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1、第十六章 热和能第一节 分子热运动1. 扩散现象l 定义：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。l 扩散现象说明： 分子之间有间隙； 分子在不停地做无规则的运动。l 在课本图16.1-2中，二氧化氮被放在下面的目的：防止二氧化氮扩散被误认为是重力作用的结果。l 固体、液体、气体都可以发生扩散现象，扩散速度与温度有关。l 分子运动与物体运动要区分开：扩散、蒸发等是分子运动的结果，而灰尘飞扬、液体对流、气体对流是物体运动的结果。2. 分子的热运动：一切物质的分子都在不停地做无规则运动。温度越高，热运动越剧烈。3. 分子间的作用力l 分子间的作用力包括分子间的引力和斥力。l 当分子间的距离d分子
2、间平衡距离r，引力斥力。l dr时，引力斥力，斥力起主要作用。固体和液体很难被压缩是因为：分子之间存在斥力。l dr时，引力斥力，引力起主要作用。固体很难被拉断、钢笔能写字、胶水能粘东西都是因为：分子之间存在引力。l 当d10r时，分子之间作用力十分微弱，可忽略不计。破镜不能重圆的原因是：镜块间的距离远大于分子之间的作用力的作用范围，分子间几乎没有作用力。第二节 内能1. 定义：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。2. 任何物体在任何情况下都有内能。3. 内能的单位为焦耳。4. 影响物体内能大小的因素l 温度：在物体的质量、材料、状态相同时，物体的温度越高，物体内能越
3、大。l 质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大。l 材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同。l 存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。5. 内能与机械能不同l 机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关。l 内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。6. 内能改变的外部表现l 物体温度升高，说明物体内能增大；物体温度降低，说明物体内能减小。l
4、内能改变，温度不一定变化。温度变化，内能一定改变。熔化、凝固、沸腾过程中，物体的内能发生了改变，但是温度不变。7. 改变物体内能的方法：做功和热传递。8. 做功：l 做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加。物体对外做功物体内能会减少。l 做功改变内能的实质：内能和其他形式的能的相互转化。l 如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。l 如课本图16.2-5甲，引火仪内的棉花燃烧起来，因为：活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花着火点，使棉花燃烧。l 如课本图16.2-5乙，瓶塞跳出时容器内出现白雾，因为：瓶内空气推动瓶塞对瓶塞做功，内能减小，温度降低，使水蒸气
5、液化凝成小水滴。9. 热传递：l 定义：热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。热传递传递的是内能（热量），不是温度，温度变化只是热传递的一个表现。l 实质：内能的转移l 热量：在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量。热量的单位是焦耳。热量是变化量，只能说“吸收热量”或“放出热量”，不能说“具有热量”。“传递温度”的说法也是错的。l 条件：存在温度差。如果没有温度差，就不会发生热传递。如右图，烧杯中的水不沸腾，因为没有温度差。l 热传递过程中，物体吸热，温度升高，内能增加；物体放热，温度降低，内能减少。10. 做功与热传递的异同l 相同点：由于它们在改变内能
6、上的效果相同，所以做功和热传递改变物体内能上是等效的。l 不同点：做功时能量的形式发生了变化，热传递时能量的形式不变。11. 温度、热量、内能的区别l 温度表示物体的冷热程度。温度升高，内能一定增加，但不一定吸收热量。l 热量是在热传递过程中的变化量。吸收热量，温度不一定升高，内能也不一定增加。l 内能是一个状态量。内能增加，温度不一定升高，也不一定吸收热量。l “热”可以指热量、温度和内能，具体含义要根据实际情况而定。12. 内能的利用方式l 利用内能来加热：从能的角度看，这是内能的转移过程。l 利用内能来做功：从能的角度看，这是内能转化为机械能。第三节 比热容1. 探究：比较不同物质的吸热
7、能力【实验设计】用天平称质量相等的水和食用油，调节两个酒精灯的火焰使火焰大小相同。用这两个酒精灯分别给水和食用油加热一段时间，用温度计测量水和食用油的温度，比较二者温度上升速度。【实验表格】下表可供参考。物质初温t0/末温t/温度变化t/质量m/g加热时间/s水食用油【实验结论】质量相等的不同物质，吸收的热量相同，升高的温度不同。【注意事项】 比热容的概念是通过本实验引出来的，所以实验中不可以有“比热容”三个字。 本实验利用到控制变量法，所以要控制水和食用油的质量相等，控制酒精灯的火焰大小，控制加热时间相同。2. 定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1时吸收（放出）的热量。3. 物理意义：
8、比热容是表示物体吸热或放热能力的物理量。水的比热容c水4.2103J/(kg)，物理意义为：1kg的水温度升高（降低）1，吸收（放出）的热量为4.2103J。4. 比热容是物质的一种性质，比热容的大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。5. 水常用来调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。6. 海陆风：由于水的比热容比砂石大，导致沿海地区和内陆地区的温差不同。温度不同导致大气压不同，白天和夜晚刮的风也不同。白天陆地温度高，风由海洋吹向陆地；夜晚海洋温度高，风由陆地吹向海洋。7. 比较比热容的方法：l 质量相同，升高温度相同，比较吸收热量多少（加热
9、时间）：吸收热量多，比热容大。l 质量相同，吸收热量（加热时间）相同，比较升高温度：温度升高慢，比热容大。8. 热量的计算公式：l 温度升高时用：Q吸cm（tt0）l 温度降低时用：Q放cm（t0t）l 只给出温度变化量时用：Qcmtl Q热量焦耳（J）；c比热容焦耳每千克摄氏度（J/(kg)）；m质量千克（kg）；t末温摄氏度（）；t0初温摄氏度（）l 用公式求液体温度时，一定要注意液体的沸点：求出水的温度为105，但最终结果应该是100。l 审题时注意“升高（降低）到10”还是“升高（降低）了10”，前者的“10”是末温（t），后面的“10”是温度的变化量（t0）。9. 热平衡方程：在不计
10、热损失的情况下，Q吸Q放。第四节 热机1. 内燃机l 热机的定义：利用内能来做功的机器。l 热机的能量转换：内能转化为机械能。l 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l 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。l 内燃机的工作过程（图16.4-3）：在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。冲程进气门排气门活塞运动方向缸内温度飞轮转速能量转化吸气打开关闭向下压缩关闭关闭向上升高减慢机械能转化为内能做功关闭关闭向下降低加快
11、内能转化为机械能排气关闭打开向上l 汽油机和柴油机的比较： 汽油机柴油机不同点构造顶部有一个火花塞顶部有一个喷油嘴燃料汽油柴油吸气冲程吸入汽油与空气的混合气体吸入空气点燃方式点燃式压燃式效率低高应用小型汽车、摩托车载重汽车、大型拖拉机相同点冲程：活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。2. 热值l 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。l 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）。l 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
12、态、质量、体积无关。l 公式：Q放qm、Q放qV 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）。 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）。l 酒精的热值是3.0107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0107J。煤气的热值是3.9107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9107J。l 火箭常用液态氢做燃料，是因为： 液态氢的热值大； 液态氢的体积小，便于储存和运输。3. 燃料的有效利用、热机的效率l 燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能。l 在实际应用中，燃料很难完全燃烧，所以放出的热量
13、比实际计算出的要少。另外，放出的热量又很难得到全部有效利用，总会有一部分热量损失。例如，用蜂窝煤烧水时，热量损失的部分包括： 未完全燃烧的部分； 高温烟气带走的热量； 被容器、炉具、周围空气等吸收的热量。l 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）l 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。公式：l 提高热机效率的途径： 使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失； 机件间保持良好的润滑，减小摩擦。l 常见热机的效率：蒸汽机6%15%、汽油机20%30%、柴油机30
14、%45%第五节 能量的转化和守恒1. 我们接触过以下形式的能量：机械能、内能、光能、化学能、电能动能和势能属于机械能，“动能或势能转化为其他形式的能量”的说法是错误的。2. 能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。3. 判断能量的转化，要看能量大小的变化。在某一现象中，如果一种形式的能力在减小的同时，引起另一种形式的能量增大，那么就可以确定这种形式的能量转化成了另一种形式的能量。4. 若发生能量的转移，必有一物体能量减少，另一种物体能量增加，并且能量的形式不变。热传递的过程是内能的转移过程，内能转移的多少等于吸收或放出热量的多少。5. 火箭上升时，机械能增加，内能增加。
