難點微專題08——對比熱容概念的理解+熱機問題方法點撥:一、對比熱容概念的理解1.比熱容：物理學中，將物體溫度升高時吸收的熱量與它的質量和升高溫度的乘積之比，叫做比熱容。符號：c2、質量相同時，比熱容越大的物體在升高（或降低）相同的溫度時吸收（或放出）的熱量越多，在吸收（或放出）相同的熱量時升高（或降低）的溫度越少。二、熱機問題（一）沖程名稱進氣門排氣門活塞運動能的轉化吸氣沖程開閉向下——壓縮沖程閉閉向上機械能轉化為內能做功沖程閉閉向下內能轉化為機械能排氣沖程閉開向上——三、熱機問題（二）B.例題講解：題型一：對比熱容概念的理解1．觀察下表中的數據，下列說法錯誤的是（C）物質鋁銅砂石酒精水比熱容J/（kg?℃）0.88×1030.39×1030.92×1032.4×1034.2×103A．質量相同的鋁塊和銅塊，升高同樣的溫度，鋁塊需要的加熱時間更長 B．質量相等的鋁塊和銅塊，吸收同樣的熱量，銅塊溫度升高得更多 C．汽車發動機中采用酒精作為冷卻發動機的吸熱介質 D．內陸地區晝夜溫差大是因為水的比熱容比砂石的大解析：A、由公式Q吸＝cmΔt可知，因為銅塊和鋁塊的質量和升高的溫度相同，銅的比熱容比鋁的比熱容小，所以鋁吸收的熱量大于銅礦吸收的熱量，鋁塊需要的加熱時間更長，故A正確；B、由公式Q吸＝cmΔt可知，Δt＝，因為銅塊和鋁塊的質量和吸收的熱量相同，銅的比熱容比鋁的比熱容小，所以銅塊升高的溫度比鋁塊升高的溫度高，故B正確；C、因為水的比熱容較大，升高相同的溫度，水吸收的熱量多，所以用水做汽車的冷卻液，故C錯誤；D、水的比熱容在常見的物質中是比較大的，由Q＝cmΔt可知，在質量m與吸收或放出熱量Q相同的情況下，水的溫度變化Δt較小，因此沿海地區晝夜溫差比同緯度的內陸地區小，故D正確。二、熱機問題（一）2．2023年1月4日，長征三號甲運載火箭的氫氧發動機完成高空模擬點火試車并取得圓滿成功，中國航天點燃了2023年的“第一把火”。發動機噴出火焰時，其能量轉化與汽油機的哪個沖程相同（C）A． B． C． D．解析：發動機噴出火焰時，將內能轉化為機械能，為火箭提供動力。A、圖中兩氣門關閉，活塞向上運動，是壓縮沖程，機械能轉化為內能，故A不合題意；B、圖中進氣門關閉，排氣門打開，是排氣沖程，沒有能量的轉化，故B不合題意；C、圖中兩氣門關閉，活塞向下運動，火花塞點火，燃氣的內能轉化為機械能，故C符合題意；D、圖中進氣門打開，排氣門關閉，是吸氣沖程，沒有能量的轉化，故D不合題意。三、熱機問題（二）3．某四沖程汽油機曲軸轉速為2400r/min，則該汽油機每秒鐘對外做功20次，有80個沖程，飛輪轉40周，活塞往返運動40次解析：飛輪轉速是2400r/min＝40r/s，即該飛輪每秒鐘轉40r。因為一個工作循環飛輪轉2r，完成四個工作沖程、做功1次，活塞往返運動2次，所以飛輪轉40r，對外做功20次，有80個沖程，活塞往返運動40次。C.針對訓練：題型一：對比熱容概念的理解4．若質量相同的鋁塊和銅塊升高相同的溫度時，銅塊需要的加熱時間短些，那么，現將相同質量的鋁塊和銅塊，吸收相同的熱量后，下列說法正確的是（B）A．鋁塊上升的溫度高 B．銅塊上升的溫度高 C．鋁塊和銅塊上升的溫度一樣高 D．它們上升的溫度與質量無關解析：由公式Q吸＝cmΔt可知，Δt＝，因為銅塊和鋁塊的質量和吸收的熱量相同，銅的比熱容比鋁的比熱容小，所以銅塊升高的溫度比鋁塊升高的溫度高，所以B正確。5．已知銅的比熱容比鋁的比熱容小，下列說法正確的是（C）A．將一塊銅的質量減小一半，它的比熱容減半 B．質量相同的銅塊和鋁塊，銅塊的內能比鋁塊的內能小 C．質量相同的銅塊和鋁塊，吸收相同的熱量，銅塊升高的溫度多 D．質量和初溫都相等的銅塊和鋁塊，放出相等熱量后相接觸，熱傳遞的方向是從銅塊傳給鋁塊解析：A、比熱容是物質的一種特性，與質量無關，故將一塊銅的質量減小一半，銅的比熱容不變，故A錯誤；B、影響物體內能的因素有物質的種類、質量、溫度和狀態，而選項中不確定銅塊和鋁塊的溫度，因此不確定二者之間的內能大小，故B錯誤；C、根據Δt＝可知，質量相同的銅塊和鋁塊，吸收相同的熱量，銅的比熱容較小，因此銅塊升高的溫度多，故C正確；D、根據Δt＝可知，質量相同的銅塊和鋁塊，放出相同的熱量，銅的比熱容較小，因此銅塊降低的溫度多，銅塊和鋁塊初溫相同，則銅塊的末溫較低，所以熱傳遞的方向是從鋁塊傳給銅塊，故D錯誤。題型二：熱機問題（一）6．如圖1所示，玻璃瓶內有一些水，水上方存在水蒸氣。給瓶內打氣，當瓶塞跳出時，可以看到瓶內出現白霧，這是因為空氣膨脹對外做功，內能減少（填“增大”或“減少”）的緣故。圖3中（填“2”或“3”）汽油機的工作過程與這一實驗過程中能量的轉化是一致的，而圖示的另一個工作過程是壓縮沖程。解析：（1）在圖1的實驗中，給瓶內打氣，當瓶塞跳出時，可以看到瓶內出現白霧，說明發生了液化現象，這是因為空氣膨脹對外做功，本身的內能減小，溫度降低，使水蒸氣發生液化的緣故；（2）圖3中，是汽油機的做功沖程，與這一實驗過程中能量的轉化是一致的，都是內能轉化為機械能，而圖2的另一個工作過程叫壓縮沖程，在這個過程中機械能轉化為內能。7．如圖a為航母上簡化的蒸汽彈射裝置，能帶動艦載機在兩秒鐘內達到起飛速度，如圖b為四沖程汽油機的工作示意圖。下列判斷錯誤的是（D）A．圖a中氣缸內的蒸汽體積膨脹，從而推動活塞使艦載機獲得牽引力 B．圖a中氣缸內的蒸汽推動活塞時，內能減小 C．從能量轉化角度講，蒸汽彈射裝置工作時與圖b中B圖所示的工作原理相似 D．圖b中汽油機一個工作循環的正確順序是A→B→C→D解析：A、a圖中，氣缸內蒸汽體積膨脹，對外做功，其內能減小，同時推動活塞，使艦載機獲得巨大的牽引力，故A正確；B、圖a中氣缸內的蒸汽推動活塞時，內能轉化為機械能，燃氣的內能減小，故B正確；C、根據氣門的開閉情況和活塞的運動方向可以判斷出：A是吸氣沖程、B是做功沖程、C是壓縮沖程、D是排氣沖程，蒸汽彈射裝置工作時內能轉化為機械能，與汽油機的做功沖程相似，與圖b中B圖所示的工作原理相似，故C正確；D、四沖程汽油機一個工作循環由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成，所以汽油機一個工作循環的正確順序是A、C、B、D，故D錯誤。三、熱機問題（二）8．一臺單缸四沖程汽油機飛輪轉速是1200轉/min，則此內燃機每秒做功的次數和完成的沖程是（A）A．10次，完成40個沖程 B．20次，完成40個沖程 C．10次，完成20個沖程 D．20次，完成20個沖程解析：已知飛輪轉速為1200r/min＝20r/s，因為一個工作循環活塞往復2次，曲軸轉動2周，做功1次，完成4個沖程，所以該汽油機1s活塞往復20次，對外做功10次，完成40個沖程，故A正確。9．一臺單缸四沖程汽油機，飛輪轉速為3600轉/分，該汽油機活塞1s對外做功30（每個沖程飛輪轉半周）次。完全燃燒1kg汽油放出的熱量是4.6×107J，若其效率為25%消耗1kg汽油轉化為機械能是1.15×107J（q汽油＝4.6×107J/kg）。解析：（1）飛輪轉速為3600轉/分，即：1分鐘飛輪轉到3600轉，則1s內飛輪轉動＝60轉；汽油機一個工作循環活塞往復2次，曲軸轉動2周，做功1次，因此1s做功＝30次；（2）知道汽油的熱值，完全燃燒1kg汽油放出的熱量：Q＝q汽油m＝4.6×107J/kg×1kg＝4.6×107J；因為熱機的效率η＝，若其效率為25%消耗1kg汽油轉化為機械能：W＝Qη＝4.6×107J×25%＝1.15×107J。終極挑戰：（多選）10．甲、乙兩個相同的杯子中盛有質量和初溫都相同的水，另有A、B兩個金屬球，其質量和初溫也都相同，且都比水的溫度高。現將A、B兩球分別放入甲、乙兩杯水中，熱平衡后，甲杯水溫升高了15℃，乙杯水溫升高了8℃，則（AD）A．A球比熱大于B球比熱 B．A球比熱小于B球比熱 C．A球降低的溫度更多些 D．A球放出的熱量更多些解析：（1）甲、乙兩個杯子中水的質量m相同，兩球放入水中后，水吸收熱量溫度升高，甲杯的水溫升高15℃，乙杯中水溫升高8℃，即：Δt甲＞Δt乙，水的比熱c相同，不計熱量損失，由Q＝cmΔt可知，∴ΔQ甲吸＞ΔQ乙吸，∵ΔQ甲吸＝ΔQa放，ΔQ乙吸＝ΔQb放，∴ΔQA放＞ΔQB放；A球放出的熱量更多些；（2）甲、乙水的初溫t相同，Δt甲＞Δt乙，∴t甲＞t乙，∴tA＞tB，球的初溫t初相同，∴t初﹣tA＜t初﹣tB；質量相同、初溫t初相同的兩球A和B，對于A有：ΔQA放＝cAmA（tA﹣t初）…①對于b有：ΔQB放＝cBmB（tB﹣t初）…②已知：∴ΔQA放＞ΔQB放，mA＝mB，得：＞1，所以＝cAmA（tA﹣t初）＞cBmB（tB﹣t初）；∵t初﹣tA＜t初﹣tB，則有cA＞cB。（多選）11．在相同的加熱條件下，對質量為m1、比熱容為c1的物質A和質量為m2、比熱容為c2的物質B均勻加熱，物質A、B的溫度隨加熱時間的變化情況如圖所示，根據圖象分析可推斷出錯誤的結論是（ABC）A．若c1＞c2；則m1＞m2 B．若m1＝m2；則c1＜c2 C．若c1＝c2；則m1＜m2 D．若m1＜m2；則c1＞c2解析：設加熱時間相同，由于加熱條件相同，所以在相同的加熱時間內，物質A、B吸收的熱量相同，據圖可知，Δt1＜Δt2，根據Q吸＝cmΔt可得：c1m1＞c2m2，A、若c1＞c2，則m1、m2的大小關系不能確定，故A錯誤；B、若m1＝m2，則c1＞c2，故B錯誤；C、若c1＝c2，則m1＞m2，故C錯誤；D、若m1＜m2，則c1＞c2，故D正確。12．請閱讀《四缸汽油機》回答題。四缸汽油機通常汽車發動機依靠燃料在汽油機汽缸內燃燒產生的高溫高壓氣體推動活塞做功，從而對外輸出有用功。汽缸是汽油機的核心部件，活塞在汽缸內往復運動，吸氣、壓縮、做功和排氣四個沖程不斷循環進行，活塞往復運動過程中，其在汽缸內所封閉空間的體積會不斷發生變化。汽缸工作容積指活塞上表面從上止點到下止點所掃過的容積，該容積又稱單缸排量，如圖1所示，它的大小取決于活塞的橫截面積S和活塞從上止點運動到下止點距離L（即沖程長）。排量通常用升（L）或毫升（mL）來度量。單杠做功沖程所做的功W＝FL，又因為F＝pS，即單次做功W＝FL＝pSL＝pV。一般來講，汽車的排量可以反映發動機（汽油機）輸出功率的大小，所以增加汽缸數量或者增加每個汽缸的單缸排量可以提高發動機的輸出功率。因而實際的汽車發動機都有多個汽缸，比如常見的四缸、六缸和八缸發動機。多缸發動機中每個汽缸的排量都相同，每個汽缸的排量之和就是汽車發動機的排量，常見的家用小客車發動機的排量一般為0.8L～2.8L。如圖2所示為四缸發動機結構原理圖：發動機通過連桿把四個汽缸的活塞連在同一根曲軸上，并使各汽缸的做功沖程的時間相互錯開，在曲軸轉動的每半周內，都有一個汽缸處在做功沖程，其他三個汽缸分別處在吸氣、壓縮和排氣沖程。這樣既能保證發動機有足夠的輸出功率，還能讓發動機的動力連續平穩輸出，減小發動機工作時帶來的振動，從而提高乘坐汽車的舒適性。此外，對于排量已經固定的發動機，也可以通過增加發動機的轉動速度，即增加活塞的往復運動速度，以便在相同時間內增加汽缸的做功次數，從而提高發動機的輸出功率。以一輛采用四缸汽油發動機的家用小客車為例，其發動機的排量為2.0L（即該發動機中四個汽缸工作容積的總和），發動機的轉速表示每分鐘曲軸所轉的周數，用n表示，其單位為r/min（轉每分鐘）。通過測量得到了這種轎車的輸出功率與轉速的關系如圖3所示，可見在允許范圍內，發動機轉速增加時，輸出功率也增加了。根據上述材料，回答下列問題：（1）該家用小客車發動機的單缸排量（工作容積）V＝0.5L。（2）由圖3可知，該家用小客車發動機轉速在1000～4000r/min范圍內，其輸出功率與轉速大致成正比。（選填“正”或“反”）（3）該家用小客車以72km/h的速度行駛了2h，其中每個活塞的平均壓強為1.5×106Pa，單個活塞每次做功沖程做功多少焦耳？若該汽車一直以3000r/min的轉速行駛且該汽油機的熱機效率為30%，整個過程中消耗燃油多少升？（q汽油＝3.6×107J/kg，汽油密度0.8×103kg/m3）解析：（1）由題意可知，發動機的排量為2.0L，則該家用小客車發動機的單缸排量V＝＝0.5L；（2）由圖3可知，輸出功率與轉速的關系圖象是一條傾斜的直線，則其輸出功率與轉速大致成正比；（3）每個活塞的平均壓強為1.