初中物理微专题精讲练：内能、热机及效率

第九讲内能、热机及效率

'内能

内能、热机及效J热机

率

效率

知识摘要

L内能：（D分子动理论；（2）内能的理解及改变；（3）比热容；（4）实验；（5）比热容的应用;

（6）热量的计算。

2.热机：（D热机；（2）热值。

3.效率问题探究：（1）机械效率；（2）熟效率；（3）热机的效率。

L内能

L分子动理论

(1)随着物理的发展，人们认识到一切物质都是由______构成的。

(2)不同的物质接触时，彼此进入对方的现象，叫做__________________o

(3)扩散现象表明___________________________,且分子间有间隙。

(4)大量实验表明，______反映了构成物体的大量分子做无规则运动的剧烈程度。大量分子的无规则运动叫

做_________运动。

由此，我们把①一切物体都是由______组成，②分子在永不停息的做运动;③分子间存在着相互作

用的________和_______作为分子动理论的内容。

2.内能的理解及改变

(1)构成物质的所有___________和分子势能的总和为物质的内能。

(2)内能改变有两种方式，即做功和热传递。这两种方式都能够改变物体的内能，但是有一定的区别。

热传递做功

本质能量的转移能量的转化

具体形式热辐射、热传导、对流摩擦、撞击、压缩、膨胀等

发生条件有温度差

结束条件温度相同(热平衡)

物态不变，温度升高物体吸热对物体做功

温度不变，熔化、汽化、升华物体吸热对物体做功

物态不变，温度降低物体放热物体对外做功

温度不变，凝固、液化、凝华物体放热物体对外做功

3.比热容的理解

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温度变

定义

化量乘积之比。

物理意义表示物体吸热或放热能力的物理量

比热容是物质的一种特性。物质的比热容大小与物质的种类、状态有关，与质量、体积、温

影响因素

度、密度、吸放热、形状等无关

4.实睑探究：比较不同物质的吸热能力

4>"F除如图所示实验装置，

W/水1丁7一种液体实验器材

还借要停表

实验装置

:科学方法控制变量法和转换法

甲1乙

AM度/C

变量不同物质100r-l-T-TTTZ-l

数据处理

加热器和加热时间（即

不变量111111

吸收相同热量）、质量o246H时间r/.in

由图像可知年—C•乙，相同质量的不同物质，吸收相同的热量，比热容大的

实验结论

物体温度变化较小，即吸热能力强。

5.比热容的应用：水的比热容为_______J/（依°C）。因为水的比热容较大，可以调节气温、取暧、做冷却

剂、散热等。

6.热量的计算

物体吸热。股=cm（t一。），物体放热。放=即物体热量的变化Q=cmAt。

在物体之间进行熬传递过程中，忽略热损失，则热平衡。吸=Q放。

42典题精练

,下列现象中，不能用分子动理论解释的是（）

A.海绵很容易被压缩B.湿衣服在阳光下逐渐晒干

C.春天，校园里花香扑鼻D.酒精和水混合后总体积变小

例2.关于物体的内能，下列说法正确的是（）

A.在相同物态下，同一物体温度降低，它的内能会减少

B.物体内能增加，一定要从外界吸收热量

C.温度为0C的物体没有内能

D.温度相等的1kg水和100g水内能相同

例3.关于温度、热量和内能，下列说法正确的是()

A.物体的温度升高，内能增大B.物体的温度越高，所含的热量越多

C.物体内能增大，一定从外界吸收热量D.物体的温度不变，其内能就一定不变

例4.下列说法正确的是()

A.物体的内能增加，则一定是外界对物体做了功

B.物体的温度升高，则一定是从外界吸收了热量

C.物体的温度越高，含有的热量越多

D.内能是物体内所有分子动能和势能的总和

例5.为了探究物体温度升高时吸收热量的多少与哪些因素有关，小明用4个相同的烧杯分别盛水和煤油，用

(填“同样的”或“不同的”)的加热器加热水和煤油，实验数据记录如下表：根据实验记录数据，请

你分析物体温度升高时吸热多少与哪些因素有关：

烧杯号液体质量/g初温/末温/加热时间/min

1水300203012.3

2水15020306.2

3煤油30020306.1

4煤油30020253.1

(1)比较1、2两烧杯的实验记录，得出的结论是o

(2)比较两烧杯的实验记录，得出的结论是物质吸收热量的多少与变化温度有关。

(3)比较1、3两烧杯的实验记录，得出的结论是o

(4)综合上述结论，物体温度升高时吸收热量的多少与有关。

2.热机

1刎

(1)把内能转化为机械能的机器叫热机。例如蒸汽机、内燃机、涡轮机等。

(2)内燃机的每一个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个冲程中,

吸气冲程、压缩冲程、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。做功冲程将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能，

(3)根据使用的液体燃料，内燃机又分为汽油机和柴油机两种。

汽油机和柴油机的区别:

汽油发动机柴油发动机

燃料汽油柴油

燃料挥发性较强不易挥发

燃料燃点220-250*C着火点较高

点火方式点燃式压燃式

效率35%左右45%左右

经济性柴油机较高，比汽油节油15%-30%

可靠性高，比较笨重，体积较大，成本较

体积小、重量轻、启动性好，价格便宜，

特点高，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷

最大功率时的转速高；振动及噪声小

车时启动困难

应用载客汽车、轿车大、中型载重货车

2.热值

（1）质量相同的不同燃料完全燃烧时放出的热量并不相同。物理学中把某种燃料完全燃烧放出的熟量与其质

量的比值叫这种燃料的热值。热值是燃料的一种特性，只与燃料种类有关，与燃料质量无关。

热值常用两个单位：固体或液体燃料常用J/kg,相应的计算公式：Q=qm；气体燃料常用相

应的计算公式：Q二，V。

例6.关于内燃机，下列说法正确的是（）

A.内燃机的实际工作效率可达100%

B.汽油机和柴油机使用同种燃料

C.汽油机和柴油机均属于内燃机

D.在做功冲程中，机械能转化为内能

例7・汽油机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此时气体的温度和内能的变化情况是（）

A.温度降低，内能增大B.温度不变，内能不变

C.温度升高，内能增大D.温度降低，内能减小

例8.如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法

正确的是（）

A.比较不同液体的比热容，可以选择甲丙两图

B.比较不同液体的比热容，可以选择乙丙两图

C.比较不同燃料的热值，可以选择乙丙两图

D.比较不同燃料的热值，不可以选择甲乙两图

例9.一台单缸四冲程柴油机气缸内径为90mm,活塞冲程是100mm,做功冲程中气缸内燃气的平均压强是

70N/cm2,飞轮的转速为2000r/min,则在Imin内，柴油机完成一个冲程；对外做功的次数是—,

3.效率问题探究

提高效率是节约能源、保护环境的重要途径。效率是衡量各种机械优劣的重要指标，比如我们已经学过的简单

机械的效率、热效率、热机的效率等。

L机械效率/7=少乂100%,其中W有用指有用功，即对人们有用的功；V%指利用机械做的总功。

2.热效率，7=*xlOO%,其中Q行用指有效利用的热量，E指总能量。如果总能量来源于燃料完全燃烧，则

E

E=Q^=qmlqY。如果总能量来源于电热，则E=Q=L肋。例如：

(1)炉子效率的计算：被加热物体吸收的热量与燃料完全燃烧放出热量的比值。

(2)太阳能热水器效率的计算：被加热水吸收的热量与太阳能热水器接收太阳热量的比值。

3.热机效率其中1匕由指用来做有用功的那部分能量，即I匕洲=FsIPl,。豆指燃料完全燃

Q总

烧释放的能量。

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；保持机件间良好的润滑、减小摩擦等。

而

6典题精练

例10.不一额定功率为2000W的电热水器，内装20kg的水，通过后持续正常加热25min,水的温度从20c

升高到SO。已知c水=4.2X103」(kg.-c)，求：

(1)水吸收的热量；

(2)电热水器的热效率。

例11.某家庭用燃气热水器将质量为100kg,温度为20"C的自来水加热到500C,消耗的天然气体积为Im：，

(假设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为4.2X103J/(kg.x),天然气的热值为3.2X107j/m3。

求：(D天然气完全燃烧放出的热量；

(2)水吸收的热量；

(3)该热水器工作时的效率。

例12.造福于资阳人民的“毗河引水”工程正在如火如荼的进行建设，如图所示为乐至县境内某引水渡槽建设

工地用升降机从地面提升渡槽组件的示意图。若渡槽设计高度为h=10m.每一段组件质量为m=2x

103kg,升降机最大功率为P=4DkW,每根钢丝绳上能承受的最大拉力是F°=4X1()4N,不计滑轮和钢

丝绳的重力及摩擦力，取g=10N/kg,求：

(1)该升降机一次最多能匀速提升多少段渡槽组件。

(2)某次提升中，升降机最大功率在t=20s内将3段渡槽组件从地工”

面匀速提升值设计高度，求钢丝绳拉力的功率P.和升降机的机械

效率n。

例13.在城乡建设中，推土机发挥着巨大作用。图为某型号履带式推上机，额定功率为2.0X10SW。请回答

并计算。

（1）推土机安装履带，是为了在松软的土地上作业时；当推土机在湿滑的土地上作业时，

履带上凸出的棱则起到的作用。

（2）当推土机在平直场地上以额定功率进行推土作业时，在lmin内匀速前进了120m,求推土机受到

的阻力。

（3）若推土机发动机的效率为40%,工作一段时间消耗柴油50L,求此过程中推土机做的功。已知柴油

37

的密度为0.8XI。'kg/m,热值为4.0X10J/kgo

例14・（多选）下列现象能说明分子无规则运动的是（）

A.小明把透明胶带紧压在错字上面，揭起时就把表层的纸和错字一起粘了起来

B.考场中小明为了提神，涂了清凉油，许多考生都闻到了气味

C.当有人用修正液覆错字时，常能闻到刺鼻的气味

D.煮茶叶蛋时，蛋壳会变成茶色

例15・（双选）关于温度、热量和内能以卜.说法正确的是（）

A.物体的温度升高，内能一定增加

B.6CTC的水比30，C的水所含有的热量多

C.热量总是自发地从温度高的物体向温度低的物体传递

D.0C的水内能为零

例16.（双选）下列说法中正确的是（）

A.液体吸收热量，温度一定升高

B.液体的沸点随液面上方的句压增大而降低

C.组成物质的分子之间的引力和斥力是同时存在的

D.组成物质的大量分子无规则运动的剧烈程度与温度有关

例17.(双选)用相同的酒精灯分别对a、b两液体加热(如图甲)，根据测得数据分别描绘出两液体的温度

随时间变化的图象(如图乙)。在相同的时间内两液体吸收的热量相等，不计液体热量散失，分别用

m“、mb、c,、8表示a、b两液体的质量和比热容，则结合图中信息作出的下列推断正确的是()

C.若c『Cb,则m“vrribD.若Ca=Cb,则m“>mb

例18.某小组的同学做“比较不同物质的吸热能力”的实验，他们使用了如图所示的装置。

(1)在设计实验方案时，需要偷定以下控制的变量，你认为其中多余的是

A.采用完全相同的加热方式

B.酒精灯里所加酒精量相同

C.取相同质星的水和另一种液体

D.盛放水和另一种液体的容器相同

(2)加热到一定时刻，水开始沸腾，此时的温度如图丙所示，则水的沸点是C,这表明实验

时的大气压强(选填“大于”、“小于”或“等于")一个标准大气压。

(3)而另一种液体相应时刻并没有沸腾，但是温度计的示数比水温要高的多.请你就此现象进行分析,

本实验的初步结论为：不同物质的吸热能力(选填“相同”或“不同”)。

(4)本实验除了能够说明上述问题之外，还能够说明许多问题，请你写出其中的一个问题：o

例19・小明探究“不同物质的吸热能力”时，在两支相同的试管中分别装入质量相等、

温度相同的水和煤油，用一个酒精灯同时对两支试管加热，加热一段时间后，温

度计示数如图所示。

(1)指出图中使用酒精灯的错误：O

(2)水和煤油比较，吸热能力强。

(3)加热一段时间后，煤油的温度升高了4C,则水的温度升高了

[c*=4.2xlO3J/(kg*℃),c媒油=2.1X103j/(kg.uC)k

例20.质量为3t的小型载重汽车，额定功率为lOOkW,车上装有6t的砂石。汽车先以10m/s的速度在平

立公路上以20kW的功率匀速行驶了Wmin,消耗汽油1.2kg,然后又以额定功率用了2min的时间，

将砂石从山坡底运送到50m高的坡顶施工现场。gJU10N/kgo试问：

(1)1.2kg的汽油完全燃烧放出的热量为多少？(已知汽油的热值为4.5X107j/kg)

(2)汽车在平直公路上匀速行驶时，受到的阻力为多少？

(3)汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少？

例21.发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质，现代汽车主要分汽油和柴油两类发

动机，其中汽油发动机提供动力的是内燃机的汽缸。若某台以汽油为燃料的汽车，发动机内有四个汽缸，

其相关数据如下表所示。

(1)汽车以100km/h速度匀速运动时发动机的输出功率最大，则Imin内有用功J。

(2)汽车内燃机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是(对甲、乙、

丙、「重新排序)，图所示的冲程内燃机给汽车提供动力。

(3)汽车排气量是指发动机气缸的工作容积，汽车排气量越大，功率越大，空燃比是指汽缸内空气和

燃油的质量比”

汽车发动机数据表

汽缸内汽油和空

Imin内完成工作循环2600次93#汽1.35kg/m3

气的混合密度

油

排气量1.8L热值4.6X107(J/kg)

发动机最大功率75(kw)空燃比14：1

当汽车以100km/h速度匀速运动时，根据表中数据求汽车发动机的效率，(计算结果保留一小教)

例22.已知XX型汽车的质量M=1200kg,汽车的额定功率p=40kw。一般情况下，驾驶员酒后的反应时间

(从发现情况到开始制动所需的时间)比正常时慢了0.1s〜0.5s,易发生交通事故。下表格为《驾驶

员守则》中驾驶员在不同车速时所对应的正常反应距离(汽车在正常反应时间内通过的距离)的表格:

车速v(km/h)6080

反应距离s(m)7.510

(1)假设汽车在水平路面上以额定功率匀速行驶时间t】=15min,速度大小v1=72km/h,消耗汽油

的质量m=2kg,求该汽车受到阻力大小和汽车发动机的效率；(g=10N/kg,q汽油=4.5xl07j/kg)

(2)请根据表格数据，计算苍驶员的正常反应时间；

(3)如图所示，假设一饮酒后的智驶员驾车以V2=54km/h的速度在平直公路上行驶，在距高某学校

门前s=40m处发现有一队学生在斑马线上横过马路，他的反应时间比正常时慢了△t=0.2s,刹

车到停止运动所用时间t?=4s,刹车后，车的平均速度为V3=27km/h。试通过计算说明是否会

发生交通事故。

例23.如图所示是某品牌电炖锅的内部简化电路图，电炖锅上有1000w和400w两档功率，档位可自动调节,

其工作过程是：按下开关，自动选择lOOOw档将汤煮至100℃,然后自动跳至400w档进行保温慢炖,

设汤的初温为20C,质量为3kg,汤的比热容为4.0X103J/(kg・：c)。求：

(1)若电炖锅将汤从初温加热至100C耗时20min,在此过程中汤吸收的热量是多少？电炖锅的效率

是多少？

(2)%的阳值是多少？

(3)电炖锅进入保温慢炖时，开关S会自动跳至“a”或“b”哪个位置？试说明理由。

22OV

B

例24.如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心透着社会主义核心价值观。小明的爷爷网购了一台电热足浴

器，其铭牌的部分参数如图乙(甲部分)所示，电热足浴器某次正常工作时控制面板显示如图乙(乙部

分)所示，求：

(1)此时足浴器的工作电流。(计算结果保留一位小数)

(2)足浴器装入最大容量初温为22°的水，当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量,

(3)上述加热过程耗时16min,该足浴器的热电效率。

例25.空气能热水器是通过吸收空气中的热量来制造热水的“热量搬运”装置。其工作原理是：空气能热水器

在工作时，吸收空气中的能量Q,消耗的电能为W,通过热交换使水吸收的热量为Q吸，即Q^Q+W,

所以它的热效率(生的值)可以达到300%〜500%。已知某型号空气能热水器的热效率为400%,

W

电功率为1400W,当用此热水器将100kg的水从15c力口热到55℃时［水的比热容为4.2xlO3J/

(kg-CC),干木柴的热值为L2xl07j/kg|°求：

(1)水吸收的热量；

(2)水吸收的热量相当于完全燃烧多少千克的十木柴所释放的热量；

(3)空气能热水器完成上述加热过程所用的时间。

X生活中Fpi'X

热机的发展历史

所谓热机，就是一种将热能转换为机械能的机械。在最近400年的人类飞速发展中，热机扮演了非常重要

的角色一被称为第一次工业革命的动力源的蒸汽机就属于热机中的外燃机，而在汽车上广泛使用的汽油发动

机、柴油发动机则属于热机中的内燃机“

米一定听过“瓦特和水壶”的故事：瓦特小的时候，看见炉子上壶里的水沸腾了。蒸汽把壶盖顶了起来，

瓦特从中受到启发，长大后发明了蒸汽机，成为著名的发明家"其实，那只不过是传说而已，瓦特发明蒸汽机

并不是他幼时的灵感，而是吸收前人的成果和他个人艰苦努力的结果。为了纪念这位大发明家，国际单位制中

的功率单位“瓦特”（Watt）就是以瓦特的姓氏命名的

在6代，我国南宋初出现的走马灯是世界上较早的热机（涡轮机）的雏形。只不过是作玩具使用的。

17世纪，由于采矿工业的发展，英国人萨佛里于1698年制成用于矿井抽水的蒸汽水泵，被称为“矿工之

友”。18世纪中叶，瓦特在布莱克关于潜热与比热理论的启发下，于1765年在纽可门蒸汽机中加了一个与

汽缸分离的冷凝器，从而避免r汽缸冷却时消耗许多蒸汽的热，大大提高r机器效率，节省r燃料与时间，1776

年瓦特又制成两台蒸汽机开始运行，热机效率2〜4%,经过瓦特改进后的蒸汽机被广泛应用，到19世纪初，

蒸汽机已普遍在矿山和纺织工业中采用。

1862年，法国工程师德罗夏在本国科学家卡诺研究热力学的基础上，提出了四冲程内燃机工作原理：活

塞下移、进燃料；活塞上移，压缩气体；点火，气体迅速燃烧膨胀，活塞下移做功；活塞上移，排出废气。四

个冲程周而复始，推动机器不停地运转。德罗夏只是天才地提出了四冲程的内燃机理论，而将这一理论变为现

实的是德国发明家奥托。1876年，他设计制成了第一台四冲程内燃机（以煤气为燃料）。它具有体积小、转

速快等优点。后米这种机械常常用汽油作燃料，所以又叫汽油机。它常应用在汽车、飞机、摩托车和小型农业

机械匕随后德国人狄塞尔提出1E燃式内燃机原理，1897年制造成功以柴油为燃料的柴油机。

19世纪末，随着电力工业的发展，中心发电站迅速兴起。汽轮机因之产生和发展。20世纪初，美国人柯

蒂斯制成多个速度级的汽轮机，改进了性能，并一直使用到现在。燃气轮机是发展较晚的热机。1920年德国

人霍尔茨瓦兹制成第一台能实用的燃气轮机。热效率为13%。但因仍存在许多缺点而被放弃。1939年瑞士制

成4兆瓦的燃气轮机发电机组，效率达18%。同年，在德国制造的喷勺式飞机试飞成功，使用He—S3B涡

轮喷气发动机。从此燃气轮机步入实用阶段，并开始迅速发展。目前，在航空上普遍应用燃气轮机，有涡轮喷

气发动机、涡轮风扇发动机、泗轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等。

第九讲内能、热机及效率参考答案

例1.答案：A

例2.答案：A

例3.答案：A

例4.答案：D

例5.答案：同样的；(1)同种物质，升高相同温度，质量越大，吸收热量越多;

(2)3、4;

(3)在质量和升高的温度都相同时，不同物质吸收的热量不同；

(4)物质的种类、物体的质量、温度的变化量。

例6.答案：C

例7.答案：D

例8.答案：A

例9.答案：4000;1000;7.42

例10.答案：(1)减小压强；增人摩擦。

(2)推上机受到的阻力为1X105No

(3)推上机做功6.4X10M。

例11.答案：(1)升降机一次最多能匀速提升6段渡槽组件；

(2)钢丝绳拉力的功率3X1CTW；升降机的机械效率75%.

例12.答案：(1)加热过程中水吸收的热量为2.52X102;

(