第十三章内能
第一节 分子热运动
分子
（1）常见的物质是由极其微小的粒子分子和原子构成的；人们通常以10- m 为单位来量度分子。
（2）分子的体积很小，用肉眼和光学显微镜不能直接观察到分子，凡是肉眼直接观察到的一定不是分子。
（3）在直玻璃管中先注入水，再注入酒精，记下水和酒精的总体积，摇晃一会儿后，发现水和酒精混合后的总体积变小，说明分子间有间隙。
扩散现象
定义：扩散现象
( 1 ) 定 义 ：不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象，叫做扩散。（发生的条件：a、不同物资，b、相互接触）
（2）扩散的实质：分子的相互渗入。
(2)物理意义：扩散现象说明一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。
(3)气体、液体和固体之间都可以发生扩散现象。
(4)影响扩散的因素：温度越高，扩散越快。
（5）固、液、气三种不同状态下的物质都可以发生扩散。
2、扩散的认识和理解：
(1)扩散现象只能发生在不同的物质之间，同种物质之间不能发生扩散现象。
(2)不同物质只有互相接触时，才能发生扩散现象，没有互相接触的物质，不会发生扩散现象。
(3)发生扩散现象时，两种物质彼此进入对方，不是单一的某种物质进入另一种物质。
物理意义：扩散现象说明一切物质的分子都在不停地做无规则的运动 。
分子热运动
（1）分子热运动：一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。
(a)对同一物体来说，温度越高，内部分子的热运动越剧烈。
(b)组成物质的分子在任何温度下都在不停地做无规则运动，0℃ 的物质的分子也在不停地做无规则运动。
（c）分子的运动属于微观运动，肉眼看不见。
（2）宏观物体的机械运动与分子的热运动的比较
机械运动 分子的热运动
研究对象 宏观物体 分子
运动情况 静止或运动 运动永不停息
可见度 大部分肉眼能观察到 肉眼观察不到
影响运动快慢的因素 力等 温度
分子动理论
物质是由大量分子、原子组成的；
分子在永不停息地做无规则运动；
分子之间存在相互作用力。分子间的引力和斥力是同时存在、同时消失的，是不会相互抵消的，不过有时以引力为主，有时以斥力为主。
设分子间的引力和斥力相等时分子间的距离为 r ,则 ：
(1)当分子间的距离r=r。时，分子间的引力等于斥力，分子间作用力表现为零。
(2)当分子间的距离r应用：压缩固体、液体时表现为斥力。
(3)当分子间的距离r>r。时，分子间的引力大于斥力，分子间作用力表现为引力。
应用：拉伸固体时表现为引力。
(4)当分子间的距离r远大于r。时，分子之间的作用力变得十分微弱，可以忽略。
应用：破镜难圆。
（d）分子之间有间隙。
固体、液体、气体的特征
状态 图示 有无固定的形状 有无固定的体积 分子间距离
固态 有 有 很小
液态 无 有 较小
气态 无 无 很大
点拨：
点拨1 类比法 分子间作用力不直观，我们不能直接 感受到它的存在，但它的特点与弹簧 拉伸或压缩时表现出的力的特点相似，两者加以比较，有助于我们进一步 理解分子间作用力的特点，像这样的方法叫类比法。
点拨2 说明分子间存在斥力的现象物体不能被压缩到无限小，固体和液体很难被压缩。
点拨3 说明分子间存在引力的现象很多物体有一定的形状；在荷叶上，两滴水靠近时可自动合为一滴水；固体很难被拉断；两块底面磨平的铅块相互紧压后不容易分开等。
第 2 节 内 能
内能
A、定义：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和。
B、特点：一切物体在任何状态下都有内能， 即内能永远不等于零。
C、影响因素(部分)
(1)温度：同一物体在状态不变时，温度越高，内能越大。
(2)质量：相同温度的同种物质，状态相同时，质量越大，内能 越 大。
(3)种类：质量、温度、状态相同，种类不同，内能也可能不同。
(4)状态：同种物质，质量、温度相同，状态不同，内能也不同。气 态内能最大，液态次之，固态最小。
D、理解物体内能时的注意事项
（1）内能是指物体的内能，不是分子的内能，不能说内能是个别分子或少数分子所具有的。
（2）内能是物体内部所有分子具有的动能和势能的总和，所以，单纯考虑一个分子的动能和势能是没有意义的 。
（3）任何物体在任何情况下都有内能。因此有机械能的物体一定具有内能，但具有内能的物体却不一定有机械能。
（4）内能具有不可测性，只能比较物体内能的大小，不能确定这个物体具有的内能究竟是多少。
（5）内能的多少不能简单由温度的高低来判断。例如冰熔化成水，吸收热量，温度不变，则相同质量的0℃ 的水的内能比0℃的冰的内能大，即物体的状态影响物体的内能。
（6） 物体的内能变化，温度不 一定变化
物体的内能增加，温度不一定升高，如晶体熔化吸热，内能增加，温度不变；物体的内能减少，温度不一定降低，如晶体凝固放热，内能减少，温度不变。
E、内能与机械能的比较
物体内能的改变
A、热传递可以改变物体的内能，其实质是内能的转移
(1)热传递：温度不同的物体互相接触，低温物体内能增加、高温物体内能减小。
①发生条件：存在温度差。
②方向性：热量从高温物体传递给低温物体，或从物体的高温部分传递给低温部分。而不是由内能多的物体传到内能少的物体 。
③结果：温度相等。
④方式：热传导、热对流、热辐射。
⑤ 热传递过程中传递的是热量，不是温度。能量的形式没 有发生改变，只是能量的位置发生了转移。如用暖水袋暖手，能量由热水 转移到手上，热水的内能减少，手的内 能增加。
B、在热传递过程中，高温物体放出热量，内能减小，低温物体吸收热量，内能增大。
C、做功可以改变物体的内能，其实质是内能与其他形式的能的转化。
(1) 对物体做功，物体的内能会增加。
(2) 物体对外做功，物体的内能会减少。
D、 改变内能的两种方式的比较
3、点拨：
1.做功改变物体内能的过程中，没有发生热传递，即没有吸热或放热。
2.做功不一定都能使物体的 内能发生变化，如举高物体。
3.做功和热传递两种方式，对改变物体内能的作用是等效的。
4.热传递是内能 的转移，做功是内能与不同 形式能的相互转化，可以通过判断能量的形式来判断改变内能的方式。
4、热量
A、定 义：在热传递过程中，传递能量的多少。
单位：焦 耳(J) 符号：Q 表达方式：吸收或放出热量。
B、对热量的理解
(1)热量是指热传递过程中所改变的内能，是一个过程量或者变化量，不能说一个物体具有或含有多少热量。只能说物体“吸收”或“放出”多少热量。
(2)热量的多少与物体内能的多少、物体温度的高低无关，而与热传递过程中传递能量的多少有关。
C、区别温度、内能和热量
温度、热量与内能的关系
热传递可以改变物体的内能，使其内能增加或者减少，但温度不一定改变(如晶体的熔化、凝固)。
备注：温度升高内能一定增加；吸收热量内能一定增加是在单一作用下，如果考虑同时对外做功，则吸热内能不一定增加。
辨别生活中“热”的不同含义
温度、热量和内能是热学中三个基本的物理 量，在日常生活中都用“热”来表示，但三者的实质又有不同，十分容易混淆。
(1)“天气热”表示气温高，这里的“热”指温度高 。
(2)“摩擦生热”表示克服摩擦力做功消耗了机械能，增加了内能，这里的“热”指内能。
(3)“水凝固放热”是指水凝固时放出热量，这里的“热”指热量。
第 3 节 比热容
设计实验比较不同物质的吸热情况
实验目的 比较不同物质的吸(放热情况
实验器材 两个相同规格的电加热器、两个完全相同的烧杯、温度 计、天平、停表、水、食用油等 。
需测量的物理量 用温度计测水和食用油的初温t 、末温t;用天平测水和食用油的质量m;用停表记录加热时间t。
实验装置
(1)实验器材：见表格
(2)实验步骤
①如图所示，安装好器材；在烧杯中分别装入质量和初温相等的水和食用油，并记录它们的初温；
②用相同的电加热器材进行加热，同时用搅拌器搅拌，使水和食用油均匀受热；
③每隔相同的时间记录一次温度；
④比较加热过程中，水和食用油升高的温度。
(3)实验数据记录表格
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
水的温度/℃
食用油的温度/℃
结论：质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同；质量相同的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度不同。实验说明不同种类的物质吸收热量的本领不同。
实验点拨：
控制变量法：水和食用油的质量相同，吸收相等的热量。注意： 实验中水和食用油的质量相同，而非体积相同。
转换法：吸收热量的多少，转化为用相同电加热器加热相同的时间。
选取相同加热源的目的： 保证相同加热时间内释放的热量相同，使不同物质在相同加热时间内吸收相同的热量。
与酒精灯相比，用相同规格的电加热器对不同物质进行加热的好处：
①更容易保证相同时间内提供的热量相同；②内部加热，减少热量损失。
5、不可以将煤油换成酒精，酒精易挥发，实验过程中酒精的质量会不断变小；酒精易燃，实验过程中有危险。
6、实验中各器材的作用
(1)天平：控制物质的质量相等。
(2)温度计：测量物质升高的温度。
(3)停表：比较不同物质吸收热量的时间。
(4)两个完全相同的烧杯、两个规格相同的电加热器：不同大小的烧杯在相同时间内向外散失的热量不同，不同规格的电加热器在相同时间内放出的热量不同。所以，为了保证相同时间内两个烧杯内的液体吸收的热量相同，必须选择规格相同的电加热器和烧杯。
2、比热容
A、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。
公式及单位 公式; 单位为J/(kg·℃)。
点拨：
（1） 是比热容的计算公式，而不是比热容的决定式。
（2）热量的计算公式不考虑存在物态变化的过程，即物质在吸热或放热后，状态不变。
（3）运用比热容公式进行计算时，一 定要注意物理量的一一对应，且统一各物理量的单位。
（4）注意区分“升高"“升高了”和“升高到”(或“降低”"降低了”和“降低到”),“升高”和“升高了”是指温度的变化量△t;“升高到”是指末温t。；
(5)注意标准大气压下水的沸点是 100℃,此时水的末温不可超过100℃。
B、.对比热容的理解
(1)比热容是反映物质吸、放热本领强弱的物理量；
(2)影响因素：只与物质的种类和状态有关，与物体的质量、温度变化情况、吸收或放出的热量等因素均无关；
(3)同种物质不同状态下的比热容不同；
(4)不同物质的比热容一般不同。
C、在 同 样 环 境 中，质量相同的不同物质，当吸收或放出相同热量时，比热容较大的物质温度变化较小，比热容较小的物质温度变化较大。
D、水的比热容
(1)水的比热容是4.2×10 J/(kg · ℃), 它的物理意义是1kg 的水温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量为4.2×10 J;
(2)水的比热容大的利用： 一是取暖或作为冷却剂，二是调节气温。
3、热量的计算
根据比热容的定义式 ,可得Q=cm△t, 根据升温吸热和温放热，可得
A、 吸热计算公式：Q吸= cm△t=cm(t-t )。
B、放热计算公式：Q 放=cm△t=cm(t -t)。
C、变形公式：
分析温度随加热时间的变化图像
如图a所示是质量、初温相同的甲、乙两种液体在相同电加热器下加热，得到的温度随时间变化的图像。
由比热容的计算公式 可以看出，两种不同物质质量相等时，比热容的大小可用吸收的热量Q和物体的温度变化量△t两个量判 断，所以可采用控制变量法比较判断甲、乙两种液体的比热容大小。
方法一：控制升高的温度相同，比较它们吸收热量的多少。如图b 所示，在纵轴上任取一 点 t,过 t作平行于横轴的直线，分别交甲、乙两 种液体的图线于E、F两点，E、F 对应的时间分别为T甲、T乙。由图像看出T甲＜T乙，也就是说，要使甲、乙两液体升高相同的温度，对乙液体加热时间要长一些，即乙液体吸收的热量多，比热容大。
方法二：控制吸收的热量相同，比较它们温度升高了多少。如图c 所示，在横轴上任取一点 T,过 T 作平行于纵轴的直线，分别交甲、乙两种 液体的图线于M、N 两点，M、N对应的温度分别 为 t甲、t乙，由图像看出△t甲d＞△t乙，也就是说，对 甲、乙两液体加热相同的时间，让它们吸收相同 的热量后，甲液体的温度变化量大，比热容小。
5、利用热平衡方程解决问题
两个温度不同的物体放在一起，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，当两个物体温度达到相同时，如果没有热量损失，则有Q 吸=Q 放，称为热平衡方程。在热量计算题中，常采用此等式。
