文档内容
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
专题13 内能和内能的利用
一、思维导图
二、新课标要求
1.3.1 知道常见的物质是由分子、原子构成的。
2.1.2 知道自然界和生活中简单的热现象。了解分子热运动的主要特点，知道分子动理论的基
本观点。
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产生活的联系。
1关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
3.1.2 通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体，不同形式的能量可以相互转化。
3.3.1 了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。
3.3.2 通过实验，了解比热容，尝试用比热容说明简单的自然现象。
3.3.3 了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
3.5.1 知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析
问题的意识。
3.5.2 从能量转化和转移的角度认识效率。
三、知识梳理与典例
一、分子动理论
1. 物质的构成
物质是由大量及其微小的粒子——分子、原子构成的。分子的直径很小，通常以 10 -10 m为单位
来量度，所以物质中都包含大量的分子，如一小水滴中含有约1021个水分子。
2. 构成物质的分子在不停地做热运动
（1）扩散
①不同物质相互接触时，彼此进入对方的现象叫扩散。
②扩散现象表明：一切物质的分子都在不停地做无规则运动，物质的分子间存在间隙。
③影响扩散的因素：温度越高，扩散越快。
④气体、液体和固体之间都可以发生扩散现象，不同状态的物质之间也可以发生。气体扩散最
快，液体较快，固体最慢。
（2）分子热运动
一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，这种无规则运动叫分子的热运动。温度越高，分
子运动越剧烈，温度是物体分子热运动剧烈程度的标志。
3. 分子间的作用力
（1）分子间存在着引力和斥力
①当两个分子的距离处于平衡距离时，分子间的引力等于斥力；
②当两个分子的距离变大时，分子间的作用力表现为引力；
③当两个分子的距离变小时，分子间的作用力表现为斥力。
（2）物质的三种状态与分子间作用力的关系
①固态分子间距离很小，分子间的作用力很大，只能在平衡位置附近振动。固体很难被压缩和
拉伸，具有一定的体积和形状。
②液态分子间距离比固体稍大，作用力较大，既可以振动，也可以移动。液体较难被压缩，具
2关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
有一定的体积，没有确定的形状，可以流动。
③气态分子间距离很大，分子间力的作用可以忽略，能够自由移动。气体没有一定的体积和形
状，具有流动性，容易被压缩。
【例题1】装修房屋时，如果选用不环保的材料会闻到对人体有害的刺激性气味。材料散发出
刺激性气味是 现象，说明了 。这种现象在夏天特别明显，原因是 ，所以我们要
选用优质环保的材料进行装修。
【答案】扩散；分子在做不停息的无规则运动；温度越高，分子热运动越剧烈。
【详解】闻到刺激性气味是由于不环保材料的分子进入到空气中，属于不同物质相互接触时彼
此进入对方的现象，这种现象叫做扩散现象；扩散现象说明一切物质的分子都在做永不停息的无规
则运动。
扩散现象与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈，扩散得越快，所以装修房屋时闻到刺激
性气味的现象在夏天特别明显。
【例题2】图甲所示的实验常用来说明分子之间存在引力，但小亮觉得也可能是大气压力把两
块铅柱挤压在一起使之难以分开，于是他想在真空罩内重做这个实验，如图乙所示。当逐渐抽出真
空罩中的空气时，若两块铅柱被重物拉开了，则说明两块铅柱难以分开是因为它们受到了 的
作用；若两块铅柱仍然没有被重物拉开，则说明它们难以分开是因为它们受到了 的作用。
【答案】大气压力，分子引力。
【详解】将两块在空气中挤压在一起的铅柱放在真空罩中，空气抽掉后，铅柱不受到大气压力
的作用，两块铅柱被拉开，说明是受到大气压力的作用，两块铅柱仍很难被分开，说明它们受到分
子引力的作用。
【例题3】物质是由 组成的，如图所示是表示物质处于固、液、气三种状态时分子的分
布，丙图分子间间距较大，作用力 ， 图表示固体分子之间的相互作用情况。
【答案】分子，较小，甲。
【详解】物质是由分子组成的，分子由原子组成，原子由更小的原子核和核外电子组成。
分子间间距最小的物质为固态，形状、体积不易改变，说明分子间作用力较强；液体分子间距
离介于固体和气体分子间距离之间，形状随容器形状的变化而变化，但体积不易改变，说明分子间
3关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
作用力较固体弱；气体分子间距离最大，体积随容器容积的增大而增大，形状随容器形状的变化而
变化，说明分子间作用力最弱。所以，丙图分子间间距较大，作用力较小，甲图表示固体分子之间
的相互作用情况。
二、内能
1. 内能的概念
（1）分子动能：构成物质的分子在不停地做热运动，物体内大量分子做无规则热运动所具有
的能称为分子动能。
（2）分子势能：由于分子之间存在类似弹簧形变时的相互作用力，所以分子具有势能，叫做
分子势能。
（3）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。内
能的单位：焦耳，简称焦，符号J。
2. 影响物体内能大小的因素
（1）温度是影响物体内能的一个重要因素。同一个物体，温度越高，它具有的内能就越大。
（2）物体的内能跟质量有关。在温度一定时，物体的质量越大，也就是分子的数量越多，物
体的内能就越大。
（3）物体的内能还和物体的状态（体积）有关。例如0℃的冰吸热熔化成0℃的水时，体积变
小，分子间的距离变小，作用力变大，水的内能变大。
3. 理解的物体内能
（1）内能是指物体的内能，不是分子的，更不能说内能是个别分子和少数分子所具有的。内
能是物体内部所有分子共同具有的分子动能和势能的总和，所以，单纯考虑一个分子的动能和势能
是没有意义的。
（2）任何物体在任何情况下都具有内能。
4. 热量
（1）热量（Q）：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。热量是能量转移多少的量度，
是一个过程量，它存在于热传递的过程中，只有发生热传递，有能量的转移，才能讨论热量问题，
离开热传递谈热量就没有意义。
（2）热量的单位：在国际单位制中，热量单位是焦耳，符号是J。
4关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
5. 改变物体内能的两种方法
（1）热传递可以改变物体的内能
热传递改变物体的内能，实质上是内能的转移，即内能从一个物体转移到另一个物体或从物体
的一部分转移到另一部分，没有不同形式能量的相互转化；
（2）做功也可以改变物体的内能
做功改变物体的内能，实质是能量的转化，是内能与其他形式的能发生了相互转化。
【例题1】如图所示情景中，下列物体的内能增加的是（ ）
①搓手取暖 ②用火烧水 ③水蒸气将塞子冲
出 ④压缩中的空气
A．①②③ B．③④ C．①② D．①②④
【答案】D
【详解】①搓手取暖因摩擦而发热，属于做功改变物体的内能，内能变大；
②用火烧水，属于热传递改变物体的内能，水的内能变大；
③水蒸气将塞子冲出，水蒸气对外做功，本身的内能减少；
④压缩中的空气，对空气做功，空气的内能变大。
故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。
【例题2】下列关于内能知识的描述正确的是（ ）
A．物体温度越高内能越大，所以0℃的冰没有内能
B．温度越高的物体含有的热量越多，所以0℃的冰没有热量
C．摩擦生热是通过做功的方式改变了物体的内能
D．物体吸收热量，内能增加，温度一定升高
【答案】C
【详解】A．一切物体，无论温度高低，都具有内能，0℃的冰有内能，故A错误；
B．热量是过程量，不能说含有多少热量，故B错误；
C．摩擦生热，机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能，故C正确；
D．物体吸收热量，内能增加，但温度不一定升高，例如晶体熔化时，吸热内能增加，但温度
不变，故D错误。
故选C。
5关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
【例题3】如图所示，把图钉按在铅笔的一端，手握铅笔使图钉钉帽在粗糙的硬纸板上来回摩
擦，然后用手轻触钉帽，感觉钉帽的温度明显升高了，甚至发烫。关于该实验，下列说法正确的是
（ ）
A．钉帽的温度升高，内能不变
B．此实验中改变图钉钉帽内能的方式是热传递
C．摩擦后钉帽的分子热运动更剧烈
D．钉帽的内能的大小等于钉帽克服摩擦力做功的多少
【答案】C
【详解】A．物体的内能增加物体的温度才会升高，所以由图钉的温度升高可知其内能增加，
故A错误；
B．硬纸板对图钉钉帽做功使其内能增加，因此改变图钉内能的方式是做功，故B错误；
C．钉帽温度升高，甚至发烫，说明钉帽分子热运动更剧烈，故C正确；
D．钉帽和硬纸板内能增加的大小之和等于图钉克服摩擦力做功的多少，故D错误。
故选C。
三、比热容
1. 比热容的概念
（1）定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之
比，叫做这种物质的比热容，用符号c表示。
（2）定义式： 。
（3）单位： 焦 / （ 千克 · ℃） ，符号是： J/ （ kg·℃ ） ，由质量、温度和热量的单位组合而成。
（4）物理意义：表示不同物质的吸热能力（本领）的大小。如水的比热容是
4.2×103J/（kg·℃），表示1kg的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。
2. 对比热容的理解
（1）比热容是物质的特性之一。物质的比热容不会因为物质吸收或放出热量的多少而改变，
也不会因为质量的多少或温度变化的多少而改变。也就是说，比热容的大小只与物质的种类及其状
态（固态、液态和气态）有关，与物质的质量、吸收的热量、温度的变化无关。
6关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
（2）不同物质的比热容一般不同。同种物质在同一状态下，比热容是一个不变的值。如果物
质的状态改变了，比热容的大小往往随之改变，如水变成冰，比热容变小。
（3）单位质量的某种物质，温度降低1 °C所放出的热量，与它温度升高1 °C所吸收的热量相
等，数值上也等于它的比热容。
3. 水的比热容
（1）在常见物质中，水的比热容比较大。表明在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化要
小些。
（2）应用：作散热剂或冷却剂。如汽车发动机用水作冷却剂；如冬天用水作取暖设备的供热
介质等。
（3）解释现象
沙漠地区昼夜温差比较大，沿海地区昼夜温差比较小。这是由于水的比热容比较大，一定质量
的水与相同质量的沙石相比，吸收或放出相同的热量时，水的温度变化比较小。
4. 热量的计算
（1）物质吸热时，热量的计算：Q = cm △ t=cm ( t-t )；
吸 0
（2）物质放热时，热量的计算：Q = cm △ t= cm ( t - t ) 。
放 0
Q 表示吸收的热量，Q 表示放出的热量，单位：焦（J）。
吸 放
c表示比热容，单位： 焦 / （ 千克 · ℃） （J/（kg·℃）
m表示质量，单位：千克（kg）
△t表示温度的变化量（升高或降低的温度），t—初温、t—末温，单位：℃。
0
5. 热平衡
（1）概念：两个温度不同的物体放在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收
热量，温度升高.若放出的热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达
到热平衡”.
（2）热平衡方程：Q = Q
吸 放
【例题1】依据表格中的数据，下列说法正确的是（ ）
A．一杯水倒出一半，杯内剩余水的比热容变小
B．水和砂石放出相等热量，水的温度降低得较多
C．水的比热容表示水的温度升高1°C吸收的热量是4.2×103J
D．质量相等的水和煤油，吸收相等热量，煤油温度升高得较多
物质 比热容c/【J/(kg·°C)】
水 4.2×103
7关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
煤油 2.1×103
砂石 约0.92×103
【答案】D
【详解】A．比热容是物质特有的一种物理属性，只跟物质的种类、状态有关，所以一杯水倒
出一半，杯内剩余水的比热容不变，故A错误；
B．根据Q=cmΔt可知，相同质量的水和沙石放出相等热量，由于沙石的比热容比水小，则沙
石的温度降低得较多，故B错误；
C．水的比热容表示的是1kg的水温度升高（或降低）1°C时吸收（或放出）的热量是
4.2×103J，故C错误；
D．根据Q=cmΔt可知，相同质量的水和煤油吸收相等热量，由于煤油的比热容比水小，则沙
石的温度升高得较多，故D正确。
故选D。
【例题2】“早穿皮袄午穿纱”表明沙漠地区昼夜温差大，而沿海地区则昼夜温差小，这是因
为水比砂石的 大，楼房中的“暖气”用水作为介质，正是利用了水的这一特性。某同学家
“暖气”管道中500kg的水从65℃降低到35℃，放出的热量为 J，这一过程中水的内能减
少。除热传递外， 也可以改变物体的内能。[c =4.2×103J/(kg·℃)]
水
【答案】比热容，6.3×107J，做功。
【详解】沙漠地区昼夜温差大，而沿海地区则昼夜温差小，这是因为水比砂石的比热容大，相
同质量的水和砂石，白天吸收相同的热量后，水的温度升高的少；夜晚放出相同的热量后，水的温
度降低的少。
放出的热量Q =c m(t-t)=4.2×103J/(kg·℃)×500kg×(65℃-35℃)=6.3×107J
放 水 0
改变内能的方式有两种：做功和热传递。
【例题3】甲物体质量为2kg，乙、丙两物体质量都为1kg，三个物体初始温度都是20℃，吸
收相同热量后温度如图，以下说法正确的是（ ）
A．甲的比热容比乙的大
8关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
B．乙的比热容与丙的相等
C．若乙、丙都升高相同的温度，乙比丙吸收的热量多
D．若甲、丙都升高相同的温度，丙比甲吸收的热量多
【答案】C
【详解】A．甲、乙物体质量为m =2m ，它们的温度变化量为Δt =2Δt
甲 乙 乙 甲
吸收相同热量，根据Q=cmΔt可知 c m Δt =c m Δt ，得c =c ，故A错误；
甲 甲 甲 乙 乙 乙 甲 乙
B．根据A解析，同理可得c m Δt =c m Δt c ×1kg×20℃=c ×1kg×30℃
乙 乙 乙 丙 丙 丙 乙 丙
解得c =1.5c ，乙的比热容与丙的不相等，故B错误；
乙 丙
C．若乙、丙都升高相同的温度，即Δt′ =Δt′ ，乙、丙的质量都相等，都为1kg，根据比热容
乙 丙
公式Q=cmΔt可知
Q' c
乙 = 乙
Q' c
丙 丙
可得 Q′ =1.5Q′ ,故C正确；
乙 丙
D．根据C解析，同理可得
Q' 2c
甲 = 甲
Q' c
丙 丙
c =c =1.5c
甲 乙 丙
结合上面两式，可得Q′ =3Q′ ,，故D错误。故选C。
甲 丙
四、热机
1. 热机
（1）热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等发动机都是利用燃烧燃料释放
的内能做功的装置，都是热机。
（2）热机的种类：常见的有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
（3）热机的工作原理：燃料的化学能→内能→机械能。
（4）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分
为汽油机和柴油机两类。
2. 汽油机
（1）工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
（2）主要结构：汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。
（3）工作过程
①冲程：活塞在气缸内往复运动，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
②四个冲程：汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气
9关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
冲程。
③完成一个工作循环，活塞往复运动2 次，飞轮转动2 周，对外做功1 次.
④汽油机的工作过程
冲程 活塞
进气门 排气门 冲程的作用 能量转化
名称 运动
吸气
开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物
冲程
压缩 压缩燃料和空气的混合物， 机械能转
闭 闭 向上
冲程 使其内能增大，温度升高 化为内能
火花塞产生电火花，点燃燃
做功 内能转化
闭 闭 向下 料，高温高压的燃气推动活
冲程 为机械能
塞做功，带动飞轮转动
排气
闭 开 向上 排出废气
冲程
（4）柴油机与汽油机的异同
柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作
循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点：
①汽油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压
的气体（俗称“ 点 燃 式”）；柴油机汽缸顶部只有喷油嘴，在压缩冲程末，压缩空气的温度已经超
过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“压燃式”）。
②汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。
【例题1】如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到
试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（ ）
A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的
B．试管中的水沸腾时吸收热量，温度升高
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能增加
D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同
10关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
【答案】D
【详解】A．试管中的水在升温过程中是通过热传递的方式增加内能的，故A错误；
B．试管中的水沸腾时吸收热量，温度不变，故B错误；
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能减小，故C错误；
D．水蒸气对橡皮塞做功，将内能转化为机械能，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相
同，故D正确。
故选D。
【例题2】如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中能使汽车获得动力的冲程是
（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D． 排气冲程
【答案】C
【详解】在汽油机中只有做功冲程是靠燃气推动活塞做功，使汽车获得动力，其它的三个冲程
都是靠惯性完成的，故使汽车获得动力的冲程是做功冲程；
A．图中：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，故A不符合题意；
B．图中：两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，故B不符合题意；
C．图中：两气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，故C符
合题意；
D．图中：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故D不符合题意。
故选C。
五、热机的效率
1. 燃料（可燃烧的物质）
（1）燃料的种类：常见的固体燃料如木柴、煤；液体燃料如汽油、酒精；气体燃料如煤气、
天然气等。
（2）燃料燃烧时能量的转化：燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转
化为内能。
2．热值
（1）定义：我们把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。热值
11关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
在数值上等于1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。
（2）公式：q =
Q 是燃料放出的热量，单位是J；m是质量，单位是kg；q是热值，单位是J/kg。
放
（3）单位： 焦 / 千克 ，符号J/kg。
（4）热值的物理意义
热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示
1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。
热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。同
种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
（5）燃料燃烧放出热量：Q ＝ qm ；
放
（6）气体燃料的热值：q=
V表示气体燃料的体积，单位是m3； Q表示放出的热量，单位是J；q表示气体燃料的热值，
单位使用 焦 / 米 3（J/m3 ）。
3. 热机的效率
（1）用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。
W W
有用 有用
η= =
Q qm
总
（2）公式： 。
（3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利
用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
（4）提高热机效率的主要途径
①尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量
大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供
热，这就是热电站。
②在热机的设计和制造上，采用先进的技术。
③使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而
额外消耗的能量。
（5）热机效率总小于1的原因
因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的
损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出
的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。
【例题1】关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ）
A．没有燃烧的燃料，热值等于零
12关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
B．燃料完全燃烧时，它的热值最大
C．燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
【答案】C
【详解】ABC．热值是燃料自身的一种属性，大小与燃料的质量、温度、燃烧情况无关，故
AB错误，C正确；
D．根据公式Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量多少与燃料的热值、燃料的质量有关，与燃烧
时的温度无关，故D错误。
故选C。
【例题2】下列选项可能符合汽车等热机能量流向的是（ ）
A B
C D
【答案】D
【详解】热机燃烧燃料放出的能量，有部分转化为提供热机动力的机械能，还有相当部分能量
散失了。而汽油机的效率一般为20%~30%，则机械能约为
W =ηW=30%×1000J=300J
机械能
散失的内能W =W-W =1000J-300J=700J
内能 机械能
故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。
【例题3】天然气热水器将40kg的水从15°C加热到65°C，此过程中天然气完全燃烧释放热量
的84%被水吸收，水吸收热量 J，天然气完全燃烧释放热量 J，需要消耗天然气 kg，
这是通过 方式改变水的内能。[c =4.2×103J/(kg⋅°C)，q =4×107J/kg]
水 天然气
【答案】8.4×106J，1×107J，0.25，热传递。
【详解】将40kg的水从15°C加热到65°C，水吸收热量
Q=cm(t-t)=4.2×103J/(kg⋅°C)×40kg×(65°C-15°C)=8.4×106J
0 1
此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收，则天然气完全燃烧释放热量
Q
Q = 吸 =1×107J
放 84%
需要消耗的天然气质量
13关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
Q 1×107J
m'= 放 = =0.25kg
q 4×107J/kg
天然气
改变内能的方式有两种，分别是热传递和做功，用天然气烧水是通过热传递改变水的内能。
【例题4】汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。
材料一：如图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约
只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。
材料二：排出的尾气除了CO、HO外，还有CO、NO、NO 及未燃烧的碳氢化合物等有害气
2 2 2
体。
结合材料：
（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。
（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
【答案】（1）见解析；（2）见解析。
【详解】（1）汽车行驶时的能量转化分析：汽车的化学能转化为气体内能，然后再转化为活
塞的机械能，最后为汽车机械能，转化率很低；损耗途径分析：绝大部分是以热能形式损失的，部
分是未完全燃烧的碳氢化合物损失，有少量是汽油蒸发损失。
（2）技术改进建议：减少散热器、排气管和汽油机的热损失；减少汽油的蒸发；使汽油充分
燃烧；研制和使用混合动力或者纯电动的新能源汽车。
六、能量的转化与守恒
1. 自然界存在着各种不同形式的能量
（1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
（2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。一
切物体都具有内能。
（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。
（4）化学能：各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。
（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。
（4）核能：即原子能。原子核结构发生变化放出的能量。
2. 能量的转化
14关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
自然界中的各种现象都是互相联系的。在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。例
如“钻木取火”是机械能转化为内能；蒸汽机火车是内能转化为机械能。
3. 能量的转移
能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。
例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，
这些都属于能量的转移。
4. 能量守恒定律
（1）能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，
或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
（2）对能量守恒定律的理解
①能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大
到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学
研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。
②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。
5. 永动机
（1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫
做永动机。然而，从没有一种永动机成功过。
（2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，
而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机（选填“可能”或“不可能”）。
【例题1】下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（ ）
A．燃料燃烧时发热 B．用热水袋取暖
C．钻木取火 D．电动机带动水泵把地下水送到地面
【答案】B
【详解】A．燃料燃烧时，将化学能转化为内能，属于能量的转化，故A不符合题意；
B．用热水袋取暖，是热传递过程，内能从热水袋转移到其它物体向上，属于能量的转移，故
B符合题意；
C．钻木取火，是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，属于能量的转化，故C不符合题意；
D．电动机带动水泵把地下水送到地面，电动机工作时将电能转化为机械能，属于能量的转化，
故D不符合题意。
故选B。
【例题2】夜幕下的广场，孩子们都喜欢骑上能发光的滑板车遛弯，这种滑板车在人的助力下
可以滑行起来，同时轮子会发光，停下来时就不发光。关于这种滑板车发光的原理，从能量转化的
15关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
角度分析正确的是（ ）
A．机械能转化为电能，再转化为光能 B．电能转化为机械能，再转化为光能
C．机械能转化为光能，再转化为电能 D．光能转化为机械能，再转化为电能
【答案】A
【详解】人运动时具有机械能，而轮子发光需要电能，所以滑板车发光的能量转化是：机械能
转化为电能，电能再转化为光能。故A正确，BCD错误。
故选A。
【例题3】如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的 大，火
箭发射升空时，燃料的化学能转化为 能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能
（选填“守恒”或“不守恒”）。
【答案】热值，内，不守恒。
【详解】利用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢的热值大，相同质量的液态氢完全燃烧产生
的热量多。
燃料燃烧时将化学能转化为内能。
火箭升空时，高度和速度都增大，所以重力势能和动能增大，机械能增大，机械能不守恒。
四、实验专题
一、比较不同物质的吸热能力
【设计实验】
1. 比较不同物质的吸热情况，可以采用以下两种方案：
（1）使质量相同的不同物质升高相同的温度，比较加热的时间，加热时间长的吸热能力强。
（2）将质量相同的不同物质加热相同的时间，比较升高的温度，升高温度小的吸热能力强。
16关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
2. 实验器材及装置
实验器材：相同规格的电加热器2个、烧杯2个、温度计2个；天平、停表、水和食用油。
3. 实验需测量的物理量
水和食用油的质量m；水和食用油的初温t 和末温t；水和食用油的加热时间。
0
4. 实验方法
（1）控制变量法：实验过程中控制水和食用油的质量不变；加热相同的时间，比较升高的温
度或升高相同的温度，比较加热的时间。
（2）转换法：由于实验过程中，物质吸收热量的多少无法直接测量，我们用给物质加热时间
的长短来代替物质吸收热量的多少。
【进行实验收集证据】
（1）用天平分别称取200g的水和食用油，并把它们装入两个规格相同的烧杯中；
（2）用温度计分别测出水和食用油的初温；
（3）用两个相同规格的电加热器分别给水和食用油加热。
（4）收集证据：
方案一，对水和食用油加热相同的时间，观察并记录温度计的示数；
方案二，使水和食用油升高相同的温度，观察并记录加热所用的时间。
温度变 加热时间/
方案 物质 质量/g 初温/℃ 末温/℃
化/℃ min
水 200 15 45 30 8
方案一
食用油 200 15 75 60 8
水 200 15 45 30 8
方案二
食用油 200 15 45 30 5
【分析论证】
（1）方案一：对质量相等的水和食用油加热，使它们吸收的热量相同（加热时间相同）食用
油升高的温度比水升高的温度大，这表明相同质量的水和食用油吸收相同的热量时升高的温度不同。
（2）方案二：对质量相等的水和食用油加热，使它们升高相同的温度，水吸收的热量（加热
时间较长）比食用油吸收的热量（加热时间较短）多，这表明相同质量的水和食用油升高的温度相
17关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
同时吸收的热量不同。
【实验结论】
质量相等的不同物质，吸收相同的热量时升高的温度不同；质量相等的不同物质，升高相同的
温度时吸收的热量也不同。这表明不同种类的物质吸热情况不同。
【评估与交流】
（1）测量物质的选取：应选取质量、初温相同的不同物质；
（2）选择相同的热源目的：是为了让两种物质在相同加热时间内吸收的热量相同；
（3）该实验用装置常见的有两种，甲装置中散热集中，可以控制水与煤油在相同的加热时间
内吸收的热量基本相等。
二、扩展性实验——用传感器比较不同物质的比热容
不同物质吸热的差异还可以用图所示的实验很快比较出来。用铁夹将温度传感器及分别盛有质
量相同的水和色拉油的两个试管固定在铁架台上，温度传感器的探头部分要与试管内的水或色拉油
良好接触，两只温度传感器通过数据采集线与计算机相连接。
在计算机上打开与此仪器配套的专用软件，点击“开始记录”，同时打开红外加热器开关，对
盛有水和油的试管进行加热，在计算机上可以得到相应的实验图线。
【例题1】图甲是“比较不同物质的吸热能力”的实验装置。
18关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
（1）两支试管里水和煤油的质量 （选填“相同”或“不同”）；
（2）相同时间内，水吸收的热量 （选填“大于”、“等于”或“小于”）煤油吸收的热量；
（3）由图乙可知， 的吸热能力更强。
【答案】（1）相同；（2）等于；（3）水.
【详解】（1）根据控制变量法，比较不同物质的吸热能力试验中,用相同的加热装置，对质量
相同、初温相同的水和煤油进行加热。
（2）比较不同物质的吸热能力实验中，用加热时间的长短来比较物质吸收热量的多少，所以
同时间内，水吸收的热量等于煤油吸收的热量。
（3）由乙图可知，质量相同的水和煤油，吸收相同的热量，煤油的温度变化大，根据
Q=cmΔt可知，水的比热容大，即水的吸热能力更强。
【例题2】为了研究不同物质的吸热能力，某小组利用规格相同的电加热器给水和煤油加热，
如图所示，他们利用实验得到的数据绘制出两种液体温度随加热时间的变化图像。
（1）在烧杯中加入两种液体时，要控制它们的初温和 相同。
（2）实验中通过比较 来反映液体吸收热量的多少；若让水和煤油加热时间相同，通过
比较它们 的多少，来比较它们的吸热能力。
（3）根据实验数据，小明作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图像，由图像可知，煤油
的比热容是 J/（kg•℃）；[c ＝4.2×103J/（kg•℃）]
水
（4）若在这两种液体中选择一种作为汽车发动机的冷却剂， 冷却效果更好。
【答案】（1）质量；（2）加热时间，升高温度；（3）2.1×103；（4）水.
【详解】（1）根据比较吸热能力的两种方法，在该实验中要控制不同物质的质量相同，故在
19关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
两个完全相同的烧杯中分别装入质量、初温都相同的水和煤油。
（2）实验中选择相同规格的电加热器，根据转换法可知，在相同时间内水和煤油吸收的热量
相同，所以实验中通过比较加热时间来反映液体吸收热量的多少。
若让水和煤油加热时间相同，水和煤油吸收的热量相同，通过比较它们升高温度的多少，来比
较它们的吸热能力。
Q
（3）由图可知，加热相同的时间，煤油升高的温度是水升高温度的2倍，根据c= 可知，
mΔt
煤油的比热容是水的比热容的二分之一，即煤油的比热容为
1 1
c = c = ×4.2×103J/（kg⋅℃）=2.1×103J/（kg⋅℃）
煤油 2 水 2
（4）根据Q=cmΔt，吸收相同的热量，吸热能力强的，温度升高的就小，就更适合做冷却液，
故水做冷却液更好。
五、综合练习
1．下列现象用分子动理论的观点解释，其中正确的是（ ）
A．落叶在风中飞舞表明空气分子在不停地做无规则运动
B．铁块很难被压缩表明分子间没有间隙
C．鲜花香气四溢是一种扩散现象
D．水和酒精混合后总体积减少表明分子间有引力
【答案】C
【详解】A．落叶在风中飞舞属于机械运动，故A错误；
B．铁块很难被压缩表明分子间存在斥力，故B错误；
C．鲜花香气四溢是花香分子无规则运动的结果，是一种扩散现象，故C正确；
D．水和酒精混合后总是体积减少表明分子间有间隙。
故选C。
2. 沿海地区昼夜温差较小，而内陆沙漠地区昼夜温差较大，这主要是因为（ ）
A．海水的内能大，砂石的内能小
B．海水吸收的热量多，砂石吸收的热量少
C．海水的比热容大，砂石的比热容小
D．海水吸收的热量少，砂石吸收的热量多
【答案】C
【详解】沿海地区水多，内陆沙漠地区水少、沙石多，因为水的比热容较大，白天，相同质量
的水和沙石比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的
20关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
少，使得沿海地区昼夜的温差小，故 ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。
3. 通过学习热机的工作的过程，小王知道了汽油机工作的四个过程，如图所示。关于下列四
幅图说法中正确的是（ ）
A．丙冲程是吸气冲程 B．甲冲程是压缩冲程
C．乙冲程是把内能转化为机械能 D．丁冲程是排气冲程
【答案】B
【详解】A．丙冲程两气阀关闭，火花塞点火，是做功冲程，故A错误；
B．甲冲程两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故B正确；
C．乙冲程排气阀开启，是排气冲程，没有能量转化，故C错误；
D．丁冲程进气阀开启，是吸气冲程，故D错误。
故选B。
4. 随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽
油机，是把汽油燃烧放出的 转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、
机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化
具有 ，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。
【答案】内能，方向性。
【详解】汽油燃烧发生化学反应，同时放出热量，所以汽油机将内能转化为机械。
由于燃料燃烧放出热量，将内能转化为机械能，但燃料燃烧产生的内能不能再转化为燃料的化
学能，所以能量的转化具有方向性。
5. 如图所示是物质三种状态的分子模型图，某物质由图C所示的状态变为图A所示的状态所
对应的物态变化是 。
【答案】凝华。
21关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
【详解】由图中可知，图A中分子排列紧密，且非常有规律，故可知图A是固体的分子模型
图，图C中分子极度散乱，间距很大，故可知图C是气体的分子模型图，图B中分子没有固定的
位置，间隙比图A大，比图C小，故可知图B是液体的分子模型图；某物质由图C所示的状态变
为图A所示的状态，即由气态变为固态，故可知所对应的物态变化是凝华。
6. 用某型号天然气热水器烧水，完全燃烧热值为3.2×107J/m3的天然气0.125m3，放出热量
J；若该热水器的加热效率为84%，则能将40kg初始温度为20℃的水加热至 ℃，水的比
热容为4.2×103/（kg·℃）。
【答案】4.0×106，40。
【详解】燃烧0.125m3的天然气放出的热量
Q =qV=3.2×107J/m3×0.125m3=4.0×106J
放
水吸收的热量Q =Q η=4.0×106J×84%=3.36×106J
吸 放
水升高的温度
Q 3.36×106J
Δt= 吸 == =20℃
c
水
m 4.2×103J/(kg·℃)×40kg
水的末温 t=t+Δt=20℃+20℃=40℃
0
7. 顺口溜“五月五、过端午、蒸粽子、吃包子、挂菖蒲、佩香囊、赛龙舟”，生动的呈现了
某地端午文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的蒸气进行加热。若将2.5kg的水加热到沸腾，水温
升高了80℃，[c =4.2×103J/（kg·℃），q =3×107J/kg]，在此过程中，求：
水 煤
（1）水吸收的热量；
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量；
（3）需要完全燃烧煤的质量。
【答案】（1）8.4×105J；（2）8.4×106J；（3）0.28kg
【详解】（1）根据Q=cmΔt可知，水吸收的热量
Q=cmΔt=4.2×103J/(kg⋅°C)×2.5kg×80°C=8.4×105J
Q
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，根据η= 吸 ×100%可知，煤燃烧放出的热
Q
放
量为
Q 8.4×105J
Q = 吸 = =8.4×106J
放 η 10%
（3）根据Q =mq可知，需要完全燃烧煤的质量为
放
Q 8.4×106J
m = 放 = =0.28kg
煤 q 3×107J/kg
答：（1）水吸收的热量为8.4×105J；
22关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“小中高考-总复习”、最新试卷下载
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量为8.4×106J；
（3）需要完全燃烧煤的质量为0.28kg。
8. 为研究不同物质的吸热能力，某同学用两个完全相同的电加热器，分别给质量和初温都相
同的甲、乙两种液体同时加热，分别记录加热时间和升高的温度，根据记录的数据作出了两种液体
的温度随时间变化的图象，如图所示。
（1）根据图象，某同学认为：“加热相同的时间时，甲升高的温度高一些，这说明甲吸收的
热量多一些”这位同学的判断是否正确？请说明理由 ；
（2）要使甲、乙升高相同的温度，应给 加热更长的时间，这说明 的吸热能力强些；
（3）如果已知甲的比热容是1.8×103J/（kg·℃），则乙的比热容是 J/（kg·℃）。
【答案】（1）不正确，理由见解析；（2）乙，乙；（3）2.4×103
【详解】（1）不正确。升高的温度高不代表吸收的热量多，用两个完全相同的酒精灯加热相
同的时间，酒精灯放出的热量是相等，甲和乙吸收的热量也是相等的。
（2）由图可知，甲和乙升高相同的温度，如温度都升高到40℃，甲需要的是时间是3min，乙
需要的时间是4min，即乙需要更长的加热时间，乙吸收的热量更多，这也就说明了乙的吸热能力
强一些。
（3）由图可知，加热4min时，甲的温度变化值为Δt =50℃-10℃=40℃
甲
乙的温度变化值为Δt =40℃-10℃=30℃
乙
用相同的酒精灯加热相同时间，甲和乙吸收的热量相同，据Q =cm(t-t)得：
吸 0
c mΔt =c mΔt
甲 甲 乙 乙
所以乙的比热容
c =
c
甲
Δt
甲 =
40℃×1.8×103J/(kg•℃)
=2.4×103J/(kg•℃)
乙 Δt 30℃
乙
23
