初中物理《内能与热机》知识点总结含习题

初中物理《内能与热机》知识点总结含习题同学们在学习物理的过程中，会逐渐发现它与我们的日常生活息息相关。《内能与热机》这一章，正是将微观世界的分子运动与宏观的能量转化、机械工作联系起来的桥梁。掌握好这部分知识，不仅能帮助我们理解很多自然现象，也能为后续学习更复杂的能量转化打下坚实基础。下面，我们就系统梳理一下这章的核心内容，并通过习题来检验学习效果。一、内能1.分子动理论的基本内容要理解内能，首先要从物质的微观构成入手。分子动理论告诉我们：*物质是由大量分子组成的：分子体积很小，数量级通常为10^-10米。*分子在不停地做无规则运动：这种运动我们称之为热运动。温度越高，分子的无规则运动越剧烈。可以通过扩散现象（如墨水滴入水中，空气闻到香味）和布朗运动来证明。*分子间存在着相互作用力：既有引力也有斥力。分子间距离不同，引力和斥力的表现也不同。当分子间距离很小时，斥力起主要作用；距离稍大时，引力起主要作用；当距离很大时，分子间作用力可以忽略不计。2.内能的概念*定义：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。*理解：*任何物体在任何情况下都具有内能。因为分子在永不停息地做无规则运动，所以分子动能不会为零；分子间存在作用力，分子势能也不会为零。*内能的大小与物体的质量、温度、状态（固、液、气）、物质种类等因素有关。*质量：质量越大，分子数目越多，内能越大。*温度：同一物体，温度越高，分子热运动越剧烈，分子动能越大，内能越大。（注意：温度不是决定内能的唯一因素）*状态：例如，冰熔化成水，虽然温度不变，但分子势能发生了变化，内能也会变化。3.改变物体内能的两种方式*热传递：*条件：存在温度差。*方向：热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分。*实质：内能的转移。能量的形式不发生改变，只是从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。*结果：高温物体内能减少，低温物体内能增加，直到两者温度相等（热平衡）。*热量（Q）：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。单位是焦耳（J）。热量是一个过程量，不能说“物体含有多少热量”或“物体具有多少热量”，只能说“吸收”或“放出”了多少热量。*做功：*实质：能量的转化。其他形式的能（如机械能、电能等）与内能之间的相互转化。*例子：*克服摩擦做功：机械能转化为内能（如搓手取暖、钻木取火）。*压缩气体做功：机械能转化为内能（如打气筒打气时筒壁发热）。*气体膨胀对外做功：内能转化为机械能（如汽油机的做功冲程）。*说明：热传递和做功在改变物体的内能上是等效的。也就是说，物体内能的改变，可以通过吸热（或放热）来实现，也可以通过外界对物体做功（或物体对外做功）来实现，两种方式效果相同。4.温度、内能、热量的区别与联系这是本章的一个重点和难点，需要仔细辨析：*温度：表示物体的冷热程度，是一个状态量。它反映了物体内部分子热运动的剧烈程度。*内能：是物体内部所有分子动能和势能的总和，是一个状态量。一切物体都有内能，内能的大小与温度、质量、状态等因素有关。*热量：是在热传递过程中传递能量的多少，是一个过程量。离开了热传递过程，就没有热量可言。*联系：*物体温度升高，内能一定增加（但内能增加，温度不一定升高，如晶体熔化过程）。*物体吸收热量，内能一定增加（但内能增加，不一定是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功）。*物体温度升高，不一定是吸收了热量（也可能是外界对物体做了功）。二、热机1.热机的定义和工作原理*定义：热机是利用燃料燃烧时释放的内能来做功的机器。*工作原理：燃料的化学能通过燃烧转化为内能，内能再通过做功转化为机械能。常见的热机有蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机等。2.内燃机内燃机是最常见的热机之一，分为汽油机和柴油机。它们的基本结构和工作过程相似。*构造：主要由汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞（汽油机）或喷油嘴（柴油机）等组成。*工作过程：内燃机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。每个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，对外做功一次。*吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，燃料和空气的混合物（汽油机）或空气（柴油机）进入汽缸。*压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，汽缸内气体被压缩，压强增大，温度升高。（机械能转化为内能）*做功冲程：在压缩冲程末，火花塞点火（汽油机）或喷油嘴喷出雾状柴油遇到高温空气而燃烧（柴油机），燃料燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，带动曲轴转动。（内能转化为机械能）这是唯一对外做功的冲程。*排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将燃烧后的废气排出汽缸。*汽油机与柴油机的比较：比较项目汽油机柴油机:-----------:-------------------:---------------------构造有火花塞有喷油嘴吸入物质汽油和空气的混合物空气点火方式点燃式（火花塞点火）压燃式（压缩空气升温）效率较低较高应用小汽车、摩托车等载重汽车、拖拉机等3.热机的效率*定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。*公式：η=(W有/Q放)×100%其中，W有是热机对外做的有用功，Q放是燃料完全燃烧所释放的能量。*说明：*热机效率是衡量热机性能的重要指标。*由于存在各种能量损失（如废气带走大量热量、机械摩擦消耗能量、散热损失等），热机的效率总小于100%。*提高热机效率的途径：尽量让燃料充分燃烧；减少各种热量损失；保证良好的润滑，减小机械摩擦。*燃料的热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。单位是J/kg（或J/m³对于气体燃料）。燃料完全燃烧放出的热量公式：Q放=mq（或Q放=Vq）。热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧等无关。4.热机与环境热机在给人类带来便利的同时，也带来了环境污染问题，主要有：*空气污染：燃料燃烧产生的烟尘、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害气体，会造成大气污染，危害人体健康，形成酸雨等。*噪声污染：热机工作时会产生较大的噪声。*因此，减少热机对环境的污染，控制和消除大气污染，已成为当今社会需要解决的重要问题。发展清洁燃料、改进燃烧技术、安装尾气净化装置、使用新能源等都是有效的措施。三、习题演练选择题1.下列关于温度、热量和内能的说法中，正确的是（）A.物体温度升高，内能一定增加，一定是吸收了热量B.物体吸收热量，温度一定升高，内能一定增加C.物体内能减少，一定是放出了热量，温度一定降低D.物体温度升高，不一定是吸收了热量，但内能一定增加2.下列现象中，利用做功改变物体内能的是（）A.冬天晒太阳取暖B.用酒精灯加热烧杯中的水C.将烧红的铁块放入水中，铁块温度降低D.来回弯折铁丝，铁丝的弯折处温度升高3.汽油机工作的四个冲程中，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4.关于燃料的热值，下列说法正确的是（）A.燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多B.燃料燃烧越充分，燃料的热值越大C.一瓶酒精用去一半，剩下酒精的热值不变D.燃料的热值与燃料的质量、燃烧情况无关填空题5.夏天，把冰块放入盛有水的玻璃杯中，一会儿后，杯壁会出现水珠，这是_______现象（填物态变化名称），水珠出现在玻璃杯的_______（选填“内”或“外”）壁。此过程中，冰块的内能_______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。6.某柴油机的飞轮转速为2400转/分，则该柴油机每秒钟对外做功_______次。若其效率为40%，消耗5kg柴油可对外做的有用功为_______J。（柴油的热值q=4.3×10^7J/kg）简答题7.为什么汽车在行驶一段时间后，轮胎会发热？请用物理知识解释。8.从环保和能源利用的角度，谈谈我们为什么要节约能源和开发新能源。参考答案及解析选择题1.D解析：A项，物体温度升高，内能增加，可能是吸热也可能是外界对物体做功，A错；B项，物体吸热，内能增加，但温度不一定升高，如晶体熔化，B错；C项，内能减少，可能是放热也可能是对外做功，温度也不一定降低，如晶体凝固，C错；D项，温度升高，内能一定增加，可能是吸热也可能是做功，D正确。2.D解析：A、B、C都是通过热传递改变内能；D是通过克服摩擦做功，将机械能转化为内能，使铁丝温度升高。3.C解析：内燃机的做功冲程是将内能转化为机械能的冲程。4.CD解析：A项，放出热量多少还与燃料质量有关；B项，热值是燃料特性，与燃烧是否充分无关；C项，热值与质量无关，用去一半，热值不变；D项正确。填空题5.液化；外；增大解析：空气中的水蒸气遇到冷的玻璃杯外壁液化成小水珠；冰块吸热熔化，内能增大。6.20；8.6×10^7解析：飞轮转速2400转/分=40转/秒。一个工作循环飞轮转2转，对外做功1次，故每秒对外做功20次。Q放=mq=5kg×4.3×10^7J/kg=2.15×10^8J，W有=Q放×η=2.15×10^8J×40%=8.6×10^7J。简答题7.答：汽车行驶时，轮胎与地面之间存在摩擦力。汽车在前进时，轮胎要克服地面摩擦做功，将汽车的一部分机械能转化为轮胎的内能，导致轮胎的温度升高而发热。同时，轮胎内部的气体分子也会因摩擦和压缩等原因，内能增加，温度升高。8.答：从环保角度看，传统化石能源（煤、石油、天然气）的燃烧会产生大量的有害气体和烟尘，如二氧化硫、氮氧化物、PM2.5等，这些是造成空气污染、酸雨、温室效应等环境问题的主要原因。节约能源可以减少污染物的排放，减轻对环境的破坏。从能源利用角度看，化石能源是不可再生能源，其储量有限，总有一天会枯竭。