第十二章 内能及其应用（知识清单）物理北师大版（北京）2024九年级全一册

第十二章 内能及其应用（知识清单） 思维导图 第1节 分子动理论 一、物质的构成 1. 分子：物质是由大量及其微小的粒子—— 构成的。分子的直径很小，通常以 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. 分子间有间隙 如图所示，先后将50mL的水和50mL的酒精倒入玻璃管中，上下几次颠倒玻璃管，可发现水和酒精的总体积小于100mL。这是酒精与水的混合过程，从微观的角度看，是酒精分子与水分子发生了扩散，这一现象说明水分子和酒精分子间都有 。 二、分子热运动 1. 探究扩散现象 【探究实验】（1）如图甲所示，在透明的瓶中分别装入空气和二氧化氮，抽去玻璃板后，无色的空气和红棕色的二氧化氮混合在一起，最后颜色变得均匀。 （2）如图乙所示，在装入清水的量筒底部注入蓝色的硫酸铜溶液。静待几天后，清水与硫酸铜溶液的界面变得模糊，静待几周后颜色变得均匀。 甲 乙 丙 （3）如图丙所示，把磨的很光滑的铅块和金块紧紧压在一起，在室温下放置五年后在将它们切开，发现它们互相渗入约1mm深。 【现象分析】气体、液体和固体分子都在不停地做无规则运动，能彼此进入分子的间隙中。 【探究结论】构成物质的分子都在不停地做 。 2. 扩散 （1）定义：不同的物质互相接触时彼此进入对方的现象，叫作扩散。 （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，分子间存在 。 （3）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 。 3. 分子热运动 （1）实验探究：分子运动与温度的关系。 【操作与现象】如图所示，取两个相同的烧杯，分别装入质量相等的适量冷水和热水，分别向两杯水中滴入一滴红墨水，会发现，热水中的水很快变红，冷水杯中的水变红较慢。 【现象分析】红墨水在热水扩散得快，说明热水中分子运动剧烈；红墨水在冷水中扩散得慢，说明冷水中分子运动缓慢些。 【探究归纳】分子运动的快慢与温度有关：温度越高，扩散越快，分子运动越剧烈。 （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，这种无规则运动叫作分子的 运动。分子运动越剧烈，物体的温度越 ，温度是物体分子热运动剧烈程度的标志。 三、分子间的作用力 1.探究分子间的作用力 【进行实验】（1）如图甲所示，将两个铅块表面磨平，紧压在一起，在下面挂上重物也不能使它们分开。表明物体分子之间存在 ，是分子间的引力使两个铅块不会散开。 甲 乙 （2）如图乙所示，向配有活塞的厚玻璃筒内注入一些水，用力压活塞，发现水的体积没有明显变化。虽然分子间有间隙，但要压缩固体和液体却很困难，这是因为分子之间存在着 。 【探究归纳】分子间存在相互作用的 和 。 2. 分子间的作用力与分子间的距离 （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 力； （3）当两个分子的距离变小时，分子间的作用力表现为 力。 3. 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 ，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，如图甲所示。 （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，具有一定的 ，没有确定的形状，可以流动，如图乙所示。 （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 和形状，具有流动性，容易被压缩，如图丙所示。 四、分子动理论的基本观点 常见的物质是由大量 构成的；物质内的分子在不停地做 运动；分子之间存在 力和 力。 第2节 内能 一、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无规则热运动，物体内大量分子做无规则热运动所具有的能称为分子 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，所以分子也具有势能，这种势能叫作 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 ，叫作物体的内能。内能的单位是 （J）。 2. 影响物体内能大小的因素 （1）温度：同一物体，温度越高，它具有的内能就越 。 （2）质量：在温度一定时，物体的质量越大，分子的数量越多，内能就越 。 （3）物态：物态不同，分子间的距离不同，相互作用力不同，分子势能不同，内能就会不同。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 。 （4）体积：物体的体积反映了分子间平均距离的大小，分子间距离的大小变化引起分子力大小的变化，从而影响到分子势能的大小，也就影响了物体内能的大小。 3. 理解物体的内能 （1）内能是指物体的内能，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 ，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. 内能与机械能的区别与联系 项目 内能 机械能 区别 概念 构成物体的所有分子的分子动能和分子势能的总和 动能重力势能和弹性势能统称为机械能 影响因素 物体的温度、质量、状态、体积、物质的种类 物体的质量、速度、高度和弹性形变的程度 研究对象 微观世界的大量分子 宏观世界的所有物体 存在条件 永远存在 运动或被举高或发生弹性形变 联系 物体的内能和机械能之间可以互相转化。 二、热传递和内能的改变 1. 热传递改变物体的内能 【观察示例】示例一：烧水。烧水时水的温度升高，内能增加，内能从火焰传递给锅和水。 示例二：用热水袋取暖。用热水袋取暖时，暖袋温度降低，内能 ；人体温度升高，内能 ；内能从热水袋传递给人。（均选填“增大”或“减少”） 【探究结论】温度不同的物体相互接触时，发生热传递，低温物体温度升高，内能增加，高温物体温度降低，内能减少；即内能从高温物体传递给低温物体，所以 可以改变物体的内能。 2. 热传递改变物体内能的一些实例 （1）冷毛巾降温 人轻度发热时用冷毛巾给头部降温，过一段时间后，毛巾温度升高，内能增加；头部温度降低，内能减少。这是热传递改变了物体的内能。 （2）热工件放入冷水 如果把烧热的工件放到冷水中，工件会凉下来，而冷水会变热，这是因为在此过程中发生了热传递。发生热传递时，高温物体放出热量、内能减少，低温物体吸收热量、内能增加。这是热传递改变了物体的内能。 （3）冰镇饮料 用冰镇饮料时，饮料放出热量，内能减少；冰吸收热量，内能增加。是通过热传递途径来改变物体的内能。 三、做功和内能的改变 1. 做功改变物体的内能 （1）压缩气体做功：如图所示，迅速压下活塞，玻璃筒内的气体被压缩，活塞对筒内气体做功，从而使筒内气体的内能 ，温度 ，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉开始迅速燃烧。 压缩气体做功 气体膨胀做功 （2）气体膨胀做功：如图所示，向瓶内打气，压缩瓶内的空气，对瓶内空气做功，瓶内空气内能 ，温度升高，随着打入空气的增加，气压越来越大，直至冲开瓶塞。此时，瓶内的空气推动瓶塞做功，内能 ，温度 ，其中水蒸气液化成小水滴，形成“ ”。 （3）结论：做功可以改变物体的内能。外界对物体做功，物体温度升高，内能 ；物体对外界做功，物体温度降低，内能 。（均选填“增加”或“减少”） （4）做功改变物体的内能，实质是能量的 ，是内能与其他形式的能发生了相互转化。 2. 热传递和做功改变内能的区别与联系 比较 项目 区别 联系 实质 方式 举例 热传递 内能的 转移 高温物体放热，低温物体吸热 生活中烧、烤、烙、炒，太阳能热水器，生产中的淬火等 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同。某物体的内能发生改变，可能是通过热传递改变的，也可能是通过做功改变的，或者两者都有。若不知道具体过程，则无法确定内能的改变方式 做功 其他形式能与内能之间的相互转化 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体等 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折铁丝等 体积膨胀等 装开水的暖水瓶内的水蒸气将瓶塞冲开 三、温度、热量、内能之间的区别 项目 温度 热量 内能 区别 概念 宏观上，表示物体的冷热程度；微观上，反映物体中分子热运动的剧烈程度 在热传递过程中传递能量的多少 构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和 量的性质 状态量 过程量 状态量 表述 用“降低”、“升高”，“降低到”、“升高到”表述 用“放出”或“吸收”表述 用“有”、“具有”、“改变”、“增加”、“减少”等表述 单位 摄氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J） 注意 （1）物体吸收（或放出）时，其内能一定增加（或减少），但温度不一定升高（或降低），比如晶体熔化（或凝固）过程温度不变； （2）物体温度升高（或降低）时，其内能一定增加（或减少） 。 第3节 比热容 一、热量 1. 热量：在热传递过程中，传递的 的多少叫作热量。单位是 ，符号为J。 2. 比较不同物质吸收热量的情况 【设计实验】 （1）实验器材：相同规格的电加热器、烧杯、温度计各两个，天平一架，停表一个，水、食用油若干。 （2）测量的物理量 ①用天平分别测出质量都是m的水和食用油； ②用温度计测水和食用油的初温t0、末温t； ③用停表记录加热时间t。 （3）实验方法：该实验用控制变量法、转换法进行探究。 ①控制变量法：探究物质吸收的热量可能与质量、升高的温度、物质的种类有关时，应该控制两个量不变，每次实验只能改变一个量。 ②转换法：因为热量无法直接测量，所以我们可以用加热时间来比较物质吸收的热量。 【进行实验与收集数据】 （1）取质量相等的水与食用油各200g。 （2）按照如图所示安装器材。观察温度计的示数，记下加热前水和食用油的温度。 （3）接通电源，同时对烧杯中的水和食用油加热相同的时间（大约3～5min），观察并读出两只温度计的示数。 （4）实验记录表格。 液体 质量m/g 初温t0/℃ 末温t1/℃ 升高的温度（t1-t0）/℃ 加热的 时间 水 200 20 42 22 相等 食用油 200 20 55 35 相等 【分析与论证】 （1）质量相等的水和食用油吸收相同的热量（加热的时间相同），升高的温度 （选填“相等”或“不相等”），食用油升高的温度比水的多。 推理：质量相等的水与食用油升高相同的温度，吸收的热量 （选填“相等”或“不相等”），水吸收的热量比食用油的多。表明水和食用油吸热本领不一样。 （2）换用其他物质进行实验，发现在质量相同，升高的温度相同时，不同物质吸收的热量也不同。 【实验结论】 质量相等的不同物质，升高的温度相同，吸收的热量 （选填“相等”或“不相等”）。 【交流讨论】 （1）测量物质的选取：应选取 、 相同的不同物质。 （2）用规格相同的电加热器对不同物质进行加热的好处： 首先，与酒精灯相比，更容易控制相同时间内提供的热量相同；其次，内部加热，热量损失少。 （3）判断物质吸热能力强弱的两种方法 ①加热相同的时间，通过比较温度变化的快慢来判断物体吸热能力的强弱，温度变化快的吸热能力 （选填“强”或“弱”）； ②升高相同的温度，通过比较加热时间长短来判断吸热能力的强弱，加热时间长的物体吸热能力 （选填“强”或“弱”）。 该实验既可以用方法①比较物质吸热能力的强弱，也可以用方法②比较物质吸热能力的强弱。 （4）该实验常用的两种装置 如图所示为该实验常见的两种装置。甲装置散热集中，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；乙装置中两酒精灯在相同的时间放出的热量被水吸收的量很难控制相同，误差大一些，因此有条件时，尽量选择甲装置。 甲 乙 二、比热容 1. 引入比热容的意义：用来比较物质吸热能力的物理量。 2. 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。 3. 定义式： c= Q表示物质吸收的热量，单位是 （J）；m表示物体的质量，单位是 （kg）； Δt表示升高（或降低）的温度，单位是 ； 吸热时Δt =t末温- t0 放热时Δt=t0-t末温 c表示物质的比热容，单位是 ，符号为J/(kg·℃)。 4. 实验证明：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 。 5. 比热容的物理意义：例如，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），表示1kg水温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量是4.2×103J。 6. 根据比热容公式计算其他物理量 计算物体吸收或放出的热量：Q= ； 计算物体升高或降低的温度：Δt= ； 计算物体的质量：m= 。 7. 理解比热容 ①比热容是反映物质自身性质的物理量。不同的物质，比热容一般不同。每种物质的比热容是不变的，与质量、变化的温度、吸收的热量 ，它仅与物质的种类和状态 （均选填“有关”或“无关”）。 ②比热容反映了物质的吸热能力，比热容越大，越不容易升温，也不容易降温。 8. 水的比热容 （1）常见物质中水的比热容较大。表明在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化要 些。 （2）应用：作散热剂或冷却剂。如汽车发动机用水冷却；冬天用水作取暖设备的供热介质。 （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 ，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 。 三、拓展实验—用传感器比较不同物质的比热容 如图所示，用铁夹将温度传感器及分别盛有质量相同的水和食用油的两支试管固定在铁架台上，温度传感器的探头部分要分别与试管内的水和食用油接触良好。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，对盛有水和食用油的试管进行加热，在计算机上可以得到水和食用油的温度—时间图像，进而比较它们的比热容。 四、热量的计算 1. 热量的计算公式 （1）物体温度升高时，所吸收的热量为 Q吸= （2）物体温度降低时，所放出的热量为 Q放= Q吸表示 ，Q放表示 ，单位是 （J）。 c表示比热容，单位是 （J/(kg·℃）。 m表示质量，单位是 （kg）。 t0表示物体原来的初温度，t表示物体的末温度，△t表示温度的变化量（升高或降低的温度）。 2. 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吸= Q放 c1m1（t1-t01）＝c2m2（t2-t02） 第4节 热机 知识点一：热机 定义：热机是 ，把 的机器。 热机的种类： 等 知识点二：内燃机 1.汽油机 （1）汽油机的构造： 。 （2）汽油机的工作过程：吸气、压缩、做功、排气。 吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由气缸最上端向下运动，汽油和空气的混合物从进气门被吸入气缸。当活塞运动到最下端时，进气门关闭。 压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由气缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内温度升高，气压增大。 做功冲程。在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物。燃料混合物剧烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。 排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从气缸最下端向上运动，把废弃排出气缸，为下一个循环做好准备。 2．柴油机 （1）柴油机的构造： （2）柴油机的工作过程：吸气、压缩、做功、排气。 吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由气缸最上端向下运动，空气从进气门被吸入气缸。当活塞运动到最下端时，进气门关闭。 压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由气缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内温度升高，其温度超过柴油的燃点。 做功冲程。在压缩冲程结束后，由喷油嘴向气缸内喷射雾状的柴油，这些柴油在气缸内高温的空气中剧烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。 排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从气缸最下端向上运动，把废弃排出气缸，为下一个循环做好准备。 知识点二：内燃机的理解 1.内燃机：内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 2.内燃机的工作原理： （1）汽油机和柴油机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 （2）活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （3）在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。 （4）四个冲程中只有 ，其他三个冲程都是靠 完成的。 （5）一个工作循环有两次能量转化在 ， ， ， 。 知识点三：热值 燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能。 （1）定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的 。用符号q表示。 单位：固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg）、气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）。 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、是否完全燃烧等无关。 （2）公式： ①Q＝qm m= q= Q—放出的热量—焦耳（J）；q—热值—焦耳每千克（J/kg）；m—燃料质量—千克（kg）。 ②Q＝qV V= q= Q—放出的热量—焦耳（J）；q—热值—焦耳每立方米（J/m3）；V—燃料体积—立方米（m3）。 （3）物理意义： 酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示： 。 煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示： 。 知识点四：热机的效率 1. 影响燃料有效利用的因素：一是燃料很难完全燃烧，二是燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用。 2. 有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末状、用空气吹进炉膛（提高燃烧的完全程度）；以较强的气流，将煤粉在炉膛里吹起来燃烧（减少烟气带走的热量）。 3. 热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要标志，与热机的功率无关。 4. 公式： Q总= Q有用= Q总η 由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。 5. 热机能量损失的主要途径：废气、散热损失、机器损失。 6. 提高热机效率的途径： （1）使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失； （2）机件间保持良好的润滑，减小摩擦。 （3）在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。 7. 常见热机的效率：蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45% 内燃机的效率比蒸汽机高，柴油机的效率比汽油机高。 第5节 能量的转化和守恒 1. 能量：能量存在多种形式，如机械能、内能、电能、化学能、光能、核能等. 2. 能量的转化：在一定条件下，各种形式的能量是可以相互 的(如图). 3. 能量守恒定律：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量 . 4. 能量转移、转化的特点：具有 ． 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章 内能及其应用（知识清单） 思维导图 第1节 分子动理论 一、物质的构成 1. 分子：物质是由大量及其微小的粒子——分子构成的。分子的直径很小，通常以10-10m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. 分子间有间隙 如图所示，先后将50mL的水和50mL的酒精倒入玻璃管中，上下几次颠倒玻璃管，可发现水和酒精的总体积小于100mL。这是酒精与水的混合过程，从微观的角度看，是酒精分子与水分子发生了扩散，这一现象说明水分子和酒精分子间都有间隙。 二、分子热运动 1. 探究扩散现象 【探究实验】（1）如图甲所示，在透明的瓶中分别装入空气和二氧化氮，抽去玻璃板后，无色的空气和红棕色的二氧化氮混合在一起，最后颜色变得均匀。 （2）如图乙所示，在装入清水的量筒底部注入蓝色的硫酸铜溶液。静待几天后，清水与硫酸铜溶液的界面变得模糊，静待几周后颜色变得均匀。 甲 乙 丙 （3）如图丙所示，把磨的很光滑的铅块和金块紧紧压在一起，在室温下放置五年后在将它们切开，发现它们互相渗入约1mm深。 【现象分析】气体、液体和固体分子都在不停地做无规则运动，能彼此进入分子的间隙中。 【探究结论】构成物质的分子都在不停地做无规则运动。 2. 扩散 （1）定义：不同的物质互相接触时彼此进入对方的现象，叫作扩散。 （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，分子间存在间隙。 （3）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。 3. 分子热运动 （1）实验探究：分子运动与温度的关系。 【操作与现象】如图所示，取两个相同的烧杯，分别装入质量相等的适量冷水和热水，分别向两杯水中滴入一滴红墨水，会发现，热水中的水很快变红，冷水杯中的水变红较慢。 【现象分析】红墨水在热水扩散得快，说明热水中分子运动剧烈；红墨水在冷水中扩散得慢，说明冷水中分子运动缓慢些。 【探究归纳】分子运动的快慢与温度有关：温度越高，扩散越快，分子运动越剧烈。 （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，这种无规则运动叫作分子的热运动。分子运动越剧烈，物体的温度越高，温度是物体分子热运动剧烈程度的标志。 三、分子间的作用力 1.探究分子间的作用力 【进行实验】（1）如图甲所示，将两个铅块表面磨平，紧压在一起，在下面挂上重物也不能使它们分开。表明物体分子之间存在引力，是分子间的引力使两个铅块不会散开。 甲 乙 （2）如图乙所示，向配有活塞的厚玻璃筒内注入一些水，用力压活塞，发现水的体积没有明显变化。虽然分子间有间隙，但要压缩固体和液体却很困难，这是因为分子之间存在着斥力。 【探究归纳】分子间存在相互作用的引力和斥力。 2. 分子间的作用力与分子间的距离 （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。 3. 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，如图甲所示。 （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，具有一定的体积，没有确定的形状，可以流动，如图乙所示。 （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，如图丙所示。 四、分子动理论的基本观点 常见的物质是由大量分子构成的；物质内的分子在不停地做热运动；分子之间存在引力和斥力。 第3节 比热容 一、热量 1. 热量：在热传递过程中，传递的热的多少叫作热量。单位是焦耳，符号为J。 2. 比较不同物质吸收热量的情况 【设计实验】 （1）实验器材：相同规格的电加热器、烧杯、温度计各两个，天平一架，停表一个，水、食用油若干。 （2）测量的物理量 ①用天平分别测出质量都是m的水和食用油； ②用温度计测水和食用油的初温t0、末温t； ③用停表记录加热时间t。 （3）实验方法：该实验用控制变量法、转换法进行探究。 ①控制变量法：探究物质吸收的热量可能与质量、升高的温度、物质的种类有关时，应该控制两个量不变，每次实验只能改变一个量。 ②转换法：因为热量无法直接测量，所以我们可以用加热时间来比较物质吸收的热量。 【进行实验与收集数据】 （1）取质量相等的水与食用油各200g。 （2）按照如图所示安装器材。观察温度计的示数，记下加热前水和食用油的温度。 （3）接通电源，同时对烧杯中的水和食用油加热相同的时间（大约3～5min），观察并读出两只温度计的示数。 （4）实验记录表格。 液体 质量m/g 初温t0/℃ 末温t1/℃ 升高的温度（t1-t0）/℃ 加热的 时间 水 200 20 42 22 相等 食用油 200 20 55 35 相等 【分析与论证】 （1）质量相等的水和食用油吸收相同的热量（加热的时间相同），升高的温度不相等（选填“相等”或“不相等”），食用油升高的温度比水的多。 推理：质量相等的水与食用油升高相同的温度，吸收的热量不相等（选填“相等”或“不相等”），水吸收的热量比食用油的多。表明水和食用油吸热本领不一样。 （2）换用其他物质进行实验，发现在质量相同，升高的温度相同时，不同物质吸收的热量也不同。 【实验结论】 质量相等的不同物质，升高的温度相同，吸收的热量不相等（选填“相等”或“不相等”）。 【交流讨论】 （1）测量物质的选取：应选取质量、初温相同的不同物质。 （2）用规格相同的电加热器对不同物质进行加热的好处： 首先，与酒精灯相比，更容易控制相同时间内提供的热量相同；其次，内部加热，热量损失少。 （3）判断物质吸热能力强弱的两种方法 ①加热相同的时间，通过比较温度变化的快慢来判断物体吸热能力的强弱，温度变化快的吸热能力弱（选填“强”或“弱”）； ②升高相同的温度，通过比较加热时间长短来判断吸热能力的强弱，加热时间长的物体吸热能力强（选填“强”或“弱”）。 该实验既可以用方法①比较物质吸热能力的强弱，也可以用方法②比较物质吸热能力的强弱。 （4）该实验常用的两种装置 如图所示为该实验常见的两种装置。甲装置散热集中，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；乙装置中两酒精灯在相同的时间放出的热量被水吸收的量很难控制相同，误差大一些，因此有条件时，尽量选择甲装置。 甲 乙 二、比热容 1. 引入比热容的意义：用来比较物质吸热能力的物理量。 2. 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。 3. 定义式： c= Q表示物质吸收的热量，单位是焦耳（J）；m表示物体的质量，单位是千克（kg）； Δt表示升高（或降低）的温度，单位是摄氏度（℃）； 吸热时Δt =t末温- t0 放热时Δt=t0-t末温 c表示物质的比热容，单位是焦/（千克·℃），符号为J/(kg·℃)。 4. 实验证明：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，在数值上也等于它的比热容。 5. 比热容的物理意义：例如，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），表示1kg水温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量是4.2×103J。 6. 根据比热容公式计算其他物理量 计算物体吸收或放出的热量：Q=cmΔt； 计算物体升高或降低的温度：Δt=Q /cm； 计算物体的质量：m=Q /cΔt 。 7. 理解比热容 ①比热容是反映物质自身性质的物理量。不同的物质，比热容一般不同。每种物质的比热容是不变的，与质量、变化的温度、吸收的热量无关，它仅与物质的种类和状态有关（均选填“有关”或“无关”）。 ②比热容反映了物质的吸热能力，比热容越大，越不容易升温，也不容易降温。 8. 水的比热容 （1）常见物质中水的比热容较大。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。如汽车发动机用水冷却；冬天用水作取暖设备的供热介质。 （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。 三、拓展实验—用传感器比较不同物质的比热容 如图所示，用铁夹将温度传感器及分别盛有质量相同的水和食用油的两支试管固定在铁架台上，温度传感器的探头部分要分别与试管内的水和食用油接触良好。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，对盛有水和食用油的试管进行加热，在计算机上可以得到水和食用油的温度—时间图像，进而比较它们的比热容。 四、热量的计算 1. 热量的计算公式 （1）物体温度升高时，所吸收的热量为 Q吸=cm (t-t0) ＝cmΔt （2）物体温度降低时，所放出的热量为 Q放=cm (t0-t) ＝cmΔt Q吸表示吸收的热量，Q放表示放出的热量，单位是焦（J）。 c表示比热容，单位是焦/（千克·℃）（J/(kg·℃）。 m表示质量，单位是千克（kg）。 t0表示物体原来的初温度，t表示物体的末温度，△t表示温度的变化量（升高或降低的温度）。 2. 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吸= Q放 c1m1（t1-t01）＝c2m2（t2-t02） 第4节 热机 知识点一：热机 定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器。 热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等 知识点二：内燃机 1.汽油机 （1）汽油机的构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。 （2）汽油机的工作过程：吸气、压缩、做功、排气。 吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由气缸最上端向下运动，汽油和空气的混合物从进气门被吸入气缸。当活塞运动到最下端时，进气门关闭。 压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由气缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内温度升高，气压增大。 做功冲程。在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物。燃料混合物剧烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。 排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从气缸最下端向上运动，把废弃排出气缸，为下一个循环做好准备。 2．柴油机 （1）柴油机的构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。 （2）柴油机的工作过程：吸气、压缩、做功、排气。 吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由气缸最上端向下运动，空气从进气门被吸入气缸。当活塞运动到最下端时，进气门关闭。 压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由气缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内温度升高，其温度超过柴油的燃点。 做功冲程。在压缩冲程结束后，由喷油嘴向气缸内喷射雾状的柴油，这些柴油在气缸内高温的空气中剧烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。 排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从气缸最下端向上运动，把废弃排出气缸，为下一个循环做好准备。 知识点二：内燃机的理解 1.内燃机：内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 2.内燃机的工作原理： （1）汽油机和柴油机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 （2）活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （3）在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。 （4）四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。 （5）一个工作循环有两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为机械能。 知识点三：热值 燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能。 （1）定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。用符号q表示。 单位：固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg）、气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）。 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、是否完全燃烧等无关。 （2）公式： ①Q＝qm m= q= Q—放出的热量—焦耳（J）；q—热值—焦耳每千克（J/kg）；m—燃料质量—千克（kg）。 ②Q＝qV V= q= Q—放出的热量—焦耳（J）；q—热值—焦耳每立方米（J/m3）；V—燃料体积—立方米（m3）。 （3）物理意义： 酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。 煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。 知识点四：热机的效率 1. 影响燃料有效利用的因素：一是燃料很难完全燃烧，二是燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用。 2. 有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末状、用空气吹进炉膛（提高燃烧的完全程度）；以较强的气流，将煤粉在炉膛里吹起来燃烧（减少烟气带走的热量）。 3. 热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要标志，与热机的功率无关。 4. 公式： Q总= Q有用= Q总η 由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。 5. 热机能量损失的主要途径：废气、散热损失、机器损失。 6. 提高热机效率的途径： （1）使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失； （2）机件间保持良好的润滑，减小摩擦。 （3）在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。 7. 常见热机的效率：蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45% 内燃机的效率比蒸汽机高，柴油机的效率比汽油机高。 第5节 能量的转化和守恒 1. 能量：能量存在多种形式，如机械能、内能、电能、化学能、光能、核能等. 2. 能量的转化：在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的(如图). 3. 能量守恒定律：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变. 4. 能量转移、转化的特点：具有方向性． 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$