜想：可能是中午海水蒸发吸收热量，所以温度低；而沙子不蒸发，所以温度高，你认为上述猜想是否正确，请说明理由：___________________________________。 30．在比较水和煤油比热容大小的实验中，小明取了两只相同的烧杯，他用两个完全相同的“热得快”给它们加热，并记录得到了下表中的实验数据，请你回答下列问题： （1）实验中需要的测量工具是 （2）在实验中是如何控制变量的? 。 （3）通过观察记录 了解水和煤油的吸热能力。 （4）小明给水和煤油加热，选用两个同样的“热得快”的目的是什么？_____________________； （5）两种液体相比较，温度升高比较快的是____________； （6）它们在相同时间内升温不同的原因是___________________________。 （7）分析说明这个实验能得出什么结论? （四）计算题 31．江西省森林是一巨大的天然“氧吧”，因为绿色植物在光合作用下可以放出大量的氧气.小明同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装的水,水面的表面积为，经太阳垂直照射15min，温度升高了.请计算： （1）实验时的水吸收了多少热量？ （2）若地表植物接收太阳能的能力与水相等，每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？ （3）绿地每秒可以放出多少升的氧气？（若绿色植物在光合作用下每吸收103J的太阳能可以放出的氧气） 32．一台太阳能热水器安装在楼顶上，该热水器的水箱离地面高．水箱容积为．箱内装满的水【c水=4．2×103J／（kg·℃） ρ=1．0×l／m3】 （1）若要把水箱中的水加热到．水吸收的热量是多少？ （2）把这些水从地面输送到热水器的水箱中．至少要对水做多少功？ 33．小王学习了有关热学的知识后，知道水的比热容是4.2×103J／(kg·℃)． (1)如果小王用燃气灶将质量为．温度为的水加热到，则水需要吸收多少热量? (2)若小王烧水用的燃气灶使用的是热值为4.2×107J/kg的煤气，且燃气灶烧水时的热效率(热效率等于水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比)为20％，则实际消耗的煤气为多少千克? (3)为了节约能源，小王对燃气灶进行了改进，使燃气灶的热效率得到了提高．若小王在同样的条件下将质量为．温度为的水加热到，可比原来节省的煤气，则现在燃气灶烧水时的热效率为多少？ 参考答案： 1—5 CADAA 5—10 CCCDB 11—15 BACDB 16—，ACD 18．大于； 19．水的比热容大．热传递．做功； 20．a．变小．沸点； 21．内． 乙； 22．做功．减小．降低．液化； 23．机械．做功； 24．乙．乙； 25．①吸收热量的多少；②大于；③沙子； ④可能性沙子的导热性能比水差 或 沙子里温度计玻璃泡插入比较浅 或 没有用搅拌棒搅动 26．（1）①； （2）大于； （3）等于 27．（1）内能．机械；（2）① 1.2×105J， 0.5； ②600 ；（3）1.2×106；）（4）pS； pSl； Sl； 28．（1）分子的势能；（2）分子的动能； （3）分子的动能．分子的势能； 29．（1）秒表．温度计．天平 （2） 取质量和初温都相同的水和煤油,加热相同的时间(或升高相同的温度) （3）水和煤油温度的变化(或水和煤油的加热时间) （4）让水和煤油在相同时间内吸收相等的热量； （5）煤油； （6）比热容不同 （7）对相同质量的水和煤油,加热相同的时间,水的温度上升的比煤油慢,(或升温相同时,水加热的时间比煤油长)说明水的吸热能力强。 30．1.26×105J ； 1.4×103J ； 31．4.368×107J； 8000J 32．1.68×106J； ； 25%；