專題13內能和內能的利用一、思維導圖二、新課標要求1.3.1知道常見的物質是由分子、原子構成的。2.1.2知道自然界和生活中簡單的熱現象。了解分子熱運動的主要特點，知道分子動理論的基本觀點。3.1.1了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生產生活的聯系。3.1.2通過實驗，認識能量可以從一個物體轉移到其他物體，不同形式的能量可以相互轉化。3.3.1了解內能和熱量。從能量轉化的角度認識燃料的熱值。3.3.2通過實驗，了解比熱容，嘗試用比熱容說明簡單的自然現象。3.3.3了解熱機的工作原理。知道內能的利用在人類社會發展史中的重要意義。3.5.1知道能量守恒定律。列舉日常生活中能量守恒的實例。有用能量轉化與守恒的觀點分析問題的意識。3.5.2從能量轉化和轉移的角度認識效率。三、知識梳理與典例一、分子動理論1.物質的構成物質是由大量及其微小的粒子——、原子構成的。分子的直徑很小，通常以m為單位來量度，所以物質中都包含大量的分子，如一小水滴中含有約1021個水分子。2.構成物質的分子在不停地做熱運動（1）擴散①不同物質相互接觸時，彼此進入的現象叫擴散。②擴散現象表明：一切物質的分子都在不停地做運動，物質的分子間存在。③影響擴散的因素：溫度越高，擴散越。④氣體、液體和固體之間都可以發生擴散現象，不同狀態的物質之間也可以發生。擴散最快，液體較快，最慢。（2）分子熱運動一切物質的分子都在不停地做的運動，這種無規則運動叫分子的運動。溫度越高，分子運動越，溫度是物體分子熱運動劇烈程度的標志。3.分子間的作用力（1）分子間存在著引力和斥力①當兩個分子的距離處于平衡距離時，分子間的引力斥力；②當兩個分子的距離變大時，分子間的作用力表現為力；③當兩個分子的距離變小時，分子間的作用力表現為力。（2）物質的三種狀態與分子間作用力的關系①固態分子間距離很，分子間的作用力很，只能在平衡位置附近振動。固體很難被壓縮和拉伸，具有一定的體積和形狀。②液態分子間距離比固體稍大，作用力較大，既可以振動，也可以動。液體較難被壓縮，具有一定的，沒有確定的，可以流動。③氣態分子間距離很，分子間力的作用可以忽略，能夠自由移動。氣體沒有一定的和形狀，具有性，容易被壓縮。【例題1】裝修房屋時，如果選用不環保的材料會聞到對人體有害的刺激性氣味。材料散發出刺激性氣味是現象，說明了。這種現象在夏天特別明顯，原因是，所以我們要選用優質環保的材料進行裝修。【例題2】圖甲所示的實驗常用來說明分子之間存在引力，但小亮覺得也可能是大氣壓力把兩塊鉛柱擠壓在一起使之難以分開，于是他想在真空罩內重做這個實驗，如圖乙所示。當逐漸抽出真空罩中的空氣時，若兩塊鉛柱被重物拉開了，則說明兩塊鉛柱難以分開是因為它們受到了的作用；若兩塊鉛柱仍然沒有被重物拉開，則說明它們難以分開是因為它們受到了的作用。【例題3】物質是由組成的，如圖所示是表示物質處于固、液、氣三種狀態時分子的分布，丙圖分子間間距較大，作用力，圖表示固體分子之間的相互作用情況。二、內能1.內能的概念（1）分子動能：構成物質的分子在不停地做熱運動，物體內大量分子做無規則熱運動所具有的能稱為分子能。（2）分子勢能：由于分子之間存在類似彈簧形變時的相互作用力，所以分子具有勢能，叫做能。（3）內能：構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的，叫做物體的內能。內能的單位：，簡稱焦，符號。2.影響物體內能大小的因素（1）溫度是影響物體內能的一個重要因素。同一個物體，溫度越高，它具有的內能就越。（2）物體的內能跟質量有關。在溫度一定時，物體的質量越大，也就是分子的數量越多，物體的內能就越。（3）物體的內能還和物體的狀態（體積）有關。例如0℃的冰吸熱熔化成0℃的水時，體積變小，分子間的距離變小，作用力變大，水的內能變。3.理解的物體內能（1）內能是指的內能，不是分子的，更不能說內能是個別分子和少數分子所具有的。內能是物體內部所有分子共同具有的分子動能和勢能的，所以，單純考慮一個分子的動能和勢能是沒有意義的。（2）任何物體在任何情況下都具有內能。4.熱量（1）熱量（Q）：在熱傳遞過程中，傳遞的多少叫做熱量。熱量是能量轉移多少的量度，是一個過程量，它存在于熱傳遞的過程中，只有發生熱傳遞，有能量的轉移，才能討論熱量問題，離開熱傳遞談熱量就沒有意義。（2）熱量的單位：在國際單位制中，熱量單位是，符號是。5.改變物體內能的兩種方法（1）熱傳遞可以改變物體的內能熱傳遞改變物體的內能，實質上是內能的，即內能從一個物體轉移到另一個物體或從物體的一部分轉移到另一部分，沒有不同形式能量的相互轉化；（2）也可以改變物體的內能做功改變物體的內能，實質是能量的，是內能與能發生了相互轉化。【例題1】如圖所示情景中，下列物體的內能增加的是（）①搓手取暖

②用火燒水

③水蒸氣將塞子沖出

④壓縮中的空氣A．①②③ B．③④ C．①② D．①②④【例題2】下列關于內能知識的描述正確的是（）A．物體溫度越高內能越大，所以0℃的冰沒有內能B．溫度越高的物體含有的熱量越多，所以0℃的冰沒有熱量C．摩擦生熱是通過做功的方式改變了物體的內能D．物體吸收熱量，內能增加，溫度一定升高【例題3】如圖所示，把圖釘按在鉛筆的一端，手握鉛筆使圖釘釘帽在粗糙的硬紙板上來回摩擦，然后用手輕觸釘帽，感覺釘帽的溫度明顯升高了，甚至發燙。關于該實驗，下列說法正確的是（）A．釘帽的溫度升高，內能不變B．此實驗中改變圖釘釘帽內能的方式是熱傳遞C．摩擦后釘帽的分子熱運動更劇烈 D．釘帽的內能的大小等于釘帽克服摩擦力做功的多少三、比熱容1.比熱容的概念（1）定義：一定質量的某種物質，在溫度升高時吸收的熱量與它的和乘積之比，叫做這種物質的比熱容，用符號c表示。（2）定義式：。（3）單位：，符號是：，由質量、溫度和熱量的單位組合而成。（4）物理意義：表示不同物質的吸熱（本領）的大小。如水的比熱容是4.2×103J/（kg·℃），表示1kg的水溫度升高1℃是4.2×103J。2.對比熱容的理解（1）比熱容是物質的之一。物質的比熱容不會因為物質吸收或放出熱量的多少而改變，也不會因為質量的多少或溫度變化的多少而改變。也就是說，比熱容的大小只與物質的及其（固態、液態和氣態）有關，與物質的質量、吸收的熱量、溫度的變化。（2）不同物質的比熱容一般。同種物質在同一狀態下，比熱容是一個不變的值。如果物質的狀態改變了，比熱容的大小往往隨之改變，如水變成冰，比熱容變小。（3）單位質量的某種物質，溫度降低1°C所放出的熱量，與它溫度升高1°C所吸收的熱量，數值上也等于它的比熱容。3.水的比熱容（1）在常見物質中，水的比熱容比較大。表明在同樣受熱或冷卻的情況下，水的變化要小些。（2）應用：作散熱劑或冷卻劑。如汽車發動機用水作冷卻劑；如冬天用水作取暖設備的供熱介質等。（3）解釋現象沙漠地區晝夜溫差比較大，沿海地區晝夜溫差比較小。這是由于水的比熱容比較，一定質量的水與相同質量的沙石相比，吸收或放出相同的熱量時，水的溫度變化比較。4.熱量的計算（1）物質吸熱時，熱量的計算：Q吸=；（2）物質放熱時，熱量的計算：Q放=。Q吸表示吸收的熱量，Q放表示放出的熱量，單位：焦（J）。c表示比熱容，單位：（J/（kg·℃）m表示質量，單位：（kg）△t表示的變化量（升高或降低的溫度），t0—初溫、t—末溫，單位：。5.熱平衡（1）概念：兩個溫度不同的物體放在一起時，高溫物體放出熱量，溫度降低；低溫物體吸收熱量，溫度升高.若放出的熱量沒有損失，全部被低溫物體吸收，最后兩物體溫度相同，稱為“達到熱平衡”.（2）熱平衡方程：Q吸=Q放【例題1】依據表格中的數據，下列說法正確的是（）物質比熱容c/【J/(kg·°C)】水4.2×103煤油2.1×103砂石約0.92×103A．一杯水倒出一半，杯內剩余水的比熱容變小B．水和砂石放出相等熱量，水的溫度降低得較多C．水的比熱容表示水的溫度升高1°C吸收的熱量是4.2×103JD．質量相等的水和煤油，吸收相等熱量，煤油溫度升高得較多【例題2】“早穿皮襖午穿紗”表明沙漠地區晝夜溫差大，而沿海地區則晝夜溫差小，這是因為水比砂石的大，樓房中的“暖氣”用水作為介質，正是利用了水的這一特性。某同學家“暖氣”管道中500kg的水從65℃降低到35℃，放出的熱量為J，這一過程中水的內能減少。除熱傳遞外，也可以改變物體的內能。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]【例題3】甲物體質量為2kg，乙、丙兩物體質量都為1kg，三個物體初始溫度都是20℃，吸收相同熱量后溫度如圖，以下說法正確的是（）A．甲的比熱容比乙的大B．乙的比熱容與丙的相等C．若乙、丙都升高相同的溫度，乙比丙吸收的熱量多D．若甲、丙都升高相同的溫度，丙比甲吸收的熱量多四、熱機1.熱機（1）熱機：利用做功的機械叫熱機。汽車、輪船和飛機等發動機都是利用燃燒燃料釋放的內能做功的裝置，都是熱機。（2）熱機的種類：常見的有、、汽輪機、噴氣發動機等。（3）熱機的工作原理：燃料的化學能→內能→機械能。（4）內燃機：燃料直接在發動機內燃燒產生動力的熱機。內燃機根據其所使用的燃料分為和兩類。2.汽油機（1）工作原理：利用汽油在汽缸內燃燒產生高溫高壓的燃氣來推動活塞做功。（2）主要結構：汽缸、、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、。（3）工作過程①沖程：活塞在氣缸內往復運動，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個。②四個沖程：汽油機的一個工作循環由四個沖程組成：沖程、沖程、沖程和沖程。③完成一個工作循環，活塞往復運動次，飛輪轉動周，對外做功次.④汽油機的工作過程沖程名稱進氣門排氣門活塞運動沖程的作用能量轉化吸氣沖程開閉向下吸入和空氣的混合物壓縮沖程閉閉向上壓縮燃料和空氣的混合物，使其內能增大，溫度機械能轉化為能做功沖程閉閉向下產生電火花，點燃燃料，高溫高壓的燃氣推動活塞做功，帶動飛輪轉動內能轉化為能排氣沖程閉開向上排出（4）柴油機與汽油機的異同柴油機的工作過程與汽油機大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構成一個工作循環，在一個工作循環中，活塞往復運動兩次，曲軸轉動兩周，對外做功一次。柴油機和汽油機構造及工作過程的不同點：①汽油機汽缸頂部有，在壓縮沖程末，火花塞產生電火花，使燃料燃燒，產生高溫高壓的氣體（俗稱“式”）；柴油機汽缸頂部只有，在壓縮沖程末，壓縮空氣的溫度已經超過柴油的燃點，此時從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣就立刻燃燒起來（俗稱“式”）。②汽油機吸氣沖程吸入的混合物；柴油機吸入氣缸內的物質只有。【例題1】如圖所示，用酒精燈給試管中的水加熱，水溫上升，直至沸騰一段時間后，會看到試管口的橡皮塞被沖出。下列描述正確的是（）A．試管中的水在升溫過程中是通過做功的方式增加內能的B．試管中的水沸騰時吸收熱量，溫度升高C．水蒸氣對橡皮塞做功，水蒸氣的內能增加D．水蒸氣對橡皮塞做功，其能量轉化與汽油機做功沖程的能量轉化相同【例題2】如圖所示是四沖程汽油機的一個工作循環示意圖，其中能使汽車獲得動力的沖程是（）A．吸氣沖程 B．壓縮沖程C．做功沖程 D．

排氣沖程五、熱機的效率1.燃料（可燃燒的物質）（1）燃料的種類：常見的固體燃料如木柴、煤；液體燃料如汽油、酒精；氣體燃料如煤氣、天然氣等。（2）燃料燃燒時能量的轉化：燃料的燃燒是一種化學變化，在燃燒過程中，燃料的能轉化為能。2．熱值（1）定義：我們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量，叫做這種燃料的熱值。熱值在數值上等于某種燃料完全燃燒放出的。（2）公式：q=Q放是燃料放出的熱量，單位是J；m是質量，單位是kg；q是熱值，單位是J/kg。（3）單位：，符號J/kg。（4）熱值的物理意義熱值在數值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的。如木炭的熱值為3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃燒時放出的熱量是3.4×107J。熱值是燃料本身的一種，只與燃料的有關，與燃料的形態、質量、體積等均無關。同種燃料的熱值相同，不同種燃料的熱值一般不同。（5）燃料燃燒放出熱量：Q放=；（6）氣體燃料的熱值：q=_______V表示氣體燃料的體積，單位是m3；Q表示放出的熱量，單位是J；q表示氣體燃料的熱值，單位使用______（J/m3）。3.熱機的效率（1）用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量，叫熱機的效率。（2）公式：______。（3）物理意義：熱機的效率是熱機性能的重要指標。熱機的效率表示使用熱機時對燃料的利用率的高低，熱機的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少的燃料，節約能源。（4）提高熱機效率的主要途徑①盡量減少各種熱量損失，設法利用的能量大型發電機常常用蒸汽輪機推動，為了提高燃料的利用率，人們利用蒸汽輪機排出的廢氣來供熱，這就是熱電站。②在熱機的設計和制造上，采用的技術。③使用時，注意保養，保證良好的潤滑，合理調整各零件之間的間隙，減小因克服而額外消耗的能量。（5）熱機效率總小于1的原因因為熱機中用于做有用功的能量只是燃料完全燃燒所放出的總能量的一部分，由于各種能量的損失和燃燒條件的限制，這部分能量一定完全燃燒放出，所以有用功的能量與燃燒放出的總能量的比值必然小于1，即熱機的效率一定小于1。【例題1】關于燃料及其熱值，下列說法中正確的是（）A．沒有燃燒的燃料，熱值等于零B．燃料完全燃燒時，它的熱值最大C．燃料的熱值與質量和燃燒狀態無關D．燃料燃燒時溫度越高，放出的熱量越多【例題2】下列選項可能符合汽車等熱機能量流向的是（）A BC D【例題3】天然氣熱水器將40kg的水從15°C加熱到65°C，此過程中天然氣完全燃燒釋放熱量的84%被水吸收，水吸收熱量J，天然氣完全燃燒釋放熱量J，需要消耗天然氣kg，這是通過方式改變水的內能。[c水=4.2×103J/(kg?°C)，q天然氣=4×107J/kg]【例題4】汽車在給人們的出行帶來便利的同時，也帶來了能源消耗、尾氣污染等問題。材料一：如圖是一輛小汽車行駛時的能耗分配圖。汽油在汽缸內完全燃燒時放出的能量，大約只有13%用于驅動汽車前進，而其余87%的能量則被損耗掉了。材料二：排出的尾氣除了CO2、H2O外，還有CO、NO、NO2及未燃燒的碳氫化合物等有害氣體。結合材料：（1）對汽車行駛時能量形式的轉化與損耗途徑作出分析。（2）請從節能、減排等方面對燃油汽車提出技術改進建議。六、能量的轉化與守恒1.自然界存在著各種的能量（1）機械能：機械能包括動能、重力勢能和彈性勢能。（2）內能：構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內能。一切物體都具有內能。（3）太陽能：太陽能是一種可再生能源。（4）化學能：各種物質都儲存化學能，如燃料、動物、食物都儲存有化學能。（5）電能：電能是指使用電以各種形式做功的能力。（4）核能：即原子能。原子核結構發生變化放出的能量。2.能量的轉化自然界中的各種現象都是互相聯系的。在一定條件下，各種形式的能量是可以相互的。例如“鉆木取火”是能轉化為能；蒸汽機火車是內能轉化為機械能。3.能量的轉移能量可以從一個物體到其他物體，也可以從物體的一部分轉移到其他部分。例如，在熱傳遞過程中，內能從高溫物體轉移到低溫物體或從物體的高溫部分轉移到低溫部分，這些都屬于能量的。4.能量守恒定律（1）能量守恒定律：能量既不會消滅，也不會，它只會從一種形式為另一種形式，或者從一個物體到另一個物體，而在轉化和轉移過程中，能量的總量保持。（2）對能量守恒定律的理解①能量守恒定律，是自然界、的基本定律之一。從物理、化學到地質、生物，大到宇宙天體。小到原子核內部，只要有能量轉化，就一定服從能量守恒的規律。從日常生活到科學研究、工程技術，這一規律都發揮著重要的作用。②能量守恒定律包括“能量______”和“能量______”兩個方面。5.永動機（1）不少人曾設想制造一種不需要動力就能源源不斷地對外做功的機器，人們把這種機器叫做永動機。然而，從沒有一種永動機成功過。（2）能量守恒定律使人們認識到：任何一部機器，只能使能量從一種形式轉化為其他形式，而不能無中生有地制造能量。因此，根本制造出永動機（選填“可能”或“不可能”）。【例題1】下列能量轉化或轉移的情景中，屬于能量轉移的是（）A．燃料燃燒時發熱B．用熱水袋取暖C．鉆木取火D．電動機帶動水泵把地下水送到地面【例題2】夜幕下的廣場，孩子們都喜歡騎上能發光的滑板車遛彎，這種滑板車在人的助力下可以滑行起來，同時輪子會發光，停下來時就不發光。關于這種滑板車發光的原理，從能量轉化的角度分析正確的是（）A．機械能轉化為電能，再轉化為光能B．電能轉化為機械能，再轉化為光能C．機械能轉化為光能，再轉化為電能D．光能轉化為機械能，再轉化為電能【例題3】如圖為火箭發射的場景，火箭的燃料使用了液態氫，主要是因為它的大，火箭發射升空時，燃料的化學能轉化為能，再轉化為火箭的機械能，這個過程中火箭的機械能（選填“守恒”或“不守恒”）。四、實驗專題一、比較不同物質的吸熱能力【設計實驗】1.比較不同物質的吸熱情況，可以采用以下兩種方案：（1）使質量相同的不同物質升高相同的溫度，比較加熱的，加熱時間長的吸熱能力強。（2）將質量相同的不同物質加熱相同的時間，比較升高的，升高溫度小的吸熱能力強。2.實驗器材及裝置實驗器材：相同規格的電加熱器2個、燒杯2個、溫度計2個；天平、停表、水和食用油。3.實驗需測量的物理量水和食用油的質量m；水和食用油的初溫t0和末溫t；水和食用油的加熱時間。4.實驗方法（1）控制變量法：實驗過程中控制水和食用油的質量不變；加熱相同的時間，比較升高的溫度或升高相同的溫度，比較加熱的時間。（2）轉換法：由于實驗過程中，物質吸收熱量的多少無法直接測量，我們用給物質加熱來代替物質吸收熱量的多少。【進行實驗收集證據】（1）用天平分別稱取200g的水和食用油，并把它們裝入兩個規格相同的燒杯中；（2）用溫度計分別測出水和食用油的初溫；（3）用兩個相同規格的電加熱器分別給水和食用油加熱。（4）收集證據：方案一，對水和食用油加熱相同的時間，觀察并記錄溫度計的示數；方案二，使水和食用油升高相同的溫度，觀察并記錄加熱所用的時間。方案方案物質質量/g初溫/℃末溫/℃溫度變化/℃加熱時間/min方案一水2001545308食用油2001575608方案二水2001545308食用油2001545305【分析論證】（1）方案一：對質量相等的水和食用油加熱，使它們吸收的熱量相同（加熱時間相同）食用油升高的溫度比水升高的溫度大，這表明相同質量的水和食用油吸收相同的熱量時不同。（2）方案二：對質量相等的水和食用油加熱，使它們升高相同的溫度，水吸收的熱量（加熱時間較長）比食用油吸收的熱量（加熱時間較短）多，這表明相同質量的水和食用油升高的溫度相同時不同。【實驗結論】質量相等的不同物質，吸收相同的熱量時升高的溫度不同；質量相等的不同物質，升高相同的溫度時吸收的熱量也不同。這表明不同種類的物質吸熱情況不同。【評估與交流】（1）測量物質的選取：應選取質量、初溫相同的不同物質；（2）選擇相同的熱源目的：是為了讓兩種物質在相同加熱時間內吸收的熱量相同；（3）該實驗用裝置常見的有兩種，甲裝置中散熱集中，可以控制水與煤油在相同的加熱時間內吸收的熱量基本相等。二、擴展性實驗——用傳感器比較不同物質的比熱容不同物質吸熱的差異還可以用圖所示的實驗很快比較出來。用鐵夾將溫度傳感器及分別盛有質量相同的水和色拉油的兩個試管固定在鐵架臺上，溫度傳感器的探頭部分要與試管內的水或色拉油良好接觸，兩只溫度傳感器通過數據采集線與計算機相連接。在計算機上打開與此儀器配套的專用軟件，點擊“開始記錄”，同時打開紅外加熱器開關，對盛有水和油的試管進行加熱，在計算機上可以得到相應的實驗圖線。【例題1】圖甲是“比較不同物質的吸熱能力”的實驗裝置。（1）兩支試管里水和煤油的質量（選填“相同”或“不同”）；（2）相同時間內，水吸收的熱量（選填“大于”、“等于”或“小于”）煤油吸收的熱量；（3）由圖乙可知，的吸熱能力更強。【例題2】為了研究不同物質的吸熱能力，某小組利用規格相同的電加熱器給水和煤油加熱，如圖所示，他們利用實驗得到的數據繪制出兩種液體溫度隨加熱時間的變化圖像。（1）在燒杯中加入兩種液體時，要控制它們的初溫和相同。（2）實驗中通過比較來反映液體吸收熱量的多少；若讓水和煤油加熱時間相同，通過比較它們的多少，來比較它們的吸熱能力。（3）根據實驗數據，小明作出了水和煤油的溫度隨加熱時間變化的圖像，由圖像可知，煤油的比熱容是J/（kg?℃）；[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]（4）若在這兩種液體中選擇一種作為汽車發動機的冷卻劑，冷卻效果更好。五、綜合練習1．下列現象用分子動理論的觀點解釋，其中正確的是（）A．落葉在風中飛舞表明空氣分子在不停地做無規則運動B．鐵塊很難被壓