资料简介
第十三章 内能与热机
第一节 物体的内能
你还记得吗
?
在热水和冷水混合变成温水的过程中，热水失去了一种能量，冷水得到了一种能量。
这究竟是一种什么形式的能量呢？
热水
温水
冷水
还记得
《
分子动理论
》
吗？
物体是由大量的
____
组成的；分子在不停地做无规则
；分子之间存在着
。
分子有能量吗？
分子
运动
相互作用的引力和斥力
物体内所有分子由于热运动而具有的动能以及分子之间势能的总和
物体的内能
——
物体的内能跟哪些因素有关？
思考
质量的大小、温度的高低
内能跟温度有什么关系？
结论：
一个物体温度升高时，它的内能
_____
；温度降低时，内能就会
_____
。
增加
减少
判断下列说法是否正确
?
一个物体温度升高，内能增加（ ）
温度越高的物体，内能越多（ ）
20℃
的水一定比
80℃
的水内能小（ ）
0℃
的物体的内能也为
0
（ ）
放在地面上静止的物体，它不具有任何形式的能（ ）
√
×
×
×
×
有一根铁丝，你能通过哪些方法使它的温度升高？（使它的内能增加）
想一想
※
热传递
改变内能的两种方式
※
做功
总结
A
、放在太阳下晒；
B
、在石头上摩擦；
C
、放在热水中烫；
D
、放在火上烧；
E
、用锤子敲
F
、放在手中捂
G
、用力反复弯折；
将铁丝放在热水中
实例分析
1
、热传递的方式改变物体的内能
铁丝，吸收热量，内能增加；热水，放出热量，内能减少。
2
、热传递过程中，是内能的转移
3
、在热传递过程中，内能改变的多少可用传递的热量来量度
实例分析
1
、通过做功的方式改变物体的内能。
对物体做功，内能增加；物体对外做功，内能减少。
2
、做功过程中，是机械能与内能相互转化。
3
、在做功过程中，内能改变的多少可用做功的多少来量度。
改变物体的内能
方式
内能如何变化
能的种类是否改变
如何量度改变了多少
热传递
做功（机械功）
物体吸收热量，内能
增加
；物体放出热量，内能
减少
。
对物体做功，内能
增加
；物体对外做功，内能
减少
。
不变，内能的转移
改变，机械能与内能相互转化
传递热量的多少
做功的多少
热传递和做功改变物体内能是
等效
的。
钻木取火
哟！屁股真烫呀！
小青蛙：天冷了，晒晒太阳！
下列图示现象是利用什么方式改变物体的内能的？
天冷了，搓搓手
下列图示现象是利用什么方式改变物体的内能的？
火箭升空
水壶烧水
壶里的水沸腾时，壶盖常会向上跳动
下列现象是利用什么方式改变物体的内能的
？
用锯子锯木头，锯条发热了。
阳光下的冰块很快就熔化了。
用热水袋取暖
用打气筒给自行车打气，过一会，气筒壁发热
讨论
若物体吸收热量，内能增加，温度是否一定升高
?
若物体内能增加
,
是否一定是吸收了热量
?
用打气筒通过塞子的孔往瓶里打气，这是用
做功
的方法使瓶里的气体内能增加，温度升高；当瓶塞跳起来，是对
瓶塞
做功，
水蒸气
的内能减少，温度降低，水蒸气遇冷，
液化
(
填物态变化名称
)
成小水滴，观察到“雾”这种现象。
什么叫热量
定义
:
在热传递过程中
,
转移能量的多少叫热量，用符号
Q
表示。
3
、改变内能的方法
A.
做功
B.
热传递
4
、热量：物体通过热传递方式改变的内能。
＊热量的单位是焦耳（Ｊ）
1
、一切物体都有内能，内能的大小跟温度有关。
2
、内能的单位是焦耳（Ｊ）
小结：
第十三章 内能与热机
第二节 科学探究：物质的比热容
凉
烫
中午
凉
暖和
家里来了客人，为了让客人尽快喝上开水。我们应该怎么做？为什么？
生活经验告诉我们：
物体吸收热量的多少可能跟哪些因素有关呢？
不同物质的吸热能力是否相同？
1
、怎样科学地研究物体吸收热量多少与物质种类的关系？小组讨论实验方案。
组内讨论：
2
、实验中要注意测量和记录哪些物理量？
制订计划
1
、水和油的质量均为
70g.
2
、加热前先测出水的初温
t
1
，并记录下来。注意温度计的正确使用。
3
、加热开始时同时计时，加热两分钟后停止加热，同时用温度计测出末温
t
2
，
并记录。
4
、分析实验数据，并进行组间的交流。
液体名称
液体质量
m
液体初温
t
1
液体末温
t
2
升高温度
⊿
t
加热时间
水
1
70g
水
2
70g
油
1
70g
油
2
70g
分析与论证：
1
、相同质量的同种物质，
吸收相同热量，升高的温度是相同的。
2
、相同质量的不同种物质，
吸收相同热量，升高的温度是不同的。
不同物质的吸热能力不同。
反思一下本组做的实验，思考：有哪些不足之处和需要改进的地方？
评估：
单位质量的某种物质温度升高（降低）
1℃
所吸收（放出）的热量叫做这种物质的比热容。
符号：
c
单位：
J/(kg · ℃)
为了表示不同物质吸热能力的不同，我们引入了 这个物理量。
比热容
水
4.2×10
3
砂石
0.92×10
3
铁
.
钢
0.46×10
3
煤油
2.1×10
3
玻璃
0.67×10
3
铜
0.39×10
3
酒精
2.4×10
3
橡胶
1.7×10
3
水银
0.14×10
3
冰
2.1×10
3
水蒸气
1.88×10
3
铝
0.88×10
3
甘油
2.5×10
3
干泥土
0.84×10
3
铅
0.13×10
3
几种物质的比热容
[J/
（
kg·℃
）
]
你能从上表中获得哪些信息？
思考一下：物质的比热容大意味着什么？
现在你能否解释中午和晚上沙滩和海水温度的差异？
用物理的眼光看待生活
“
水的比热容大
”
这一特点在人们的日常生活和生产
中具有重要的意义。你能举几例吗？
交流讨论：
某家庭用水壶烧水时，使
2kg
的水由
20℃
升高到
100℃
要吸收
________J
的热量。
[
c
水
=4.2×10
3
J
／
(kg·℃)]
热量计算公式：
Q
＝
cm⊿t
第十三章 内能与热机
第三节 内燃机
汽车奔驰
飞机凌空穿云
舰船劈波斩浪
列车飞驶
它们为什么能大显神威？
1.
热机的概念：利用内能做功，并将其转化为机械能的机械。
利用内能做功的机器有很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
蒸汽机车
蒸汽机车
喷气发动机
火电站的汽轮机
2.
热机的种类
:
汽油机
火花塞
气缸
进气道
活塞
连杆
排气
道
曲轴
飞轮
进气
阀
排气
阀
冲程：汽油机工作时，活塞在汽缸里做往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
汽油机的工作过程
吸气冲程
汽油和空气
进气阀打开，排气阀关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气阀吸入气缸。
压缩冲程
进气阀和排气阀都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。
排气冲程
燃烧后的废气
进气阀关闭，排气阀打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
做功冲程
在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
(1)
内燃机工作时，四个冲程周而复始，在内燃机的一个工作循环中
,
活塞来回往复两次
,
曲轴转动两周
,
对外做功一次。
(2)
只有做功冲程是对外做功的，其余的三个冲程是辅助冲程，要靠装在曲轴上的大飞轮的惯性来带动。
(3)
在压缩冲程中
,
是机械能转化成内能
,
在做功冲程中
,
是内能转化为机械能。
气缸
活塞
连杆
曲轴
柴油机
排气门
进气门
喷油嘴
喷油嘴
吸气冲程
空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。
压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
做功冲程
在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
排气冲程
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
内燃机的应用
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
(1)
汽油机的应用
(2)
柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
1.
基本构造和主要部件的作用相似。
2
.
每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
3
.
四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
4
.
一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。
相同点
1.
构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。
2
.
燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。
3
.
吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。
4
.
点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
不同点
讨论柴油机和汽油机的区别
:
区别
汽油机
柴油机
结构
工作过程
吸气冲程
压缩冲程
体积
,
压
强
,
温度
体积
,
压
强
,
温度
点火方式
优缺点
火花塞
喷油嘴
汽油和空气的混合物
只吸入空气
变小
变大
升高
更小
更大
更高
火花塞点火
(
点燃式
)
压缩空气达到雾状柴油
着火点
,
不需点燃
(
压燃式
)
轻便、效率低等
笨重、效率高等
小结
第十三章 内能与热机
第四节 热机效率和环境保护
说一说：在我们的生活中，会使用哪些燃料？
约
2.8kg
约
1.16kg
约
0.73kg
说明
：
不同燃料燃烧释放的能量不同
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
国际单位：焦每千克；符号：
J/kg
。
气体燃料的单位：焦每立方米；符号：
J/m
3
。
燃料的热值
热值在数值上等于
1 kg
某种燃料完全燃烧放出的热量。
1.
热值的定义
2.
物理意义
3.
单位
请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。
4.
了解燃料的热值表
用
Q
放
表示放出的热量，
q
代表燃料的热值，
m
代表燃料的质量。
Q
放
=qm
如果是气体燃料，公式又是什么样的？
Q
放
=qV
5.
有关热值的计算
例
1
：计算
5 kg
汽油完全燃烧释放的热量。 （
q
=4.6×10
7
J/kg
）
已知：
m
=5kg,
q
=
4.6×10
7
J/kg
求
:
Q
解
:
Q
=
m q
=5 kg×4.6×10
7
J/kg
=2.3×10
8
J
答
:
完全燃烧释放的热量为
2.3×10
8
J
。
热机的效率
——
燃料燃烧所做的有用功与完全燃烧所放出的能量之比。
由于热机能量损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低。
热机的效率总是小于
100%
的。
热机效率
如：燃料不完全燃烧、废气、克服摩擦、机械传热等因素都会带走部分能量。
1
、部分燃料未完全燃烧
2
、克服摩擦消耗能量
转变为对外做有用功的能量
4
、机械传热损失能量
3
、废气排出带走能量
热机中燃料释放能量的主要走向示意图
化学能（
100﹪
）
内能
机械能
燃烧不完全损失的能量
废气带走的能量
克服摩擦损失的能量
电流通过导线时发热损失的能量
散热损失的能量
发电机
蒸汽轮机
锅炉
散热损失的能量
克服摩擦损失的能量
电能（
30﹪
）
火电站能流图
提高热机效率的主要途径
:
减少热机工作中的各种能量损失。
具体方法
:
首先要减少燃烧过程中的热量损失（让燃料充分燃烧）
；
其次是减小机械摩擦以减少机械损失（如选用优良的润滑材料）；
再次是要尽量简化机械传动部分
,
以减少机械损失。
议一议：怎样提高机械效率？
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题：
环境保护
1.
对人体健康的直接危害
,
硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多
,
可以侵入肺的深部组织
,
引起肺水肿等疾病而使人致死。
2.
引起河流、湖泊的水体酸化
,
严重影响水生动植物的生长。
3.
破坏土壤、植被、森林。
4.
腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料。
5.
渗入地下
,
使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍。
酸雨的危害
政府为减轻酸雨对环境的危害，加强取缔大量排放废气的工厂和汽车，要求加装防止污染的设备
(
如汽车加装触煤转换器，使用无铅汽油
)
，也希望民众配合，养成节约能源的习惯。
减少人为硫氧化物和氮氧化物的排放，研制煤炭中硫资源的综合开发与利用，发展洁净煤技术、清洁燃烧技术等。
措施：
什么是燃料的热值？
燃料完全燃烧时放出热量如何计算
?
提高热机的效率与节能环保
小 结
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