分子动理论的基本事实内能

分子动理论的基本事实 内能

主讲：熊涛

知识强化

一、知识概述

1、知道分子热运动的特点。

2、知道物体内能、热量的意义，以及他们的区别与联系。

3、理解改变物体内能的两种方式

二、重难点知识归纳及讲解

（一）分子热运动

1、扩散现象与分子的热运动

（1）扩散现象：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象叫扩散。扩散现象可以发生在固体之间、液体之间和气体之间。

（2）分子的热运动：扩散现象表明，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。由于分子的运动跟温度有关，所以这种无规则的运动又叫分子的热运动。温度越高，热运动越剧烈。

2、分子间的作用力

（1）分子间的引力：固体和液体的分子不易飞散，是由于固体和液体之间存在着引力。正是这种分子引力使它们能保持一定的体积，它里面的分子不致散开。

（2）分子间的斥力：由于扩散现象我们可以想到，分子之间存在着间隙，那么固体或液体很难被压缩就表明了分子之间有斥力，正是这种斥力使固体和液体难以被压缩。

例1、下列几种说法中说明分子不停地做无规则运动的实例，正确的是（ ）

A．食盐在水中溶解，使水全部有了咸味

B．烧开水时，水蒸气不断地上升

C．室内扫地时，在阳光照射下看见尘土飞扬

D．夏天吃冰棍时，打开包装纸会看见白色气体

E．空气定向运动形成风

F．水由高处流向低处

解析：

A、食盐放入水中溶解从而使水变咸，是因为食盐分子和水分子彼此进入对方造成的；

B、烧开水时水蒸气上升，是汽化现象，上升的水蒸气是大量的水分子组成的，汽化使得其密度变小，在浮力作用下上升，不能说明它们在做无规则运动；

C、尘土飞扬是尘土小颗粒的运动，尘土小颗粒不是分子，且这种运动是扫帚施力造成的；

D、白色气体是空气中的水蒸气液化成的小水珠；

E、风的形成是空气分子的定向运动，是对流而不是分子无规则运动形成的； F、水的流动是在重力作用下的运动。应该注意的是，扩散现象是大量分子永不停息地做无规则运动，而扩散现象的判断就更确切一些，不同的物质相互接触时，仅仅由于分子的运动而彼此进入对方的现象，与扩散现象容易混淆的是对流，而对流是在压力的作用下大量分子的定向运动。

答案：A

例2、下列叙述中能说明温度越高分子的无规则运动越剧烈的是（ ）

A．腌咸蛋时，放盐后要过较长时间蛋才变咸；炒菜时，放盐后菜很快就有了咸味

B．气温高时，植物生长快些

C．洗过的衣服在夏天比冬天干得快

D．固体的体积随温度降低而缩小

解析：

A项中腌蛋或炒菜时，蛋或菜变咸，都是由于盐分子发生扩散的结果，炒菜时菜很快就有了咸味，表明温度越高，分子运动越剧烈。因而扩散运动加剧；C项中夏天比冬天的温度高，水的蒸发快，表明温度高时液体分子的无规则运动加剧，因而能挣脱液面其他液体分子的吸引而跑到液体外面，成为气体分子的机会越多；D项温度降低时，固体体积缩小，表明了温度降低时分子间的平均距离减小，即振动减弱，反之，温度升高，分子的无规则运动加剧，这时固体的体积就会增大。故A、C、D都是正确的，但B与分子运动无关。

答案：ACD

（二）内能

1、内能

（1）物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫物体的内能。

（2）一切物体都有内能。因为分子的运动不会停息，所以分子总有动能，又因为分子之间的作用力不会消失，所以分子之间总存在着势能。

2、内能与机械能的区别

机械能与整个物体的机械运动情况有关，内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关，所以内能是不同于机械能的另一种形式的能。

3、物体的内能跟温度有关

同一个物体，温度越高，内能越大；温度降低，内能减少。因为同一个物体，温度越高，分子热运动的速度越大，所以内能越大。

4、改变物体的内能的途径

（1）做功改变物体的内能：如果对物体做功，那么物体的内能就会增加，如克服摩擦做功、压缩气体做功都会使物体的温度升高，内能增加。如果物体对外做功，它的内能就会减少，如气体膨胀对外做功，自己的温度降低，内能减少。

（2）热传递改变物体的内能：发生热传递的条件是物体之间存在温度差，不同温度的物体相互接触时，温度较高的物体放出热量，内能减少；温度较低的物体吸收热量，内能增加。（热传递的三种方式：热传导、对流、热辐射）

（3）做功和热传递对改变物体的内能是等效的。如果你事先没有观察到物体内能的改变过程，那么，你就无法确定是用哪种方法改变物体内能的。 例3、物体的温度升高了，那么物体（ ）

A．一定吸收了热量

B．一定是物体对外做功

C．一定是外界对物体做了功

D．可能是物体吸收了热量，也可能是外界对物体做了功

解析：

物体温度升高了，物体内大量分子无规则运动的速度变快，物体的内能一定增加。改变物体内能的方法有两种，一种是热传递，吸收了热量可以使物体的温度升高，另一种是做功，外界对物体做功，把其它形式的能转化为物体的内能，使物体内能增加，物体温度升高，且这两种方式是等效的。

答案：D

例4、在物体没有发生物态变化的前提下，下列各种说法正确的是（ ）

A．温度较高的物体，所含的热量较多

B．质量相同的物体，温度较高的，所含的热量较多

C．同一物体温度较高时，所含的热量较多

D．同一物体温度升高较大时，所吸收的热量较多

解析：

物体吸收或放出热的多少叫热量，也就是说，在热传递过程中，传递能的多少。可见热量是一个过程量，只有在热传递的过程中才能称为热量，由此判定，

A、B、C三个选项中所讲温度较高的物体所含热量较多是错误的，因为温度是一个状态量，温度再高没有发生热传递，也就谈不上热量，而D选项中所说的温度升高较大时，说明温度这个状态量发生了变化，温度变化是个过程，因为有热传递发生，物体的温度才会发生变化，对于同一物体来说，温度升的越高，吸收的热量就越多。

答案：D

例5、下面关于能量转化的几种说法中正确的是（ ）

A．用砂轮磨刀时，刀的温度升高了，内能转化为机械能

B．陨石进入大气层成为流星时，机械能转化为内能

C．壶中水沸腾时，壶盖不停地跳动，水的内能转化为壶盖的动能

D．用打气筒给车胎打气时，筒内空气的内能转移到气筒上，使气筒壁温度升高 分析：

砂轮磨刀时，刀静止不动，砂轮转动，刀的温度升高，应是砂轮对刀做功，机械能转化为内能；陨石成为流星发光和热，是由于空气与陨石间摩擦时，陨石的机械能转化为陨石的内能；蒸汽冲动壶盖时，是水蒸气对壶盖做功，壶盖的动能是由水蒸气内能转化的；用打气筒打气时，是外力通过活塞挤压筒内空气柱做功，气体内能增加，温度升高，通过热传递方式使内能转移。

解答：BCD

注意：在做出决定之前，一定要把题中叙述的过程和结果对应起来，再利用自己已有的知识进行判断。

例6、如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减少；丙，温度降低。三句话正确的顺序是（ ）

A．甲乙丙 B．乙丙甲

C．丙甲乙 D．乙甲丙

分析：

题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞跳起做功→空气内能减少→瓶内空气温度降低→瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”。瓶内有少量水，水面上方的空气中有水蒸气，向瓶内打气，瓶塞跳起时，出现“白雾”是由水蒸气凝结而成的小水珠；而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使空气压强增大所至。 解答：B

注意：要按实际顺序，合理地安排因与果，试想，瓶塞不跳出，这些现象均不能发生；瓶塞跳起后，瓶内空气质量减小，温度降低，直接导致的后果是瓶内水蒸气遇冷液化成小水珠。

例7、关于内能下列说法正确的是（ ）

A．物体运动速度越大，分子动能越大，因此内能越大

B．内能跟温度有关，所以0℃的冰没有内能

C．温度高的物体一定比温度低的物体内能大

D．静止的物体没有动能，但具有内能

解析：

内能是物体内部所有分子的势能和动能的总和，而分子动能是指分子无规则运动所具有的能，跟物体的运动状态无关，所以答案A不对.0OC的冰其内部的分照常在运动，分子仍有动能和势能，故答案B也是错的.至于答案C因内能的多少不仅跟物体的温度有关而且还跟物体内部所包含的分子数的多少有关，故温度高但不知道质量的大小，也无法判断内能的多少，所以也错.根据上述分析答案D是正确的.

例8、下列现象不属于做功改变物体内能的是（ ）

A．磨刀时刀发热

B．热水的温度逐渐降低

C．电钻打孔时钻头会发热

D．从高空落下的雨滴温度变高

解析：

改变物体内能的方法有两种：一是通过对物体作功来改变物体的内能；二是通过热传递改变物体的内能.本题中热水的温度逐渐降低是通过热传递来实现的，所以答案为（B）

热量 比热容

主讲：熊涛

知识强化

一、知识概述

1、理解比热容的概念，知道比热容的单位及其物理意义；

2、会查比热容表，记住水的比热容；

3、记住并理解热量的计算公式，会利用热量的计算公式进行有关热量的计算；

二、重难点知识归纳与讲解

比热容及热量计算 1、(1)定义：单位质量的某种物质，温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量叫做这种物质的比热容。

(2)单位：焦/(千克·摄氏度)[J/(kg·℃)]

说明：①比热容是物质的一种特性。它反映的是物质容热本领的大小。物质的比热容与它的质量的大小、温度的高低、是否吸热或放热及吸收或放出的热量的多少都无关。比热容只与物质的种类和状态有关。

②物质的比热容与物质的状态有关系。如c水2c。 冰

③由公式Q=cm△t变形，可得到，这里要注意这个公式是利用Q、m和△t求物质的比热容，但我们不能认为比热容与Q成正比，与m和△t成反比，因为比热容是物质的一种特性，不随外界变化而变化。

④对于质量相同的不同物质，吸收或放出相同的热量，比热容大的物体温度变化小，所以以比热容小的砂石为主的内陆地区，气温变化明显，而沿海地区，水的比热容大，气温变化不明显。

2、热量的计算公式

(1)吸热公式：Q=cm(t－t) 吸0

放热公式：Q=cm(t－t) 吸0

(2)若用△t表示温度的变化量，则上述两公式可统一表示为：Q=cm△t。 说明：①公式中各物理量的单位：比热容用J/(kg·℃)，质量用kg，温度用℃，热量用J。

②如果过程中存在物态变化，不能使用这个公式，如冰融化成水吸收热量，但温度不变。

③在Q=cm△t中，如果物体吸热，△t就等于末温减初温，表示升高的温度；如果物体放热，△t等于初温减末温，表示降低的温度。△t总是等于较高的温度减去较低的温度不取负值。如果被减温度是负值，前面要带负号。如一块冰从－4℃降到－18℃，则△t=－4℃－(－18℃)=14℃。

④解题要分清初温，末温，升高了，升高到(或降低了、降低到)的含义。要根据题意作出正确的判断。

正确理解比热容的概念：

由课本中的实验可知：相同质量的不同物质，在温度升高相同时，吸收的热量不相等。这说明物体吸热的多少不仅与物体的质量、升高的温度度数有关，还与物体的种类有关。为了表示物质的这种热学特性，物理学中引入了“比热容”这一物理量，把单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容。比热容反映了物质温度升高时吸收热量的本领，与密度一样，比热容也是物质的特性之一，比热容的大小只决定于物质本身，同种物质的比热容是一定的，与物质的质量、体积、温度变化无关，而不同物质的比热容一般不同，因而比热容也是用来鉴别不同物质的依据之一。

例1、比热不同的两个物体同时放进冰箱里。则A、比热大的物体放出的热量一定多B、温度高的物体放出的热量一定多C、质量大的物体放出的势量一定多D、无法比较两者放热多少

解析：

由比热公式变换出重要的计算热量的公式：Q=cm△t。从公式看出，物体放热的多少，不仅与物质的比热有关，还与物体的质量的多少及温度改变量的多少有关。依题意只知道两物体比热的差异，不知道两者质量的多少和温度的改变量，是无法判断两者放出热量多少的。

答案：D。

例2、在冬季室温下的A、B两物体质量相等，把A物质放入一杯热水中达到热平衡后，水温降低了5℃；取出A物体后再把B物体放入这杯水中，达到热平衡后水的温度又降低了5℃，如果没有热损失，这两个物体比热容大小的关系是

( )

A．A物体的比热容较小

B．A、B两物体的比热容相等

C．B物体的比热容较小

D．无法比较

解析：

选A。设A、B两物体质量均为m，初温均为t，热水质量为m，初温为t，A放入热水中平衡时的温度为t－5℃，A物体的温度变化△t=t－5℃－t， 1122

2A21

由热平衡方程Q=Q得 吸放

cm(t－5℃－t)=cm25℃ ① A121水

B物体放入这杯水中达到热平衡时的温度为t－10℃， 2

△t=t－10℃－t，同理可得 B21

cm(t－10℃－t)=cm·5℃ ② B121水2

由式①②比较可得

c(t－t－5℃)=c(t－t－10℃)， A21B21

显然t－t－5℃＞t－t－10℃ 2121

故必有c＜c。 AB

误区警示：解此题易犯的错误是搞不清两物体温度的变化情况。让题目中两次的水温都下降5℃所迷惑。错认为两次物体降低的温度也相同从而得出比热容相同的错误结论。解决此类题目的关键是要搞清质量、温度变化、比热容以及吸收热之间的关系，依据热平衡方程做出正确的分析判断。

例3、为了测量某种液体的比热容，把质量为100g的铜块从沸腾的水中取出（标准大气压下）迅速投入质量为100g，温度为

温度是的待测液体中，混合后的共同。若不计热量损失，求这种液体的比热容。[

铜的比热容

]

解析：

由于不计热量损失，所以铜块放出的热量就等于待测液体吸收的热量，根据热平衡方程即可解决该题。

因为

即 所以

例4、小明家屋顶上有一台太阳能热水器，水箱容量为120L。

（1）该水箱最多能装多少质量的水？

（2）假如热水器接收到的太阳能有50%转化为水的内能，则使一箱水的温度从升高到，需要接收多少太阳能？

（3）如果用2000W的电加热器加热，同样使这箱水的温度从

，需加热多少小时？（设电加热器产生的热量全部被水吸收）

解析：

升高到

第（1）问可用密度公式求算。第（2）问有热量损失，用。第（3）

问与电学相联系时，用到电功公式W=Pt，电加热器产生的热量Q=W=Pt等于水吸收的热量。 （1）

（2）水吸收的热量

接收的太阳能

（3）电加热器产生的热量等于水吸收的热量，所以

即

故

热值 热机

主讲：熊涛 知识强化

一、知识概述

1、学习燃料及其热值，并利用热值计算热量；

2、知道什么是热机，了解内燃机的原理及其工作过程，会计算简单的力、热综合题； 3、了解提高燃料的利用率的方法； 二、重难点知识归纳及讲解 （一）燃料及其热值。

1、燃料——能够燃烧的物质叫燃料。

燃料的燃烧是一种化学变化，将化学能转化为内能，即放出大量的热。常见的燃料有固体、液体、气体三种状态的燃料。现代生活的生产中绝大部分能量是燃料燃烧获得的内能。 2、燃料的热值（用q表示）

1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。其单位是焦每千克，符号是J/kg 说明：（1）完全燃烧是指燃料与氧气完全反应生成稳定的氧化物。 （2）不同的燃料其热值一般不同。 3、利用热值计算热量的公式：Q=mq

例1、完全燃烧20g的酒精放出的热量是多少？有多少化学能转化成了内能？ 解：

由热值表中查得q=3.0×10J/kg

7

酒精

又由Q=mq得

Q=0.02kg×3.0×10J/kg=6×10J

7

5

答：放出了6×10J的热量，有6×10J的化学能转化成了内能。

5

5

（二）内燃机

内燃机是热机的一种，热机是将内能转化为机械能的机器。 常见的内燃机有汽油机、柴油机。 1、以汽油机为例： （1）构造

(2)工作过程：

一个工作循环包括：吸气冲程(当曲轴转动带动活塞向下移动时，汽油与空气混合物经进气阀被吸入汽缸)、压缩冲程（进气阀关闭，油气混合物随活塞上移被压缩。当活塞接近汽缸顶部的瞬间，火花塞点火）、做功冲程(油气混合物被点燃，剧烈燃烧形成的高温高压气体再次推动活塞向下运动，带动曲轴旋转)、排气冲程（排气阀打开，随着活塞上移，废气排出汽缸）

四冲程内燃机的吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是做功冲程的辅助冲程，它们要消耗机械能，其中压缩冲程压缩了气体对气体做功，将机械能转化为内能；做功冲程是高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，

2、柴油机——以柴油为燃料的内燃机 工作循环与汽油机相似，但有区别：

（1）结构上：汽油机顶端有火花塞，柴油机则是喷油嘴。 （2）点火方式：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式。

（3）吸气冲程：汽油机吸入汽油与空气的混合物，柴油机只吸入空气。 （4）汽油机较小，柴油机较笨重。

例2、汽油机的活塞面积为100cm，做功冲程燃气的平均压强为6×10Pa，冲程长为70cm，问：

2

5

①一个工作循环燃气对活塞做多少功？

②若汽油机的转速为240转/min，其功率是多少？ 解：

一个循环只做一次功

一个工作循环，曲轴转动2周，故每分钟做120次功。

3

3

答：一个循环做4.2×10J的功，汽油机的功率为8.4×10W. （三）热机的效率

热机工作时，用来做有用功的哪部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

说明：

1、不同的热机效率不同 蒸汽机6%——15% 汽油机20%——30% 柴油机30%——45%

2、热机的效率是热机性能的重要指标。

例3、某汽油机功率是8820W，以15m/s的速度走完60km，需燃油3.07kg,求汽油机的效率。 解：

(四)火箭

火箭是火箭发动机的简称。是一种新型的热机。火箭的燃料与氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气通过喷管向后调整喷出，产生推力，把火箭向前推进。

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