資源簡介

13
內能
13.1分子熱運動
知識點1、物質的結構
（1）物質是由許許多多肉眼看不見的得分子、原子構成的。通常以10-10m為單位來量度分子。分子數量巨大，例如，體積為1cm3的空氣中大約有2.7×1019個分子。
（2）分子間有間隙
知識點2、分子熱運動
（1）探究：物體的擴散實驗
實例
氣體擴散實驗
液體擴散實驗
固體擴散實驗
現象
無色的空氣與紅棕色的二氧化氮氣體混合在一起，最后顏色變得均勻
無色的清水與藍色的硫酸銅溶液混合在一起，最后顏色變得均勻
五年后將他們切開，發現它們互相滲入約1mm深
結論
氣體、液體和固體在互相接觸時，彼此都能滲入對方
注意：將密度大的二氧化氮氣體和硫酸銅溶液放在下面，密度小的空氣和清水放在上面，目的是避免由于重力作用而對實驗造成影響；
（2）擴散現象
①定義：不同的物質在互相接觸時彼此進入對方的現象，叫做擴散。
②擴散現象表明：一切物質的分子都在不停地作無規則的運動，同時還說明分子之間有間隙。
③擴散現象是由于分子不停地運動形成的，并不是在宏觀力的作用下發生的，分子的運動是分子自身具有的特性，與外界的作用無關。
拓展：從氣體、液體和固體的擴散速度可知，氣體分子的無規則運動最劇烈，固體分子的無規則運動最不劇烈，液體分子無規則運動的劇烈程度在氣體和固體之間。
（3）分子的熱運動
①定義：一切物質的分子都在不停的做無規則的運動。這種無規則運動叫做分子的熱運動。
②溫度越高，物質的擴散越快，分子運動越劇烈。
注意：任何溫度下，構成物質的分子都在不停的做無規則運動，僅是運動速度不同而已。不能錯誤的認為0℃以下的物質分子不會運動。
③分子運動越劇烈，物體溫度越高。
④宏觀物體的機械運動與分子的熱運動的比較。
機械運動
分子的熱運動
研究對象
宏觀物體
微觀物體
運動情況
靜止或運動
運動永不停息
可見度
肉眼可觀察到
肉眼不能觀察到
影響運動快慢的因素
力及力的作用時間
溫度
知識點3、分子間的作用力
（1）分子間存在相互作用的引力和斥力。
（2）類比法理解分子間引力和斥力的關系
分子間距離關系
類比分析
分子間作用力
分子間距離等于平衡距離
分子在平衡位置附近振動，相當于彈簧的自然伸長狀態
引力等于斥力，作用力表現為零
分子間距離小于平衡距離
相當于壓縮彈簧
引力小于斥力，表現為斥力
分子間距離大于平衡距離
相當于拉伸彈簧
引力大于斥力，表現為引力
分子間距離大于10倍平衡距離
相當于彈簧背拉直斷開
分子間作用力十分微弱，可以忽略
方法技巧：分子間作用力不直觀，我們不能直接感受到它的存在，但它的特點與彈簧拉伸或壓縮時表現出的力的特點相似，兩者加以比較，有助于我們進一步理解分子間作用力的特點，像這樣的方法叫類比法。
（3）分子間存在著引力和斥力的現象
①說明分子間存在引力的現象有：很多物體有一定的形狀；在荷葉上，兩滴水靠近時可自動合并為一滴水；固體很難被拉斷；兩塊底面磨平的鉛塊相互緊壓后會結合在一起等。
②說明分子間存在斥力的現象有：物體不能被壓縮到無限小，固體和液體很難被壓縮。
③值得注意的是分子間的引力和斥力的作用范圍是很小的，只有分子彼此靠得很近時才能產生，分子間的距離太大時，分子間的作用力就十分微弱甚至為零。破鏡難以重圓的原因。
④不同物質分子間的引力和斥力也不一樣。
（4）物質三態的分子結構及宏觀特征對比
物質狀態
分子間距離
分子間作用力
分子運動情況
宏觀特征
固體
很小
很大
只能在平衡位置附近做無規則振動
有一定體積和形狀，沒有流動性
液體
比固體稍大
較大
既可以在一個位置震動，又可以移動到另一位置震動
有一定的體積，沒有一定的形狀，具有流動性
氣體
很大
十分微弱，可以忽略
除碰撞外均做勻速直線運動
既沒有一定的體積，也沒有一定的形狀，具有流動性
（5）分子動理論的內容
①常見的物質是由大量的分子、原子構成的；
②物質內的分子在不停地做熱運動；
③分子之間存在引力和斥力。
易誤易混警示
易誤點：機械運動和分子的熱運動
易誤點辨析：在分析實際事例時，易把宏觀微小物體的機械運動和分子的熱運動混為一談。分子不停地做無規則運動與外力作用下的機械運動是不同的。
（1）機械運動是宏觀物體的運動，可直接觀察到，而分子的熱運動是分子在不停地作無規則的運動，直接用肉眼觀察不到。
（2）分子不停地做無規則運動是自發產生的，并不是在外力作用下形成的；而機械運動則是在外力作用下的宏觀物體的運動，在判斷是機械運動還是分子的熱運動時應特別注意區別用機械的方法（如攪拌），或因外力（重力、風力）使物體發生的宏觀運動。如風的形成是空氣的有規則的運動，屬于宏觀物體的機械運動，而不是分子的運動；打掃室內衛生時，灰塵在空氣中飛舞是宏觀物體（灰塵）在外力作用下的機械運動。
（3）分子運動的快慢與溫度有關，溫度越高，分子運動越劇烈；而機械運動的快慢與溫度無關，但與所受外力有關。
13.2內能
知識點1、內能
（1）①分子動能：分子在不停地作無規則的運動，同一切運動的物體一樣，運動的分子也具有動能。分子由于運動而具有的能叫做分子動能。物體的溫度越高分子熱運動的速度越大，動能越大。
②分子勢能：由于分子之間存在類似彈簧形變時的相互作用，因而分子具有勢能叫做分子勢能。
③物體的內能：構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內能。單位：焦耳（J），各種形式能量的單位都是焦耳。
（2）從五個方面理解物體的內能
①內能是指物體的內能，不是分子的內能，更不能說是個別分子和少數分子所具有的能量，而是物體內部所有分子共同具有的分子動能和分子勢能的總和。
②一切物體在任何情況下都具有內能。根據分子動理論可知，一切物體中的分子都在不停地做無規則運動，分子間都有分子力的作用，無論物體處于何種狀態、是何形狀、溫度是高是低都是如此。因此，一切物體在任何情況下都具有內能。例如，50℃的水具有內能，0℃的水具有內能，-10℃的冰仍然具有內能，只是對于同樣的水，溫度降低時其內能減少了而已。
③內能具有不可測量性，即不能準確知道一個物體的內能的具體數值。
④物體的內能可以發生改變，內能發生變化時，物體的表現方式有溫度改變和物態改變兩種。
⑤內能是不同于機械能的另一種形式的能，機械能與整個物體的機械運動情況有關，而內能與物體內部分子的熱運動和分子之間的相互作用情況有關。
（4）影響物體內能大小的因素
決定因素
物體內能大小的解釋
物體的質量
它反映了物體內部分子數的多少。在其他條件相同的情況下，分子數目越多，分子動能和分子勢能的總和越大。例如同樣是20℃的一桶水和一杯水，一桶水的內能就比一杯水的內能大的多。所以，同溫度、同物態、同一種物質組成的物體的內能與它的質量有關，質量越大，內能就越大；質量越小，內能就越小
物體的溫度
它一方面反映了物體內部分子運動的劇烈程度，溫度越高，分子平均速度越大，分子動能就越大。另一方面，對于固體和液體，分子平均速度越大，分子偏離平衡位置的距離也越大，也就是熱脹冷縮現象，此時物體體積變大，分子勢能也變大。所以物體的溫度越高，內能越大。
物體的體積
它反映了分子間平均距離的大小，因此分子間距離的大小變化引起分子力大小的變化，從而影響到分子勢能的大小，也影響了物體內能的大小。
物質的種類
因為不同物質的分子大小、結構不同，分子間作用力也不同，在溫度相同時，它們的分子動能、分子勢能也不相同。
物體的物態
物體的物態不同，其分子間的距離不同，相互作用力也不同，分子勢能就會不同。因此，物體的物態不同，其內能也不同。例如，100g0℃的冰與100g0℃的水比較，冰熔化成水時需吸收熱量，故水的內能更大
知識點2、物體內能的改變
（1）熱傳遞改變物體的內能
條件
不同物體或同一物體的不同部分之間存在溫度差
方向
由高溫物體轉移到低溫物體或由同一物體的高溫部分轉移到低溫部分
過程
高溫物體→放出熱量→內能減少→溫度降低；低溫物體→吸收熱量→內能增加→溫度升高
結果
不同物體或同一物體的不同部分溫度升高
實質
內能發生了轉移，能的形式并未發生改變
（2）做功改變物體的內能
做功可以改變物體內能，對物體做功，物體的內能會增加；物體對外界做功，物體內能會減少。
（3）熱傳遞和做功的區別
實質
條件
方式（方法）
舉例
熱傳遞
內能的轉移過程
不同的物體或物體的不同部分之間存在溫度差
熱傳導、熱對流、熱輻射
燒紅的鐵塊放入冷水中，內能從高溫鐵塊轉移到低溫的水，鐵塊的內能減少，水的內能增加
做功
其他形式的能與內能之間的相互轉化過程
外界對物體做功，物體的內能增加
壓縮體積、摩擦生熱、鍛打物體、擰彎物體
打氣筒打氣、鉆木取火、來回多次彎折細金屬絲
物體對外界做功，物體的內能減少
體積膨脹等
裝著開水的暖水瓶內的水蒸氣將瓶蓋頂起來，水蒸氣的內能減少
（4）做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的
改變物體內能的途徑有兩個：做功和熱傳遞。一個物體內能的改變，可以通過做功的方式，也可以通過熱傳遞的方式來實現，即做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的。
知識點3、熱量
（1）定義：在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫做熱量。熱量用符號Q表示。
（2）單位：熱量和功都可以用來量度物體內能的改變，所用的單位相同，功的單位是焦耳，熱量的單位也是焦耳，內能的單位也是焦耳，符號是J。
（3）理解熱量的概念應注意以下三點
①熱量是內能轉移多少的量度，是一個過程量，可以用“吸收”或“放出”來表述
②物體放出了多少熱量，內能就減少多少；物體吸收了多少熱量，內能就增加多少。但要注意，內能減少或增加并不只與放出或吸收熱量有關，做功也可以改變物體的內能。
③熱量的多少與物體能量（內能）的多少、物體溫度的高低沒有關系。
（4）溫度、熱量、內能是熱學中的三個基本物理量，應正確理解三者之間的區別與聯系。
溫度
熱量
內能
定義不同
宏觀上：表示物體的冷熱程度。微觀上：反應物體內大量分子無規則運動的劇烈程度
在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少
構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和
量的性質
狀態量
過程量
狀態量
表述
可以用“降低”“升高”“降低到”“升高到”“是”等表述
可以用“吸收”或“放出”等表述
可以用“有”“具有”“改變”“增加”“減少”等表述
單位
攝氏度（℃）
焦耳（J）
焦耳（J）
關系
熱傳遞可以改變物體的內能，使其內能增加或減少，但溫度不一定改變（如晶體的熔化、凝固過程），即物體吸熱，內能會增加，物體放熱，內能會減少，但物體的溫度不一定發生改變
易混點：內能與機械能
內能
機械能
區別
概念
構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和
動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能
影響因素
物體的溫度、體積、質量、物態、材料等
物體的質量、速度、被舉高的高度或彈性形變的程度
研究對象
微觀世界的大量分子
宏觀世界的所有物體
存在條件
永遠存在
運動或在高處或發生彈性形變
聯系
物體的內能與物體的運動狀態、所處的高度以及是否發生彈性形變無關，所以具有機械能的物體同時一定具有內能，但具有內能的物體卻不一定具有機械能。
13.3比熱容
知識點1、比較不同物質吸熱的情況
（1）實驗探究：不同物質的吸（放）熱本領探究
①設計實驗：在比較不同物質吸熱的情況時可以采取以下兩種方法：
a、選取質量相同的不同物質，讓他們吸收相同的熱量，比較它們升高的溫度，溫度升高少的物質吸熱本領強；b、選取質量相同的不同物質，使它們升高相同的溫度，比較他們吸收熱量的多少，吸收熱量多的物質吸熱本領強。
②實驗器材及需要測量的物理量
實驗器材：相同規格的電加熱器、燒杯、溫度計、天平、停表、水、煤油等
實驗需要測量的物理量：
a、用溫度計測水和煤油的初溫t0、末溫t末；b、用天評測水和煤油的質量m；c、用停表記錄加熱時間t。
③實驗記錄表格
物質
質量m/kg
初溫t0/℃
末溫t末/℃
升高的溫度△t/℃
加熱時間t/min
水
煤油
④實驗過程
實驗裝置如圖所示，取兩只相同的燒杯分別裝入500g水和500g煤油，他們的初溫都與室溫相同，用相同的電加熱器加熱。
a、對水和煤油加熱相同的時間，觀察并讀出溫度計的示數；
b、讓水和煤油升高相同的溫度，記錄并比較加熱時間。
⑤分析論證：給質量、初溫相同的水和煤油加熱，是他們吸收相同的熱量（加熱時間相同），煤油的溫度升的比水高；使它們升高相同的溫度，對水加熱的時間更長一些，表明水與煤油的吸熱本領不同。
⑥探究歸納：質量相等的不同物質，升高相同的溫度，吸收的熱量不同；質量相等的不同物質，吸收相同的熱量，升高的溫度不同。實驗說明不同種類的物質吸熱的本領不同。
注意：（1）試驗中水和煤油的質量相同，而非體積相同。
（2）電加熱器要放在燒杯底部，以使整杯水或煤油受熱均勻。
（3）溫度計的玻璃泡高度適當，全部浸入液體中且玻璃泡不能碰到容器底、容器壁和電加熱器。
（4）為了使探究結論具有普遍性，可以讓幾個小組選用不同的液體進行試驗，這樣可以減小實驗中偶然因素造成的誤差，使實驗結論更具有普遍意義。
方法技巧：（1）控制變量法：本實驗中，控制了水和煤油的質量、吸收的熱量相等，通過溫度變化量不同，說明水和煤油的吸熱本領不同；控制了水和煤油的質量、溫度變化量相同，通過加熱時間（吸收熱量的多少）不同來說明水和煤油的吸熱本領不同。
（2）轉換法：電加熱器每秒放出的熱量是一定的，通電時間越長，放出的熱量越多。不考慮熱損失，放出的熱量全部被水或煤油吸收，故物質吸收熱量的多少就轉換成加熱時間的長短。
知識點2、比熱容
（1）定義：一定質量的某種物質，在溫度升高時吸收的熱量與它的質量和升高的溫度乘積之比，叫做這種物質的比熱容。比熱容用符號c表示。
（2）物理意義：為了比較不同物質的吸、放熱能力而引入的一個物理量。單位質量的某種物質溫度升高1℃所吸收的熱量，與它溫度降低1℃所放出的熱量相等，在數值上都等于它的比熱容。
（3）單位：焦每千克攝氏度，符號是J/(kg·℃)。有時比熱容單位也可寫作J·(kg·℃)-1。
（4）五點透析比熱容
①比熱容是物質自身的性質之一，它反映了不同物質吸、放熱本領的強弱，比熱容大的物質吸、放熱本領強，比熱容小的物質吸、放熱本領弱。
②比熱容的物理意義：如水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃)，其物理意義是：質量為1kg的水，溫度升高（或降低）1℃時，所吸收（或放出）的熱量為4.2×103J。
③對于同一物質，比熱容的數值還與物質的物態有關，在不同物態下，比熱容是不同的。如：水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃)，而冰的比熱容是2.1×103J/(kg·℃).
④物質的比熱容不隨物質的質量、吸收（或放出）熱量的多少及溫度的變化而變化；只要是相同的物質，在物態相同時，不論其形狀、質量、溫度高低、放置地點如何，比熱容一般都相同。
⑤不同物質的比熱容一般不同，同種物質（物態相同）的比熱容相同
兩個角度
物質的吸熱本領
物質溫度改變的難易程度
具體說明
比熱容大的表示吸熱本領強
比熱容大的表示溫度難改變
比熱容小表示吸熱本領弱
比熱容小表示溫度容易改變
解釋
相同質量的不同物質升高相同的溫度，比熱容越大，吸收的熱量越多，比熱容越少，吸收的熱量越少
相同質量的不同物質吸收相等的熱量，比熱容越大溫度升高的越少，比熱容越小溫度升高的越多
應用
某些機器設備用水做冷卻劑
沿海地區晝夜溫差較小，內綠地去晝夜溫差較大
（5）觀察下面“一些物質的比熱容”表，可以發現：
一些物質的比熱容c/[J·(kg·℃)-1]
①每種物質都有確定的比熱容，不同物質的比熱容一般不同。
②常見的物質中，水的比熱容最大，是4.2×103J/(kg·℃)
③水和冰的比熱容不同，說明物質的比熱容與物質的物態有關。
④有個別的不同種物質（例如冰和煤油），其比熱容相同。
⑤液態物質的比熱容一般比固態物質的比熱容大。
（6）水的比熱容較大，這一特點在日常生產生活及調節溫度中具有重要應用，其應用主要有以下兩個方面：
①水的吸（放）熱本領較大強，用水作為散熱劑或冷卻劑。
②水的溫度難改變，對機器或生物體起保護作用。由于水的比熱容大，一定質量的水與其它相同質量的物質相比，吸收或放出相同的熱量，水的溫度變化小。如生物體內水的比例很高，當環境溫度變化較快時，水的溫度變化較慢，有利于調節生物體自身的溫度，以免溫度變化太快對生物體造成嚴重損壞。再如，水的比熱容大于泥土、沙石的比熱容，是沙漠地區與沿海地區晝夜溫差相差很大的原因，沙石、干泥土等物質比熱容較小，吸收（或放出）相同的熱量，水升高（或降低）的溫度比其質量相等的沙石、干泥土升高（或降低）的溫度小得多。因此沿海地區晝夜溫差較小，沙漠地區晝夜溫差較大。某些城市建設人工湖來調節氣溫，也是相通的道理。
知識點3、熱量的計算
（1）熱量的計算公式
①吸熱公式：②放熱公式：
式中c表示物質的比熱容，m表示物體的質量，t0表示物體原來的初溫，，t表示放熱后的末溫，“t0-t”表示降低的溫度，有時可用△t表示，此時吸熱公式可寫成。
（2）熱量計算的一般式：
△t表示溫度的變化量。
可見物體吸收或放出熱量的多少由物體的質量、物質的比熱容和物體溫度的變化量這三個量的乘積決定，跟物體溫度的高低無關
Q吸和Q放公式中個物理量的單位：比熱容c的單位是J/(kg·℃)，質量m的單位是kg，溫度（t或t0或△t）的單位是℃，熱量Q的單位是J，計算時要注意單位的統一。
（3）進行熱量計算時應注意的四個問題
①正確理解公式中各量的物理意義。
②統一公式中各物理量的單位務必統一。
③公式適用于物態不發生變化時物體升溫（或降溫）過程中吸熱（或放熱）的計算。
如果吸、放熱過程中存在著物態變化，則不能使用這幾個公式。
④解題時要認真審題，注意文字敘述中升高t（℃），升高了t（℃），降低t（℃），降低了t（℃）對應的是溫度的改變量，而升高到t（℃），降低到t（℃）對應的是物體的末溫為t（℃）。
（4）熱平衡方程
兩個溫度不同的物體放在一起時，高溫物體放出熱量，溫度降低；低溫物體吸收熱量，溫度升高。若放出的熱量沒有損失，全部被低溫物體吸收，最后兩物體溫度相同，成為“達到熱平衡”。用公式表示為Q吸=Q放（熱平衡方程）
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