【学习要求】

1.能用实例说明机械能和内能的转化.了解改变物体内能的两种方式.

2.能从能量转化的角度认识燃料的热值.

3.了解热机的工作原理.

4.知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义.

【知识网络】

【知识要点】

1.改变物体内能的两种方式

改变物体内能的方式有两种：做功和热传递.做功和热传递对改变物体的内能是等效的.

2.燃料的热值

1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值.热值用q来表示，即

热值的国际单位是焦/千克（J/kg），热值是燃料的一种属性.

3.汽油机的工作过程

汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成.每个工作循环活塞向上、向下运动各两次，曲轴转动两周，对外做功一次.

在压缩冲程中，机械能转化为内能.在做功冲程中，内能转化为机械能.

【典型例题】

例1　在寒冷的冬天为使自己的手暖和一些，请你写出两种方法（需应用不同的物理知识），并简要说明理由.

方法一：__________________________________________________________________.

理由一：__________________________________________________________________.

方法二：__________________________________________________________________.

理由二：__________________________________________________________________.

点拨　这是生活中常常遇到的一个问题，我们不仅要知道多种方法，还要懂得如何将生活实践与物理知识联系起来.

例2　一个物体温度升高了，表明（　　）.

A.一定对物体做了功　　B.物体一定吸收了热量

C.可能对物体做了功，也可能是物体吸收了热量　　D.物体的机械能增加

点拨　本题属于条件开放题.物体内能增加，可以是对物体做了功，也可以是物体吸收了热量.物体内能减小，可以是物体放出了热量，也可以是物体对外做了功.

例3　有关四冲程内燃机的叙述中，不正确的说法是（　　）.

A.工作中只有做功冲程把内能转化为机械能

B.工作中压缩冲程是把内能转化为机械能

C.工作开始时要靠外力启动

D.每一个工作循环，燃气只做功一次

点拨　吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成了内燃机的一个工作循环.

例4　某年的“五一”期间，小明全家开车去“苏州乐园”游玩.当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机的牵引力为1000N，效率为30%，汽油的热值为4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧，g取10N/kg），则：

（1）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率.

（2）若汽车按照这种方式行驶，这次旅行全程往返250km，牵引力做的功是多少？小明应该提醒爸爸至少要加汽油多少千克？

点拨　本题是一道综合题，涉及机械功、功率、效率、燃料的热值、燃料燃烧放热等众多知识点，需要综合运用上述知识中的计算公式，找出等量关系，正确计算.

【例题解析】

例1：方法一：搓手，使手暖和.理由一：用做功的方法改变物体的内能.方法二：用热水袋取暖，使手暖和.理由二：用热传递的方法改变物体的内能.

例2：物体的温度升高了，说明它的内能增加了，而改变物体内能的方式有两种，且做功和热传递对改变物体的内能是等效的.所以，选项A、B错误，选项C正确.而物体的机械能与内能之间并无直接关系，所以，选项D错误.答案为C.

例3：在内燃机的四个冲程中，只有在做功冲程中，燃气才对外做功，内能转化为机械能.压缩冲程中机械能转化为内能.内燃机开始工作需要外力启动.所以，选项A、C、D正确，选项B错误，答案为B.

例4：（1）由牵引力的功率，牵引力所做的功W=Fs，速度公式为，得出.　（2）牵引力做功W=Fs=1×103N×250×103 m=2.5×108J.汽车发动机工作时，汽油燃烧放出热量，内能转化为机械能，但其中有热传递散热和克服摩擦等原因造成的能量损耗.根据Q放·η=W，再由Q放=m·q可得m·q×30%=2.5×108J，，得出至少需要汽油质量为18.12kg.(www.daowen.com)

自我评估

一、选择题

1.2018年4月2日，“天宫一号”圆满完成预定任务后再入大气层.重8.5t的“天宫一号”在再入大气层过程中，绝大部分器件在大气层中与大气层摩擦烧蚀销毁，最后少部分残骸坠入南太平洋.在这个过程中，“天宫一号”的绝大部分器件的机械能（　　）.

A.通过热传递转化为大气的内能

B.通过重力做功转化为大气的内能

C.通过摩擦做功转化为大气的内能

D.通过重力做功转化为残骸的内能

2.以下实例中，通过做功来改变物体内能的是（　　）.

A.冬天，两手相互摩擦，手感到暖和　　B.在饮料中放入一些冰块，饮料变凉

C.柏油马路被阳光晒热　　D.金属小勺在热汤中放一段时间后会烫手

3.在小明沿着滑梯匀速下滑的过程中，下列说法正确的是（　　）.

A.他的动能增大，势能减小，机械能不变

B.他的动能不变，势能减小，机械能减小，内能增大

C.他的动能增大，势能减小，机械能不变，内能增大

D.他的动能不变，势能不变，机械能不变

4.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及的主要能量转化情况，对下面流程中①②③④的补充，正确的是（　　）.

A.①做功冲程，②内能转化为机械能，③压缩冲程，④机械能转化为内能

B.①压缩冲程，②内能转化为机械能，③做功冲程，④机械能转化为内能

C.①做功冲程，②机械能转化为内能，③压缩冲程，④内能转化为机械能

D.①压缩冲程，②机械能转化为内能，③做功冲程，④内能转化为机械能

5.小李家使用的燃气热水器将30kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气.已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为4×107J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析，正确的是（　　）.

A.水吸收的热量与水的末温成正比

B.水吸收的热量是3.15×105J

C.热水器的能量转化效率是52.5%

D.热水器的能量转化效率与环境温度无关

6.关于燃料的热值，以下说法正确的是（　　）.

A.燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关

B.燃烧1kg某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值

C.燃料燃烧时，质量越大，热值越大

D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小

二、填空题

7.一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速为2400r/min，则在1s内，柴油机完成________个冲程；对外做功的次数是________次.

8.为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值，小明采用如图7-7所示的装置进行实验：他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中，点燃它们，分别给装有质量相等的水的两个相同烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧.

图　7-7

（1）小明设计了一张记录实验数据的表格，其中①②两项内容漏写了，请你帮他补充完整.

（2）实验后小明根据数据利用公式Q=cmΔt算出了水吸收的热量，结合“10g酒精”这一数据，算出了酒精的热值，算出的酒精热值是否可靠，请说明理由：__________________________________________________________________________________________.

三、计算题

9.2017年5月18日，我国在世界上第一次对可燃冰实现安全可控开采.1m3可燃冰分解后，可释放出约150m3天然气，已知q天然气=2.1×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg·℃）.

（1）1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是多少？

（2）若上述热量全部被水吸收，可将多少千克的水从20℃加热至95℃？