第十六章 热和能
一、复习要点
（一）、分子热运动
1、物质是由分子组成的。分子若看成球型，它的直径大约只有10。
2、一切物质的分子都在不停地做无规则的运动
①扩散：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。
②扩散现象说明：A、分子之间有间隙。B、分子在不停地做无规则的运动。
③课本P124图16.1-2中的装置下面放二氧化氮，这样做的目的是：防止二氧化氮扩散被误认为是重力作用的结果。实验现象：两瓶气体混合在一起颜色变得均匀，结论：气体分子在不停地运动。
④固、液、气都可扩散，扩散速度与温度有关。温度越高，扩散越快。
⑤热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。
温度越高，分子无规则运动的速度越大。
3、分子间有相互作用的引力和斥力。
当分子间的距离很小时，作用力表现为斥力；当分子间的距离稍大时，作用力表现为引力；如果分子相距很远，作用力就变得十分微弱，可以忽略。
（二）、内能
1、内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
2、物体在任何情况下都有内能：既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块都具有内能。
3、物体的内能大小与温度的关系：在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大。
4、内能的改变：
（1）热量：热传递过程中，传递的能量的多少叫热量，热量的单位是焦耳。热传递的实质是内能的转移。
（2）改变内能的方法：做功和热传递。
A、热传递可以改变物体的内能。
①热传递的方向：热量从高温物体向低温物体传递或从同一物体的高温部分向低温部分传递。
②热传递的条件：有温度差。
热传递传递的是内能（热量），而不是温度。
③热传递过程中，物体吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少。
注意：物体内能改变，温度不一定发生变化。
B、做功改变物体的内能：
①做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加。物体对外做功物体内能会减少。
②做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化
（三）、比热容
1、定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）时吸收（放出）的热量。
2、物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。
3、比热容是物质的一种特性，大小与物质的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。
4、单位：[J/（kg·℃）]
水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，它表示的物理意义是：的水温度升高（或降低）吸收（或放出）的热量为4.2×103J
5、热量的计算公式：
Ｑ吸＝cm（t－t0）=cm△t
Ｑ放＝cm（t0－t）=cm△t
(四)、热机
1、内燃机：
①冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程。
②内燃机的工作过程：内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。
2、燃料的热值
①定义：某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
②定义式：q=（q为热值）
③单位：J/kg，J/m3
酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。
煤气的热值是3.9×107J/ m3，它表示：煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。
④关于热值的理解：
A、对于热值的概念，要注重理解三个关键词“”、“某种燃料”、“完全燃烧”。是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
B、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。
3、 热机的效率：
①热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。
②提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失，机件间保持良好的润滑、减小摩擦。
（五）、能量守恒定律
能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其它形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的定律之一。
二、重难点例题分析
例1、下列事例中，把机械能转化成物体内能的是 （ ）
A、用酒精灯加热烧杯里的水 B、用电饭锅做饭
C、点燃的爆竹升到空中 D、用打气筒打气，筒壁会发热
分析与解：把机械能转化成内能，是通过做功的方式改变物体的内能的。选项A是用热传递的方法改变物体内能，应排除；又选项B是电能转化成物体内能，不符合题意，也要排除在外。对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，它的内能减少。选项C是高温高压的燃气对爆竹做功，燃气的内能减少，爆竹的机械能增加，是内能转化成机械能的事例，只有选项D中，打气筒打气时，压缩气体做功和克服摩擦做功，把机械能转化成内能的。应选择答案D。
例 2、给一定质量的水加热，其温度与时间的关系如图16-1中a图线所示。若其他条件不变，仅将水的质量增加，则温度与时间的关系图线正确的是（ ）
A．a B．b C．c D．d
解析：本题根据图像研究物体的吸热规律，可以用取相同的纵坐标，比较横坐标的方法求解。
根据Ｑ吸＝cm（t－t0）可知，比热容相同的物质，升高相同的温度时，质量大的吸收的热量多。假设水的质量前后都从起始温度升高到t"，即升高相同的温度，a、b、c、d四条曲线在温度t"时， 图16-1
对应的加热时间ta、tb、tc、td有：ta=tb 例 3、如图16-2所示，在气缸A中密封有压缩空气，B是一种被销钉K锁住的活塞，C是一个温度计。若活塞与气缸壁间没有摩擦，当把销钉拔出后，将看到的现象：（1）活塞将向 运动；（2）温度计的示数将 ，因为 。 图16-2 图16-3 解析：气缸A中密封有压缩空气，当把销钉拔出后，活塞将向右运动，因为汽缸内的气体膨胀对活塞做功，所以汽缸内的气体内能将减少，温度将降低，因此温度计的示数也将降低。 解答：右;降低;气体对外做功，内能减小,温度降低 例4、汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成，其中在做功冲程中燃气对活塞做功，实现了___________能向___________能的转化．图16-3表示的是汽油机的________冲程（填冲程的名称）． 解析：由汽油机汽缸示意图辨别冲程名称时，要根据两气门的关闭活塞的上下运动情况来确定，要判断是否是做功冲程可观察火花塞是否点火或活塞的运动方向。 在做功冲程中，将内能转化为机械能；从图中可以看出：进气门打开、排气门关闭，活塞由上往下运动，汽油和空气的混合物将进入汽缸，这是吸气冲程。 解答 内能 机械能 吸气 例5、有四位同学，为了研究物体温度升高时吸收热量的多少与哪此因素有关，做了如下实验：在四个相同的烧杯中分别盛有水和煤油，用同样的加热器加热。下表是他们的实验记录。 根据实验记录回答下列问题： ①比较1、2两烧杯的实验记录，得出的结论是：___________________ ②比较3、4两烧杯的实验记录，得出的结论是：___________________ ③比较1、3两烧杯的实验记录，得出的结论是：___________________ ④综合上述结论，物体温度升高时吸收热量的多少与___________有关系。 解析：液体温度升高时吸收热量的多少与物质的种类、物体的质量、物体温度的变化等有关。研究液体温度升高时吸收热量的多少与其中一种因素的关系，应用控制变量法。1、2号烧杯装的是同种物质，升高的温度相同，质量大的加热时间长，即吸收的热量多。于是可得出结论：同种物质，升高相同的温度，质量大的吸收的热量多。同样的方法可得②③的结论，进而得出④的答案。 解答：①同种物质，升高相同的温度，质量大的吸收的热量多。 ②质量相同的同种物质，温度升高的高的，吸收的热量多。 ③质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不相同。 ④物质的种类、物体的质量、物体升高的温度 例6、小兰在做早餐时发现，同样情况下，煮沸一锅牛奶比煮沸同样多的水快。这是为什么呢？请你运用所学的物理知识，针对其中的原因，提出一个猜想，并简述验证这个猜想的办法。 （1）你的猜想是：________________________。 （2）验证猜想的办法是：__________________________。 解析：在同样的条件下，煮沸一锅牛奶比煮沸同样多的水快得多。这应该是水和牛奶的某种特性（如比热容、沸点等）不同引起的。根据所学的相关物理知识，结合已有的生活经验，可以提出以下猜想及其验证思路。 （1）猜想1：牛奶的比热容比水小。验证方法：用同一个锅，分别装质量和初温都相同的水和牛奶，放到同样的火炉上加热相同时间，测出各自的温度并进行比较，温度较高者，比热容小。 （2）猜想2：牛奶的沸点比水低。验证方法：将牛奶和水都加热到沸腾，用温度计测出牛奶和水沸腾时的温度，并进行比较。 点评：针对具体的科学问题或现象，通过质疑、猜想，提出解决问题的方案，是科学探究题最常见的形式。本题以同学们熟悉的生活情景为背景，要求同学们运用所学的相关物理知识，结合已有的生活经验，分析、比较水和牛奶之间的不同特性。 例7、汽车的诞生改变了人类的生活方式。事实上，人类很早就在探寻着更好的代步工具，法国人居纽于1769年制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮车。现在你看到的图16-4的这幅漫画，据说是牛顿所设计的蒸汽汽车原理图，试就该原理图回答下列问题： （1）找出原理图中运用了哪些物理知识？（至少说出3点） （2）该原理图中涉及到哪几种形式的能量？请简述对应的能量转化过程。 （3）使汽车向前运动的力是怎样产生的？这个力的施力物体是谁？ 解答：（1）杠杆原理；力的作用是相互的；以滚动代替滑动可以减小摩擦；不同形式的能量可以相互转化等． （2）化学能、内能、机械能（动能）；通过燃烧将化学能转化为内能，蒸汽向后喷出，将内能转化为机械能． （3）力的作用是相互的，向后喷出的蒸汽反过来给汽车一个向前的推力；喷出的蒸汽是施力物体 。 例8、课外小组的同学们做了这样一个实验：取水放在烧杯中，测得水的温度为，然后向酒精灯倒入酒精，点燃酒精灯给烧杯加热，并将温度计插在水中观察水温的变化，当温度计的示数恰为时，酒精灯内的酒精全部消耗完。(水的比热容为4.2×103J/(kg·℃) （1）请计算该实验中水吸收了多少热量？ （2）有的同学试图用水吸收的热量来计算酒精的热值，请你回答这种做法是否可以，并说明理由。若酒精的热值为3.0×107J/kg，该实验酒精灯燃烧效率是多少 解析：知道水的初温、末温、比热容和质量，根据热量公式Ｑ吸＝cm（t－t0）=cm△t 就可以求出水吸收的热量。因为酒精完全燃烧放出的热量，只有一部分被水吸收，有一部分被烧杯吸收，还有一部分热量散失空气中去了，所以这种做法不可以。根据Q＝mq酒精完全燃烧放出的热量，由η=W吸/ Q放就可以求出酒精灯的燃烧效率。 解：（1）水的质量：m== 水的比热容:C=4.2×103J/((kg·℃) 水升高的温度：△t== 水吸收的热量：Ｑ吸＝Cm△t=4.2×103J/((kg·℃)× ×=1.05×105J (2) 这种做法不可以。因为酒精完全燃烧放出的热量，只有一部分被水吸收，有一部分被烧杯吸收，还有一部分热量散失到空气中去了，所以这种做法不可以。 酒精的质量：m′== 酒精的热值：q=3.0×107J/kg 酒精完全燃烧放出的热量：Q放＝m′q=3.0×107J/kg×=3×105J 酒精灯的燃烧效率：η===27﹪ 三、综合练习 1、水不易被压缩，说明水分子间存在着 力；若将一滴红墨水滴入一盆清水中，后来整盆水都变红了，这是 现象；将3水和3酒精注入一个量杯，摇晃后发现，水和酒精的总体积小于3，这说明分子间有 。 2、质量和初温相同的水和铁球放出相同热量后，再将铁球投入水中，则热量将会从_______传递给_______。若它们吸收相同热量后，再将铁球投入水中，则热量将会从_______传递给_______。 3、甲、乙两金属的比热容分别是C1、C2，由质量相同的甲、乙两金属制成的合金的比热容是_______。 4、如图16-5所示，是探究“比较不同物质的吸热能力”的实验装置。左右两图中，除杯内分别装的是质量相等的食用油和水外，其余都相同。完成该实验还需要_______，在相同的加热时间内食用油和水吸收的热量是_________（选填：相同的、不同的）。 a b c d 图16-5 图16-6 5、图16-6中的各图为课本上的一些实验插图：图a演示的是____________ ，这个实验说明__________________________ ；图b说明____________ ；图c说明____________ ；图d说明_________ 。 6、甲、乙两种物质，质量之比为4 : 1，放出热量之比是3 : 1，则它们的比热容之比和降低温度之比分别是下列四种情况，可能满足题设条件的是（ ） ①1:1 3:4 ②2:1 1:3 ③1:2 3:2 ④1:3 9:4 A．①② B．①③④ C．②③ D．①②④ 7、下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg 从表中可以看出酒精的热值是3.0×107 J/kg，表示的物理意义是___________ _ 。那么完全燃烧的酒精可放出热量______ J。放出相同的热量，完全燃烧干木柴与氢气的质量之比是______。 8、（09年玉林市）如图16-7所示，李华小心地在冷水杯和热水杯中滴入两滴墨水，他会看到 杯中的墨水扩散较快。这个实验表明 扩散越快。 图16-7 图16-8 图16-9 9、（09年河南省）如图l6-8所示，用气筒向装有少量水的瓶里打气，当瓶塞从瓶口跳出时．看到瓶中出现了白雾。在“瓶塞跳出，出现白雾”这个过程中，发生的物态变化是 。这个现象说明了 。 10、（08临沂）如图图16-9所示，把一个底端密闭的薄壁金属管固定在桌上，管里放一些酒精，管口用塞子塞紧，用绳子在管外绕几圈并迅速地来回拉动，一会看到塞子被弹起。
（1）拉动绳子克服摩擦做功，是将机械能转化为________________能。
（2）请说出该实验中的某一现象并简述其原因。
现象：___________________ ； 原因：________________ 。 11、如图16-10所示是一个同学用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两种物质加热时，根据测量结果描绘的温度－时间图象．由图可知，甲物质的比热容_________（填“＞”“＝”或“＜”）乙物质的比热容，其中_________物质是晶体． 图16-10 图16-11 图16-12 12、如图16-11所示，将一表面干净的玻璃板挂在弹簧秤下面，手持弹簧秤的上端将玻璃板放至刚与水面接触后，慢慢提起弹簧秤，观察到玻璃板未离开水面时弹簧秤的示数比离开水面后的示数_________，其原因是_________．
13、如图16-12所示，下面的瓶子里装有红棕色的二氧化氮气体，它的密度大于空气密度．当抽去玻璃片后，过一段时间，看到上面的瓶子里也出现了红棕色的二氧化氮，这种现象主要表明（ ）
Ａ．分子有一定的质量 Ｂ．分子间有相同作用力
Ｃ．分子有一定大小 Ｄ．分子在做无规则运动 14、（09年辽宁省朝阳市）下列现象中能说明分子在运动的是( ) A．扫地时，灰尘满屋 B．煮饭时，米粒翻滚 C．洒水时，水雾飞舞 D．炒菜时，满屋飘香 15、（09年成都市）下列过程中，将内能转化为机械能的是 A．汽油机的压缩冲程 B．水蒸气顶起水壶盖的过程 C．小孩沿滑梯下滑的过程 D．流星在大气层中穿行的过程 16、关于温度、热量和内能，下列说法正确的是 A．的冰内能为零 B．两个物体温度相同，它们之间就不能发生热传递 C．物体温度越高，所含热量越多 D．水的内能一定比水的内能多 17、某同学从下表提供的信息中，得出以下几个结论，其中错误的是（ ） 几种物质的比热容表C／[J(kg℃)-1] A.汽车发动机用水来冷却效果比较好 B．液体的比热容都比固体大 C.同种物质在不同状态下比热容的值不同 D.质量相等的铜和铅，升高相同的温度，铜吸收的热量多 18、汽油机的工作过程由四个冲程组成，其中正确的是（ ） A.吸气冲程，进气门开，排气门关，活塞向上运动 B.压缩冲程，进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，机械能转化为内能 C.做功冲程，进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，内能转化为机械能 D.排气冲程，进气门、排气门都打开，活塞向上运动 19、（2009年内蒙古呼伦贝尔市）关于比热容,下列说法正确的是( ) A.物体的比热容跟物体吸收或放出的热量有关. B.物体的比热容跟物体的温度有关. C.物体的质量越大,它的比热容越大. D.物体的比热容是物体本身的一种属性,与温度和质量都没有关系. 20、（09年山西省太原市）下列现象中，属于扩散现象的是（ ） A．春天沙尘暴，飞沙满天 B．擦黑板时，粉笔灰四处飞扬 C．槐树开花时，空气中弥漫着槐花的香味 D．甲型H1 N1流感病毒通过飞沫传播 21、在寒冷的冬天为使自己的身体暖和一些，请你用不同的物理知识（概念、原理），写出两种能够使身体暖和的方法并简要说明理由。 方法一：_______________________________________________________； 理由一：______________________________________________________； 方法二：______________________________________________________； 理由二：______________________________________________________； 22、（08柳州）为了比较水和煤油的吸热能力，小明设计了如下实验步骤： A．在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的水和煤油； B．用两支温度计分别测出水和煤油的初温； C．在烧杯中，分别放人功率相同的电热器，加热时间相同； D.用温度计分别测出水和煤油的末温。 小聪认为： (1)步骤A存在的错误是：______________________ ，应改为_____________________ 。 (2)步骤C，加热时间相同是为了使水和煤油_____________________________。 (3)步骤B和D是为了得出水和煤油的_________________________________ 。 23、在1标准大气压下，体积为的水，初温为，当它完全吸收了3.696×105J的热量，水的温度升高了多少？ 24、（08南京）用燃气灶烧水，燃烧的煤气，使的水从升高到．已知水的比热容为4．2×103J／(kg·℃)，煤气的热值为4．2×107J/kg．求： (1)煤气完全燃烧放出的热量．（2）水吸收的热量 （3）燃气灶烧水的效率 25、质量为的铝壶中盛一定质量的水后加热，当壶中的水吸收5.04×105J的热量后，水温由升高到。[水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),铝的比热容是0.88×103J/(kg·℃)，煤的热值为3×107J/(kg·℃)]求： （1）壶中所装水的质量是多少kg？ （2）这个过程中铝壶吸收了多少热量？ （3）若烧水时用煤做燃料，煤炉的效率为20%，这时需燃烧多少kg的煤？ 热和能 参考答案 1、斥 扩散; 间隙 2、水 铁球 铁球 水 3、（C1+C2）/2 4、温度计 相同的 5、液体的扩散现象 分子永不停息的做无规则运动 分子间存在引力 压缩空气做功，使空气的内能增大，温度升高 水蒸气膨胀做功，内能减小，温度降低. 6、B 7、的酒精完全燃烧放出的热量是3×107 J 3×104 35∶3 8、热水 温度越高 9、液化 气体对外做功，内能减少，温度降低 10、答案：（1）内（热）（2）现象①：塞子被弹起；
原因：筒内气体膨胀对活塞做功。
现象②：筒口出现白雾；
原因：气体膨胀做功，内能减小，温度降低，液化成小液滴。
现象③：筒壁发热；
原因：摩擦生热，机械能转化为内能。
评分：每空1分。现象合理即可得分，原因须与现象对应，不对应者，原因部分不得分。 11、＜ 甲 12、大 分子间有作用力的引力 13、D 14、D 15、B 16、B 17、B 18、C 19、D20、C 21、办法一：搓手，使手暖和。 理由一：用做功的方法改变物体的内能。 办法二：用暖手袋取吸，使手暖和。 理由二：用热传递的方法改变物体的内能。 22、答案：(1)装入等体积的水和煤油(1分)；装入等质量的水和煤油(1分) (2)吸收相同的热量(1分) (3)温度升高的度数或温度变化(1分) 23、 24、答案： （1）煤气完全燃烧放出的热量 Q=mq=×4.2×10J/kg=2.1×10J （2）水吸收的热量 Q=cm(t-t)=4.2×10J／(kg·℃)××()=1.05×10J （3）燃气灶烧水的效率： η=×100%=×100%=50% 25、① ②1.056×104J ③