13 内能
13.1分子热运动
知识点1、物质的结构
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（1）物质是由许许多多肉眼看不见的得分子、原子构成的。通常以10m为单位来量度分子。
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分子数量巨大，例如，体积为1cm的空气中大约有2.7×10个分子。
（2）分子间有间隙 知识点2、分子热运动
（1）探究：物体的扩散实验 实例 气体扩散实验 现象 无色的空气与红棕色的二氧化氮气体混合在一起，最后颜色变得均匀 结论 气体、液体和固体在互相接触时，彼此都能渗入对方 液体扩散实验 固体扩散实验 无色的清水与蓝色的硫酸铜溶液混合在一起，最后颜色变得均匀 五年后将他们切开，发现它们互相渗入约1mm深 注意：将密度大的二氧化氮气体和硫酸铜溶液放在下面，密度小的空气和清水放在上面，目的
是避免由于重力作用而对实验造成影响；
（2）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。
②扩散现象表明：一切物质的分子都在不停地作无规则的运动，同时还说明分子之间有间隙。 ③扩散现象是由于分子不停地运动形成的，并不是在宏观力的作用下发生的，分子的运动是分子自身具有的特性，与外界的作用无关。
拓展：从气体、液体和固体的扩散速度可知，气体分子的无规则运动最剧烈，固体分子的无规则运动最不剧烈，液体分子无规则运动的剧烈程度在气体和固体之间。
（3）分子的热运动
①定义：一切物质的分子都在不停的做无规则的运动。这种无规则运动叫做分子的热运动。 ②温度越高，物质的扩散越快，分子运动越剧烈。
注意：任何温度下，构成物质的分子都在不停的做无规则运动，仅是运动速度不同而已。不能错误的认为0℃以下的物质分子不会运动。
③分子运动越剧烈，物体温度越高。
④宏观物体的机械运动与分子的热运动的比较。 研究对象 运动情况 可见度 影响运动快慢的因素 机械运动 宏观物体 静止或运动 肉眼可观察到 力及力的作用时间 分子的热运动 微观物体 运动永不停息 肉眼不能观察到 温度 知识点3、分子间的作用力
（1）分子间存在相互作用的引力和斥力。 （2）类比法理解分子间引力和斥力的关系 分子间距离关系 分子间距离等于平衡距离 类比分析 分子在平衡位置附近振动，相当于弹簧的自然伸长状态 1 分子间作用力 引力等于斥力，作用力表现为零
分子间距离小于平衡距离 分子间距离大于平衡距离 分子间距离大于10倍平衡距离 相当于压缩弹簧 相当于拉伸弹簧 相当于弹簧背拉直断开 引力小于斥力，表现为斥力 引力大于斥力，表现为引力 分子间作用力十分微弱，可以忽略 方法技巧：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。
（3）分子间存在着引力和斥力的现象
①说明分子间存在引力的现象有：很多物体有一定的形状；在荷叶上，两滴水靠近时可自动合并为一滴水；固体很难被拉断；两块底面磨平的铅块相互紧压后会结合在一起等。
②说明分子间存在斥力的现象有：物体不能被压缩到无限小，固体和液体很难被压缩。 ③值得注意的是分子间的引力和斥力的作用范围是很小的，只有分子彼此靠得很近时才能产生，分子间的距离太大时，分子间的作用力就十分微弱甚至为零。破镜难以重圆的原因。
④不同物质分子间的引力和斥力也不一样。 （4）物质三态的分子结构及宏观特征对比
物质状态 固体 液体 气体 分子间距离 很小 比固体稍大 很大 分子间作用力 很大 较大 十分微弱，可以忽略 分子运动情况 只能在平衡位置附近做无规则振动 既可以在一个位置震动，又可以移动到另一位置震动 除碰撞外均做匀速直线运动 性 有一定的体积，没有一定的形状，具有流动性 既没有一定的体积，也没有一定的形状，具有流动性 宏观特征 有一定体积和形状，没有流动（5）分子动理论的内容
①常见的物质是由大量的分子、原子构成的； ②物质内的分子在不停地做热运动； ③分子之间存在引力和斥力。 易误易混警示
易误点：机械运动和分子的热运动
易误点辨析：在分析实际事例时，易把宏观微小物体的机械运动和分子的热运动混为一谈。分子不停地做无规则运动与外力作用下的机械运动是不同的。
（1）机械运动是宏观物体的运动，可直接观察到，而分子的热运动是分子在不停地作无规则的运动，直接用肉眼观察不到。
（2）分子不停地做无规则运动是自发产生的，并不是在外力作用下形成的；而机械运动则是在外力作用下的宏观物体的运动，在判断是机械运动还是分子的热运动时应特别注意区别用机械的方法（如搅拌），或因外力（重力、风力）使物体发生的宏观运动。如风的形成是空气的有规则的运动，属于宏观物体的机械运动，而不是分子的运动；打扫室内卫生时，灰尘在空气中飞舞是宏观物体（灰尘）在外力作用下的机械运动。
（3）分子运动的快慢与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈；而机械运动的快慢与温度无关，但与所受外力有关。
13.2内能
知识点1、内能
（1）①分子动能：分子在不停地作无规则的运动，同一切运动的物体一样，运动的分子也具有动能。分子由于运动而具有的能叫做分子动能。物体的温度越高分子热运动的速度越大，动能越大。
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，因而分子具有势能叫做分子势能。 ③物体的内能：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。单位：焦耳（J），各种形式能量的单位都是焦耳。
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（2）从五个方面理解物体的内能
①内能是指物体的内能，不是分子的内能，更不能说是个别分子和少数分子所具有的能量，而是物体内部所有分子共同具有的分子动能和分子势能的总和。
②一切物体在任何情况下都具有内能。根据分子动理论可知，一切物体中的分子都在不停地做无规则运动，分子间都有分子力的作用，无论物体处于何种状态、是何形状、温度是高是低都是如此。因此，一切物体在任何情况下都具有内能。例如，50℃的水具有内能，0℃的水具有内能，-10℃的冰仍然具有内能，只是对于同样的水，温度降低时其内能减少了而已。
③内能具有不可测量性，即不能准确知道一个物体的内能的具体数值。
④物体的内能可以发生改变，内能发生变化时，物体的表现方式有温度改变和物态改变两种。 ⑤内能是不同于机械能的另一种形式的能，机械能与整个物体的机械运动情况有关，而内能与物体内部分子的热运动和分子之间的相互作用情况有关。
（4）影响物体内能大小的因素 决定因素 物体的质量 物体内能大小的解释 它反映了物体内部分子数的多少。在其他条件相同的情况下，分子数目越多，分子动能和分子势能的总和越大。例如同样是20℃的一桶水和一杯水，一桶水的内能就比一杯水的内能大的多。所以，同温度、同物态、同一种物质组成的物体的内能与它的质量有关，质量越大，内能就越大；质量越小，内能就越小 物体的温度 它一方面反映了物体内部分子运动的剧烈程度，温度越高，分子平均速度越大，分子动能就越大。另一方面，对于固体和液体，分子平均速度越大，分子偏离平衡位置的距离也越大，也就是热胀冷缩现象，此时物体体积变大，分子势能也变大。所以物体的温度越高，内能越大。 物体的体积 它反映了分子间平均距离的大小，因此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，也影响了物体内能的大小。 物质的种类 因为不同物质的分子大小、结构不同，分子间作用力也不同，在温度相同时，它们的分子动能、分子势能也不相同。 物体的物态 物体的物态不同，其分子间的距离不同，相互作用力也不同，分子势能就会不同。因此，物体的物态不同，其内能也不同。例如，100g0℃的冰与100g0℃的水比较，冰熔化成水时需吸收热量，故水的内能更大 知识点2、物体内能的改变 （1）热传递改变物体的内能 条件 方向 过程 结果 实质 不同物体或同一物体的不同部分之间存在温度差 由高温物体转移到低温物体或由同一物体的高温部分转移到低温部分 高温物体→放出热量→内能减少→温度降低；低温物体→吸收热量→内能增加→温度升高 不同物体或同一物体的不同部分温度升高 内能发生了转移，能的形式并未发生改变 （2）做功改变物体的内能
做功可以改变物体内能，对物体做功，物体的内能会增加；物体对外界做功，物体内能会减少。 （3）热传递和做功的区别 热传递 做功 其他形式的能与内能之间的相互转化过程 外界对物体做功，物体的内能增加 物体对外界做功，物体的内能减少 3
压缩体积、摩擦生热、锻打物体、拧弯物体 体积膨胀等 实质 内能的转移过程 条件 不同的物体或物体的不同部分之间存在温度差 射 方式（方法） 热传导、热对流、热辐举例 烧红的铁块放入冷水中，内能从高温铁块转移到低温的水，铁块的内能减少，水的内能增加 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折细金属丝 装着开水的暖水瓶内的水蒸气将瓶盖顶起来，水蒸气的内能减少
（4）做功和热传递在改变物体内能上是等效的
改变物体内能的途径有两个：做功和热传递。一个物体内能的改变，可以通过做功的方式，也可以通过热传递的方式来实现，即做功和热传递在改变物体内能上是等效的。
知识点3、热量
（1）定义：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。热量用符号Q表示。
（2）单位：热量和功都可以用来量度物体内能的改变，所用的单位相同，功的单位是焦耳，热量的单位也是焦耳，内能的单位也是焦耳，符号是J。
（3）理解热量的概念应注意以下三点
①热量是内能转移多少的量度，是一个过程量，可以用“吸收”或“放出”来表述
②物体放出了多少热量，内能就减少多少；物体吸收了多少热量，内能就增加多少。但要注意，内能减少或增加并不只与放出或吸收热量有关，做功也可以改变物体的内能。
③热量的多少与物体能量（内能）的多少、物体温度的高低没有关系。
（4）温度、热量、内能是热学中的三个基本物理量，应正确理解三者之间的区别与联系。 定义量的性质 表述 可以用“降低”“升高”“降低到”“升高到”“是”等表述 单位 摄氏度（℃） 可以用“吸收”或“放出”等表述 焦耳（J） 可以用“有”“具有”“改变”“增加”“减少”等表述 焦耳（J） 温度 宏观上：表示物体的冷热程度。微观上：反状态量 热量 在热传递过程中，传递能量的多少 过程量 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 状态量 不同 应物体内大量分子无规则运动的剧烈程度 关系 热传递可以改变物体的内能，使其内能增加或减少，但温度不一定改变（如晶体的熔化、凝固过程），即物体吸热，内能会增加，物体放热，内能会减少，但物体的温度不一定发生改变 易混点：内能与机械能 区别 影响因素 研究对象 存在条件 联系 概念 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 物体的温度、体积、质量、物态、材料等 物体的质量、速度、被举高的高度或弹性形变的程度 微观世界的大量分子 永远存在 宏观世界的所有物体 运动或在高处或发生弹性形变 机械能 动能、重力势能和弹性势能统称为机械能 物体的内能与物体的运动状态、所处的高度以及是否发生弹性形变无关，所以具有机械能的物体同时一定具有内能，但具有内能的物体却不一定具有机械能。 13.3比热容
知识点1、比较不同物质吸热的情况
（1）实验探究：不同物质的吸（放）热本领探究
①设计实验：在比较不同物质吸热的情况时可以采取以下两种方法：
a、选取质量相同的不同物质，让他们吸收相同的热量，比较它们升高的温度，温度升高少的物质吸热本领强；b、选取质量相同的不同物质，使它们升高相同的温度，比较他们吸收热量的多少，吸收热量多的物质吸热本领强。
②实验器材及需要测量的物理量
实验器材：相同规格的电加热器、烧杯、温度计、天平、停表、水、煤油等 实验需要测量的物理量：
a、用温度计测水和煤油的初温t0、末温t末；b、用天评测水和煤油的质量m；c、用停表记录加热时间t。
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③实验记录表格 物质 水 煤油 质量m/kg 初温t0/℃ 末温t末/℃ 升高的温度△t/℃ 加热时间t/min ④实验过程
实验装置如图所示，取两只相同的烧杯分别装入500g水和500g煤油，他们的初温都与室温相同，用相同的电加热器加热。
a、对水和煤油加热相同的时间，观察并读出温度计的示数； b、让水和煤油升高相同的温度，记录并比较加热时间。
⑤分析论证：给质量、初温相同的水和煤油加热，是他们吸收相同的热量（加热时间相同），煤油的温度升的比水高；使它们升
高相同的温度，对水加热的时间更长一些，表明水与煤油的吸热本领不同。
⑥探究归纳：质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同；质量相等的不同物质，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热的本领不同。
注意：（1）试验中水和煤油的质量相同，而非体积相同。 （2）电加热器要放在烧杯底部，以使整杯水或煤油受热均匀。 （3）温度计的玻璃泡高度适当，全部浸入液体中且玻璃泡不能碰到容器底、容器壁和电加热器。 （4）为了使探究结论具有普遍性，可以让几个小组选用不同的液体进行试验，这样可以减小实验中偶然因素造成的误差，使实验结论更具有普遍意义。
方法技巧：（1）控制变量法：本实验中，控制了水和煤油的质量、吸收的热量相等，通过温度变化量不同，说明水和煤油的吸热本领不同；控制了水和煤油的质量、温度变化量相同，通过加热时间（吸收热量的多少）不同来说明水和煤油的吸热本领不同。
（2）转换法：电加热器每秒放出的热量是一定的，通电时间越长，放出的热量越多。不考虑热损失，放出的热量全部被水或煤油吸收，故物质吸收热量的多少就转换成加热时间的长短。
知识点2、比热容 （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。比热容用符号c表示。
（2）物理意义：为了比较不同物质的吸、放热能力而引入的一个物理量。单位质量的某种物质温度升高1℃所吸收的热量，与它温度降低1℃所放出的热量相等，在数值上都等于它的比热容。
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（3）单位：焦每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)。有时比热容单位也可写作J·(kg·℃)-1 （4）五点透析比热容
①比热容是物质自身的性质之一，它反映了不同物质吸、放热本领的强弱，比热容大的物质吸、放热本领强，比热容小的物质吸、放热本领弱。
②比热容的物理意义：如水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，其物理意义是：质量为1kg的水，温度升高（或降低）1℃时，所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
③对于同一物质，比热容的数值还与物质的物态有关，在不同物态下，比热容是不同的。如：水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，而冰的比热容是2.1×103J/(kg·℃).
④物质的比热容不随物质的质量、吸收（或放出）热量的多少及温度的变化而变化；只要是相同的物质，在物态相同时，不论其形状、质量、温度高低、放置地点如何，比热容一般都相同。
⑤不同物质的比热容一般不同，同种物质（物态相同）的比热容相同 两个角度 具体说明 物质的吸热本领 比热容大的表示吸热本领强 比热容小表示吸热本领弱 解释 物质温度改变的难易程度 比热容大的表示温度难改变 比热容小表示温度容易改变 相同质量的不同物质升高相同的温度，比热容越大，相同质量的不同物质吸收相等的热量，比热容越吸收的热量越多，比热容越少，吸收的热量越少 大温度升高的越少，比热容越小温度升高的越多 沿海地区昼夜温差较小，内绿地去昼夜温差较大 5
应用 某些机器设备用水做冷却剂
（5）观察下面“一些物质的比热容”表，可以发现： 一些物质的比热容c/[J·(kg·℃)-1] ①每种物质都有确定的比热容，不同物质的比热容一般不同。
②常见的物质中，水的比热容最大，是4.2×103J/(kg·℃)
③水和冰的比热容不同，说明物质的比热容与物质的物态有关。
④有个别的不同种物质（例如冰和煤油），其比热容相同。
⑤液态物质的比热容一般比固态物质的比热容大。
（6）水的比热容较大，这一特点在日常生产生活及调节温度中具有重要应用，其应用主要有以下两个方面：
①水的吸（放）热本领较大强，用水作为散热剂或冷却剂。
②水的温度难改变，对机器或生物体起保护作用。由于水的比热容大，一定质量的水与其它相同质量的物质相比，吸收或放出相同的热量，水的温度变化小。如生物体内水的比例很高，当环境温度变化较快时，水的温度变化较慢，有利于调节生物体自身的温度，以免温度变化太快对生物体造成严重损坏。再如，水的比热容大于泥土、沙石的比热容，是沙漠地区与沿海地区昼夜温差相差很大的原因，沙石、干泥土等物质比热容较小，吸收（或放出）相同的热量，水升高（或降低）的温度比其质量相等的沙石、干泥土升高（或降低）的温度小得多。因此沿海地区昼夜温差较小，沙漠地区昼夜温差较大。某些城市建设人工湖来调节气温，也是相通的道理。
知识点3、热量的计算 （1）热量的计算公式
①吸热公式：Q吸cmtt0②放热公式：Q放cmt0-t
式中c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t0表示物体原来的初温，，t表示放热后的末温，“t0-t”表示降低的温度，有时可用△t表示，此时吸热公式可写成Q放cmt。
（2）热量计算的一般式：Q吸cmt
△t表示温度的变化量。
可见物体吸收或放出热量的多少由物体的质量、物质的比热容和物体温度的变化量这三个量的乘积决定，跟物体温度的高低无关
Q吸和Q放公式中个物理量的单位：比热容c的单位是J/(kg·℃)，质量m的单位是kg，温度（t或t0或△t）的单位是℃，热量Q的单位是J，计算时要注意单位的统一。
（3）进行热量计算时应注意的四个问题 ①正确理解公式中各量的物理意义。 ②统一公式中各物理量的单位务必统一。
③公式适用于物态不发生变化时物体升温（或降温）过程中吸热（或放热）的计算。 如果吸、放热过程中存在着物态变化，则不能使用这几个公式。
④解题时要认真审题，注意文字叙述中升高t（℃），升高了t（℃），降低t（℃），降低了t（℃）对应的是温度的改变量，而升高到t（℃），降低到t（℃）对应的是物体的末温为t（℃）。
（4）热平衡方程
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，成为“达到热平衡”。用公式表示为Q吸=Q放（热平衡方程）
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