机械能与内能的相互转化以及热学计算

教学过程

一、复习预习

1.内能是物体所有分子动能和分子势能的总和，一切物体在任何情况下都有内能。

2.热传递是改变物体内能的一种方式。热传递的实质是能量从高温物体传到低温物体或者同一物体的高温部分传到低温部分的过程。

3.比热容：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容。

二、知识讲解

考点/易错点1

做功和能量转化

（1）做功是改变内能的另一种方式。外界对物体做功，物体内能会增大；物体对外界做功，物体内能会减小。

（2）做功的实质是其他形式的能与内能的相互转化。

（3）功可以度量内能改变的多少。

（5）机械能和内能的相互转化是通过做功实现的。外界对物体做功，机械能转化为内能；物体对外界做功，内能转化为机械能。

考点/易错点2

热机的工作原理和四个冲程

（1）热机是将燃料燃烧把燃料的化学能转化为内能再转化为机械能的装置。如汽油机、柴油机。

（2）汽油机的工作过程

内燃机一个工作循环有吸气、压缩、做功和排气四个冲程。一个工作循环中，曲轴和飞轮均转动两周，对外做功一次。在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，其他三个冲程的辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。

（3）热机的效率：用来做有用功的那部分能量个燃料完全燃烧所释放的能量之比，叫热机的效率。由于热机在工作过程中存在各种能量损失，所以热机的效率总小于1。其中废气带走的能量最多，设法利用废弃的能量，是提高燃料利用率的重要措施。

考点/易错点3

热值

（1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量之比，叫做这种燃料的热值。 （2）单位：焦耳/千克，即”J/kg “，读作”焦耳每千克“。 （3）质量相等的不同燃料，完全燃烧所放出的热量一般是不同的。 （4）公式：m

q Q

=

，其中Q 表示燃料完全燃烧放出的热量，m 表示燃料的质量，q 表示该燃料的热值

考点/易错点4

热量计算

（1）物体吸、放热的简单计算：t cm Q ∆= ①吸热：)(cm 0t t Q -=吸；

②放热：)(0t t cm Q -=放。t 0表示物体初温，t 表示物体末温。

（2）燃料热值的相关计算

①固体、液体燃料完全燃烧释放热量：mq Q =放； ②气体燃料完全燃烧释放热量：Vq Q =放。 （3）热机、燃具效率：%100⨯=

）

量（燃料完全燃烧释放的能）

用来做有用功的能量（总有用Q Q η

三、例题精析

【例题1】

【题干】一台四冲程内燃机转速为600转/分，则 A.每分钟内做功150次，共有600个冲程 B.每分钟内做功600次，共有1 200个冲程 C.每秒内做功20次，共有10个冲程

D.每秒内做功5次，共有20个冲程

【答案】D

【解析】内燃机一个工作循环有四个冲程，曲轴转动两圈，做功一次。所以，每分钟内，内燃机转动600转，即300个工作循环，做功300次，共有1200个冲程。故A、B选项错误。内燃机每分钟转600转，即每秒钟转10转，完成5个工作循环，做功5次，共有20个冲程，故C选项错误，D选项正确。

【例题2】

【题干】下列过程中，将内能转化为机械能的是( )

A.流星在大气层中穿行

B.用热水泡脚，脚感觉暖和

C.汽油机的压缩冲程

D.水沸腾时水蒸气顶起水壶盖

【答案】D

【解析】流星在大气层中穿行是机械能转化为内能，故选项A不正确.用热水泡脚，脚感觉暖和属于热传递，是水的内能转移给脚，使脚的内能增加，故选项B 不正确.汽油机的压缩冲程是将机械能转化为汽油和空气混合物的内能，使其内能增加，温度升高，故选项C不正确.水沸腾时水蒸气顶起水壶盖，是水蒸气的内能转化为水壶盖的机械能，故选项D正确.

【例题3】

【题干】汽油的热值是4.6×107J/kg，它的意义是（）

A.燃烧1kg的汽油放出4.6×107J/kg的热量

B.燃烧1kg的汽油放出4.6×107J的热量

C.1kg的汽油完全燃烧放出4.6×107J的热量

D.1kg的汽油完全燃烧放出4.6×107J/kg的热量

【答案】C

【解析】热值是单位质量的燃料完全燃烧时释放的热量，故C选项正确。四、课堂运用

【基础】

1．汽车油箱的汽油用掉一半后，关于油箱内汽油的说法正确的是（）A．它的质量变为原来的一半

B．它的密度变为原来的一半

C．它的热值变为原来的一半

D．它的比热容变为原来的一半

【答案】A

【解析】汽车油箱中的汽油用掉一半后，汽油的质量减少一半，但密度、热值和比热容是不变的.故选项A正确。

2．关于“热机”，下列说法中错误的是（）

A．通过技术改进，可以使热机的效率达到100%

B．减少城市热岛效应的措施之一就是倡导“绿色出行”

C．用水而不用其它循环物质降低热机的温度，主要是利用水的比热容最大的特性

D．严寒的冬天，有人晚上把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时，水凝固而胀坏水箱

【答案】A

【解析】A、使用热机不可避免的要克服机器部件摩擦做额外功，效率不可能达到100%，所以A是错误的。B、“绿色出行”可以减少热机工作时的二氧化碳和热量的排放，是减少城市热岛效应的措施之一，所以B是正确的。C、水的比热容比较大，在升高相同的温度需要吸收更多的热量，所以利用水来降低热机的温度，所以C是正确的。D、水凝固时体积变大，就会胀坏水箱，所以冬天要把水箱中的水放出，所以D是正确的．

3．四冲程汽油机在工作过程中，内能转化为机械能的冲程是( )

A. 吸气冲程

B. 压缩冲程

C. 做功冲程

D. 排气冲程

【答案】C

【解析】做功冲程是内能转化为机械能的冲程，燃料燃烧的化学能转化为内能，高温高压的燃气推动活塞做功。故C选项正确。

4. 下列实例中，属于机械能转化为内能的是（）

A. 冬天，嘴对着双手哈气

B．流星穿过大气层时发热发光

C．汽油机的做功冲程

D．不锈钢汤勺放在热汤中

【答案】B

【解析】A、冬天，嘴对着双手哈气，是利用热传递的方式改变内能的。不符合题意。B、陨石坠入地球大气层成为流星，是陨石和空气摩擦生热的过程，是机械能转化为内能的过程。符合题意。C、汽油机的活塞在燃气推动下运动，内能转化为机械