九年级物理第十三章 内能与热机（单元知识清单）【教师版】

第十三章内能与热机（知识清单）

第一节物体的内能

一、物体的内能

1.物体的内能

物体内所有分子无规则运动的动能，以及分子势能的总和叫做物体的内能。内能是自然界能量存在的

一种形式。内能的国际单位是焦耳,符号为“J”。

2.分子的热运动

（1）定义：物理学中把分子的这种无规则运动又叫做分子的热运动。

（2）分子的热运动与温度的关系：物体温度越高，分子热运动越剧烈。

3.内能与温度的关系

物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子动能就越大，因此物体的内能越大。

（1）如果体积变化不大，同一物体在状态不变时，温度越高，内能越大，温度越低，内能越小。

（2）物体的内能变化时，温度可能不变。例如冰熔化时，吸收热量，内能增加，温度不变；水结冰时,

放出热量，内能减少，温度不变；水沸腾时，吸收热量，温度也不变。

4,理解物体的内能

（1）内能是指物体的内能,不是分子的，更不能说内能是个别分子和少数分子所具有的。内能是物体

内部所有分子共同具有的分子动能和势能的总和,单纯考虑一个分子的动能和势能是没有意义的。

（2）任何物体在任何情况下都具有内能。

5.内能和机械能的比较

内能机械能

物体内部所有分子动能物体所具有的动能

概念

与分子势能的总和和势能的总和

影响物体的质量、速度、

物体的温度、质量、状态、体积等

因素高度或形变程度

研究

微观世界的大量分子宏观世界的所有物体

对象

存在不能为零，自然界中一切物体运动或在高处或

条件在任何情况下都有内能发生弹性形变，可能为零

二、改变物体内能的两种途径

1.改变物体内能的两种途径

（1）做功可以改变物体的内能。对物体做功，物体的内能会增加。物体对外做功，内能会减少。做功

改变物体的内能，实质是能量的转化,是内能与其他形式的能发生了相互转化。

（2）热传递也可以改变物体的内能。热传递改变物体的内能，实质上是内能的转移，即内能从一个物

体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分，没有不同形式能量的相互转化。

X

压缩气体做功气体膨胀做功

2.热传递的三种方式

(1)热传导：物体内各部分物质不发生移动。例如，用锅烧饭时，锅把手也会热。

(2)对流：物体内各部分物质间会流动，对流主要发生在气体和液体中。例如，用锅烧饭时，锅里的

水靠对流传热。

(3)热辐射：不需要介质，太阳的光和热就是通过热辐射的方式传到地球的。

三、热量

1.热量的定义

在热传递过程中，物体间内能传递的多少称为热量。通常用字母。表示，单位是焦耳(J)o

2.正确理解热量的概念

(1)热量是热传递过程中，物体内能的改变量,因此，热量是个过程量。只有在热传递过程中，才能

谈论热量，离开热传递过程谈热量是毫无意义的。

(2)不能说某个物体具有或含有多少热量，更不能比较两个物体具有热量的多少。热量只能与表示过

程的词语连用，如“吸收热量”、“放出热量”等。

(3)吸收或放出热量的多少与物体的内能、温度无关(选填“有关”或“无关”)。

3.温度、内能、热量的对比分析

温度内能热量

物体的冷热程度，是物体内所有分子无

热传递的过程中，

定义内能大小的宏观表现之规则运动的动能，以及

传递内能的多少。

分子势能的总和。

特点状态量状态量过程量

升高、升高了；增大、变大；

描述语言吸收、放出

降低、降低了减小、变小

发生热传递的过程中，三者的改变相互对应：物体吸收热量，则内能增加，

温度一般会升高(晶体发生物态变化时温度不变，比如熔化)；

相互联系

放出热量，则内能减少，温度一般会降低(晶体发生物态变化时温度不变，

比如凝固)。

第二节科学探究：物质的比热容

一、探究物质吸热或放热规律

【提出问题】质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量是否相同，有什么规律？

【实验器材及设计】酒精灯、相同的烧杯两只，质量相同的水和煤油，温度计两支，搅拌器两只，铁

架台两个，钟表，火柴、天平（或量筒和密度表）。

4

一搅拌器

温度计

水

【设计实验与制订计划】

进行实验前，应该有所计划或安排,以便做实验时可以有条不紊地收集所需要的数据。

在探究时，主要考虑当物体温度变化时，物体的质量和物质的种类对所吸收热量的影响。用“控制变

量”的方法研究物质种类的影响，即取相同质量的不同物质做实验。

实验的关键要有两个单位时间内供热能力基本相同的供热装置（热源）。用两种液体作对比，研究温

度变化和吸收热量的关系。

【进行实验与收集证据】

（1）取相同质量的水和煤油分别倒入两只烧杯中。按图组装实验器材。

（2）观察并记录加热前两液体的初温度预先设定好液体加热的末温度必

（3）分别给两液体加热，记下加热的开始时刻。加热时，上下反复缓慢地提拉搅拌器。

（4）当一种液体温度达到叁时，记录该液体加热的最终时刻，计算该液体加热的时间人对另一液体

作同样的观察、操作和记录。当热源相同时，两液体升高温度相同的情况下，加热时间越长的液体从热源

吸热越多。

（5）改变两液体的初温和末温，重复上述操作，在下表记录数据。

（6）将用过的煤油和水倒在指定的器皿内。整理好实验器材。

液体吸热情况

液体质量m/g初温Zi/℃末温切℃加热时间〃min

“多”或“少”

水10020426多

煤油100205510少

水200

煤油200

【分析与论证】

将各组的实验数据公布交流，通过对这些数据的研究和分析，我们发现：

（1）相同质量的水，升高相同的温度时，其吸收的热量几乎是相同的，用煤油做的实验也能得出相同

的结论;

（2）相同质量的水和煤油，升高相同的温度时，水吸收的热量比煤油多。

【实验结论】更多的实验可以使我们得出结论：

相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量相等;相同质量的不同种物质，升高相同的温度,

吸收的热量不相等（均选填“相等”或“不相等”）。

【反思评估】

（1）各组实验数据可能有较大的差异。原因之一是实验中所使用的酒精灯在相同的时间内供给的热量

有差异，因此，实际上研究对象在单位时间内吸收的热量并不完全相等；原因之二是实验中有热量损失。

同学们想想，还会有其他原因导致误差吗？如何改进？

（2）判断物质吸热能力强弱的两种方法

①加热相同的时间，通过比较温度变化的快慢来判断物体吸热能力的强弱，温度变化快的吸热能力弱。

②升高相同的温度，通过比较加热时间长短来判断吸热能力的强弱,加热时间长的物体吸热能力强。

该实验既可以用方法①比较物质吸热能力的强弱，也可以用方法②比较物质吸热能力的强弱.

二、物质的比热容

1.比热容的定义

比热容的大小等于一定质量的某种物质在温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和

升高（或降低）温度的乘积之比。

2.比热容的单位

比热容的单位是焦/（千克・℃）,符号是J/（kg-℃）,读作“焦耳每千克摄氏度”。如水的比热容是

4.2xlO3J/（kg.℃）,读作“4.2x103焦耳每千克摄氏度”。

3.比热容的计算公式

当物体温度升高时，比热容的计算公式为

Q

c=--------------

m（h-ti）t

当物体温度降低时，比热容的计算公式为

m（Z1-Z2）t

。表示物质吸收或放出的热量，单位是焦耳（J）

7〃表示物体的质量，单位是千克（kg）

fl表示物体的初温度，f2表示物体的末温度，单位是摄氏度（℃）。

4.物理意义

反映了在条件相同的情况下，物质吸收或放出热量的能力。水的比热容是4.2X103J/（kg」C）o表示1kg

水温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量是4.2xl03Jo

5.理解比热容

（1）比热容表

物质比热容c/J-kg1℃T物质比热容c/JkgL℃T

水4.2x103铝0.88x103

酒精2.4x103干泥土0.84x103

煤油2卜103铁、钢0.46x103

冰2.1X103铜0.39x103

薄麻油1.8x103汞0.14x103

砂石0.92X103铅0.13x103

由比热容表可知，物质不同，比热容也不同。可见比热容是物质的特性之一,因此可以利用比热容进

行物质的鉴定。

(2)比热容反映了不同物质吸热(放热)本领的不同，比热容大的吸热(放热)本领大。

(3)比热容是物质的一种特性，它只与物质种类和状态有关。

同种物质，状态不同其比热容不同，例如水的比热容是冰的比热容的2倍。除此之外与其他一切因素

都没有关系。在处理相关问题时，不要受干扰因素的影响而做出错误的判断。

6.水的比热容

(1)特点：水的比热容比较大，在吸收或放出相同热量的情况下，水的温度变化要小些。

(2)现象及应用

①沙漠地区昼夜温差很大，而沿海地区昼夜温差不大。这是什么原因呢？

相同质量的海水和沙石，经过相同时间的日照，吸收的热量相同，由于海水的比热容大于沙石的比热

容，则海水的温度变化比沙石的温度变化要小；所以沿海地区昼夜温差小，而沙漠地区昼夜温差大。

②水比热容大的特点在生产、生活中的利用

如用水取暖；汽车发动机在工作时要发热，通常要用循环流动的水来冷却。

③为解决城市的热岛效应，不少城市修建人工湖来调节气温，为什么？

因为水的比热容比较大，和其他液体相比，如果它们吸收相等的热量，水温升高比较小；如果它们放

出相等的热量，水温降低较小。在相同情况下，水能使周围物体的温度变化减少，所以说水对气温的调节

起较大作用。

三、热量的计算

1.热量的计算

根据比热容公式c=《

(1)物体温度升高时，所吸收的热量为：0.=。冽(”0)=cmNt

(2)物体温度降低时，所放出的热量为：Q-cm(7o-。=cm\t

h表示物体原来的初温度，，表示物体的末温度。

(3)各物理量单位的选择

冽表示物质的质量，单位：kg

//表示改变的温度，单位：。C

c表示物质比热容，单位：J/（kg-℃）

。表示吸收或放出的热量，单位：J。

2.物质吸热和放热公式的适用对象

物质吸热和放热公式适用于物态不发生变化时物体升温（降温）过程中吸热（放热）的计算。如果过

程中存在着物态变化，则不能使用该公式。例如，冰熔化为水时，冰的温度（或冰水混合物的温度）没有

变化，但需要从外界吸收热量。

3.热平衡

（1）概念：两个温度不同的物体放在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温

度升高。若放出的热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。

（2）热平衡方程：。吸=。放

第三节内燃机

一、热机

1.热机：是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。

2.热机的能量转化：燃料的化学能（燃烧）一内能（做功）-机械能

3.内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机,叫做内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴

渔机两类。

二、汽油机

1.汽油机

利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。

2.汽油机的构造

进气道'排气道

排气阀进气阀,-排气阀

，排气道一气缸

活塞,

曲轴连杆-

七彩外曲轴连杆

汽油机模型图汽油机剖面图

汽油机主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞轮和火花塞组成。

3.工作过程

（1）汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。

（2）四个冲程

汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断

循环来保证连续工作的。

(d)排气冲程(c)做功冲程

①吸气冲程

旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气

体通过进气道进入缸内。

②压缩冲程

两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能,

因此，内能增加、温度升高、压强增大。

③做功冲程

压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气

体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。

④排气冲程

飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。

(3)汽油机一个工作循环情况总结

一个工作循环，有生个冲程，活塞往复爰次，飞轮转动爰周，对外做功L次。在这个四个冲程中，利

用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。发生能量转化的有两个冲程：压缩和做功冲程。

三、柴油机

1.柴油机：利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。

2.构造：它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。

3.工作过程

柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均

转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的

惯性来完成的。

柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时

从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。

吸气冲程压缩冲程

进气阀打开,—两气阀均关闭

排气阀关闭

活塞向上运动压缩

活塞向下运动.空气,气体温度升

吸入空气高，超过柴油的

燃点

(2)

做功冲程排气冲程

两气阀均关闭一；

喷油嘴喷出的雾

状柴油遇到热空

气立即猛烈燃烧

产生高温高压的

气体，推动活塞*

向下运动

(3)

4.柴油机和汽油机的异同点

项目汽油机柴油机

构造气缸顶部有一个火花塞气缸顶部有一个喷油嘴

燃料汽油柴油

吸气冲程吸入汽油与空气的混合物只吸入空气

压缩冲程压缩程度较小压缩程度较大

做功冲程点燃式，内能转化为机械能压燃式，内能转化为机械能

排气冲程排出废气

特点与轻巧、功率小；笨重、功率大；

适用范围小汽车、摩托车等载重汽车、轮船等

一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复

运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次；压缩冲程把机械能转化为内

相同点

能，做功冲程把内能转化为机械能。

第四节热机效率和环境保护

一、燃料的热值

1.燃料燃烧时能量的转化：燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。

2.燃料的热值

（1）定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比,叫做这种燃料的热值，用字母

q表不。

（2）单位：焦/千克,符号为J/kg。

（3）气体燃料的热值

在标准状态下某种气体燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的住积之比，对应单位是J/m?。

（4）理解热值

①热值的物理意义:热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4x107j/kg,

它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4xl07Jo

②热值表示燃料的燃烧特性、化学能转化为内能的本领大小。热值大，说明相同质量（或体积）的这

种燃料完全燃烧时放出的热量多，即化学能转化成的内能多。

③热值与燃料的种类有关：同种燃料的热值相同,不同种燃料的热值一般不同。（均选填“相同”或

“不相同”）

④完全燃烧的含义：是指燃料烧完、烧尽，只有在完全燃烧时放出的热量与所用燃料质量之比才是这

种燃料的热值。

3.燃料燃烧放出热量的计算

（1）燃料燃烧放出热量的计算

。放=qa（固、液体燃料）。放=q-（气体燃料）

（2）物理量及其单位

q表示燃料的热值，单位：焦/千克（固、液燃料）或焦/米3（气体燃料）

仅表示燃料的质量，单位是千克（kg）

%表示气体燃料的体积，单位是