资源简介

（5）内能及其利用
（1）物质的构成：常见的物质是由大量的分子和原子构成的。分子很小，通常以10-10m为单位来量度分子。
（2）科学家对微观粒子的探索
①汤姆生发现电子，从而说明原子是可再分的。
②卢瑟福提出了原子核式结构模型。
（3）物质世界中，从宏观到微观的大致尺度排序：银河系>太阳系>太阳>地球>月球>人>分子>原子>原子核>质子>电子
内容：一切物质的分子都在不停地做无规则运动。
特点：物体温度越高，分子运动越剧烈。
分子热运动和机械运动
类型 分子热运动 机械运动
研究对象 微观分子 宏观物体
运动情况 不停地做无规则运动 静止或运动
肉眼能否直接观察到 不能 能
实例 花香四溢、水中放糖后变甜 雪花飘飘、粉笔灰四处飞扬、雾气腾腾
定义：不同的物质在相互接触时彼此进入对方的现象叫作扩散。
扩散现象说明了一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，同时也说明分子间有间隙。
分子之间存在引力，所以固体和液体能保持一定的体积；分子之间存在斥力，所以固体和液体很难被压缩；分子间同时存在相互作用的引力和斥力。
①分子间引力和斥力同时存在。
②当分子间距离较小时，作用力表现为斥力；当分子间距离较大时，作用力表现为引力。
③如果分子相距很远，作用力就变得十分微弱，可以忽略不计。
物质的三种状态的微观模型
固态（晶体） 液态 气态
分子模型 固态物质的分子排列规则，就像坐在座位上的学生 液态物质的分子可以移动，就像课间教室中的学生 气态物质的分子几乎不受力的约束，就像操场上，乱跑的学生
分子特点 分子间距离小，分子间作用力显著，分子排列紧密、规则，分子只能在平衡位置附近振动 分子间距离比固体的稍大，分子间作用力比固体的小，分子容易移动，没有固定位置 分子间距离很大，分子间作用力可以忽略，分子运动非常自由
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，叫作物体的内能。
单位：焦耳（J）
影响物体内能大小的因素
（1）温度：在物体的质量、材料、状态相同时，温度越高物体内能越大。
（2）质量：在物体温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大。
（3）材料：在物体温度、质量、状态相同时，物体材料不同，物体的内能可能不同。
（4）物态、体积等
热传递：使温度不同的物体互相接触，低温物体温度升高，高温物体温度降低的过程。
①热传递条件：物体之间存在着温度差
②热传递方向：能量从高温物体传递到低温物体；或从物体的高温部分转移到低温部分。
③实质：内能的转移。
热传递对内能的改变
①热传递的结果：高温物体内能减少，低温物体内能增加，持续到物体的温度相同为止。
②由于物体的内能跟温度有关，物体的温度升高，内能增加，物体的温度降低，内能减少。因此物体温度的变化可以反映物体内能的变化。
做功：
①说明：外界对物体做功，物体的内能增大；物体对外界做功，物体的内能减小。
②实质：其他形式的能与内能之间的转化。
做功对内能的改变
①对物体做功，物体的内能会增加。例如钻木取火时木棍克服摩擦力做功，从而使物体的温度升高，内能增加。
②物体对外做功，物体的内能会减少。例如气体膨胀对外做功，气体温度降低，内能减少。
热传递和做功在改变物体内能上是等效的。
定义：在热传递过程中，传递的热的多少叫作热量，用Q表示。
热量是一个过程量，可以描述为“物体吸收多少热量”或“物体放出多少热量”，不可以描述为“物体含有多少热量”或“物体具有多少热量”。
类型 温度 热量 内能
表述 升高（或降低）、升高到（或降低到） 放出、吸收 具有、改变、增大、减小
联系 （1）温度与内能的联系：①物体温度升高，内能一定增大；物体温度降低，内能一定减小。②物体内能改变，温度不一定改变，如晶体熔化 （2）热量与温度的联系：①物体吸收或放出热量，温度不一定改变，如水沸腾。②物体温度改变，不一定是物体吸收或放出了热量，如摩擦生热 （3）热量与内能的联系：①物体吸收热量时内能增加，放出热量时内能减少。②物体吸收或放出的热量越多，它的内能改变越大。③物体内能改变，不一定是物体吸收或放出了热量，如钻木取火
定义：一定质量的某种物质，在温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和升高（或降低）的温度乘积之比，叫作这种物质的比热容，用字母c表示。
比热容的单位：焦/(千克·摄氏度)，符号：J/（kg·℃）。
特点：①比热容是物质的一种特性，它的大小只与物质的种类和物态有关，与物体的质量大小、温度高低、吸收或放出热量的多少无关；②不同的物质，比热容一般不同。
（1）水的比热容是4.2×103 J/（kg·℃），其物理意义是1 kg的水温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103 J。
（2）水的比热容较大的应用：汽车发动机用水作冷却剂、热水袋装热水取暖。
（1）在没有发生状态变化的情况下，当物体的温度升高时，吸收的热量是；当物体的温度降低时，放出的热量是。
（2）两个温度不同的物体在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温度升高，最后两物体温度相同。如果没有热量损失，则。
（1）定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用q表示。热值的单位是焦每千克（J/kg）或焦每立方米（J/m3）。
（2）特点：燃料的热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形状、体积、质量、是否完全燃烧和放出热量的多少均无关
（3）公式 ①（常用于固体、液体燃料）m表示燃料的质量，q表示燃料的热值
②（常用于气体燃料）V表示燃料的体积，q表示燃料的热值
热效率公式
实验 比较不同物质吸热的情况
实验器材 温度计、两个相同的酒精灯、玻璃棒（作用是不断搅拌被加热的物质，使被加热的物质受热均匀）、沙子、水、铁架台、陶土网、烧杯、停表、天平等。
实验装置图
实验方法
（1）控制变量法
（2）转换法：通过加热时间的长短来反映物质吸收热量的多少。
设计实验和进行实验
（1）取两只相同的烧杯分别装入质量、初温均相同的沙子和水，用相同的酒精灯同时开始加热。
（2）使沙子和水加热相同的时间，记录并比较两支温度计的示数。
（3）使沙子和水升高相同的温度，记录并比较两种物质的加热时间。
分析与论证
（1）相同质量的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度不同。
（2）相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同。
交流和讨论
（1）实验装置的安装顺序：自下而上
（2）读数时，视线要与温度计中液柱的液面相平。
（3）温度计不能碰到烧杯底或烧杯壁，避免测量结果不准确。
（4）若用相同规格的电加热器代替酒精灯，则其优点是能更准确地控制不同物质在相同时间内吸收的热量相同。
定义：热机是利用内能来做功的机械。
工作原理：燃料燃烧将化学能转化为内能，然后通过做功将内能转化为机械能。
热机的种类繁多，主要有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
定义：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。
种类：汽油机、柴油机
①内燃机的工作特点：燃料在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，使燃气推动活塞做功。
②内燃机工作的时候，活塞在汽缸内往复运动，活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端，叫作一个冲程。
③四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，这四个冲程叫作一个工作循环。在每个工作循环中，汽缸中的活塞往复两次；曲轴转动两周。在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
汽油机和柴油机的区别
（1）燃料：汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油
（2）汽缸顶部主要构造：汽油机的汽缸顶部有火花塞，柴油机的汽缸顶部有吸油嘴
（3）吸气冲程吸入的物质：汽油机吸入汽缸的汽油和空气的混合物，柴油机吸入汽缸的只有空气
（4）点火方式：汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火
多数汽油机是由吸气（如图甲）、压缩（如图乙）、做功（如图丙）、排气（如图丁）四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
工作过程如下：
（1）吸气冲程的特点：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合物。
（2）压缩冲程
a.特点：进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，汽油和空气的混合物被压缩，温度升高。
b.能量转化：机械能转化为内能。
（3）做功冲程
a.特点：进气门、排气门都关闭，火花塞产生电火花，活塞在高温高压的气体作用下向下运动。
b.能量转化：内能转化为机械能。
（4）排气冲程的特点：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出汽缸。
①定义：热机工作时，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比叫热机的效率。
②表达式：。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。
③物理意义：热机效率表示了使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机效率是描述热机性能的一个重要指标。
④提高燃料利用率的途径：
a.让燃料充分燃烧；
b.减少热量（能量）的散失；
c.设法利用废气的能量；
d.保证良好的润滑。
常见的能量形式有：机械能、内能、电能、光能、化学能等。这些不同的形式的能在一定条件下可以相互转化。
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，或从一个物体转移到另一个物体，而转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
【易混易错】
易混易错点1：辨别机械运动与分子热运动
机械运动用肉眼能直接观察到，分子热运动用肉眼观察不到。扩散是分子层面的运动，花香四溢、红墨水滴入水中使水变色、长时间蹲房煤的墙角变黑等都是扩散现象，而尘土飞扬、炊烟袅袅、雪花飞舞等是微小物体的运动，不是扩散现象。
易混易错点2：温度、热量、内能的两个“一定”和四个“不一定”
（1）两个“一定”
①物体的温度升高（或降低）时，其内能一定增加（或减少）。
②在热传递过程中，物体从外界吸收热量，温度可能不变，但内能一定增加。
（2）四个“不一定”
①一个物体的内能增加（或减少）时，其温度不一定升高（或降低），如晶体的熔化（或凝固）过程。
②一个物体的内能增加（或减少）时，不一定是因为吸收（或放出）热量，也可能是对物体做功（或物体对外界做功）。
③一个物体吸收（或放出）热量时，内能增加（或减少），其温度不一定升高（或降低），如晶体的熔化（或凝固）过程。
④一个物体温度升高（或降低）时，不一定是因为吸收（或放出）热量，也可能是因为做功，如摩擦生热（或物体对外界做功）。
易混易错点3：对“升高了（或降低了）”与“升高到（或降低到）”的理解
运用公式计算物体吸收或放出的热量时，温度的改变不是初温，也不是末温，而是两者的差值。“升高了（或降低了）”指的是物体温度的变化量；“升高到（或降低到）”指的是物体的末温。
易混易错点4：对比热容的理解
1、比热容不随温度、质量、吸放热 多少的变化而变化。
2、同种物质在不同状态下比热容可能不同，比如水和冰。
3、不同物质的比热容可能相同。比如，煤油和冰等。
易混易错点5：对热机效率的理解
在实际生活中，热机效率永远不能达到 100%.
【答题技巧】
方法技巧1：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、“液化放热”是指液化时放出热量，这里的“热”指热量。
方法技巧2：比热容图像的分析技巧
如图所示是质量相同的甲、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图像。
1、等温辅助线：作一条垂直于温度轴的直线，表示升高相同的温度，可以看出升高相同温度时对甲液体加热的时间小于对乙液体的加热的时间，所以。
2、等时辅助线：作一条垂直于时间轴的直线，表示加热时间相同，可以看出甲液体的温度变化量大于乙液体的温度变化量，所以。
方法技巧3：内燃机工作循环的比例关系
内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次，即1：4：2：2：1，可以记作口诀“四冲二转一做功”。
方法技巧4：效率的计算方法
1、燃料燃烧加热：。例如：用燃气灶烧水。
2、燃料燃烧做功：。
3、驱车：，例如：汽车匀速直线行驶中发动机效率。
方法技巧5：比较法辨别能量转化与转移类型
1、发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量转化时，能量的形式要发生改变。
2、在确定能量转化的方向时，可通过对消耗什么能和得到什么能进行判断来确定。
【回归教材】
素材1　烧水(RJ九年级 P2)
如图所示是小明家用燃气灶烧水时的情景，若将质量为4 kg、初温为20 ℃的水加热到沸腾(标准大气压)，水吸收的热量为　　　　J.若天然气完全燃烧放出热量的60%被水吸收，则至少需要燃烧约　　　　m3的天然气.［水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值q＝4.0×107 J/m3］
素材2　液体扩散实验(RJ九年级P9)
在玻璃筒中装一半清水，用细管在水的下面注入硫酸铜溶液，可观察到无色的清水与蓝色硫酸铜溶液之间有明显的界面，静放10天后，界面变得模糊不清.这种现象叫作　　　　现象，用分子动理论解释成因：一是分子之间有　　　　，二是分子在　　　　　　　　　　.
素材3　分子间的相互作用力(RJ九年级P10)
将两个铅柱的底面削平、削干净，然后紧紧地压在一起，如图所示，即便在下面的铅柱下挂一重物，铅柱也没有被重物拉开，这一实验现象说明　　　　　　　　.用力压铅柱时，发现铅柱很难被压缩，说明　　　　　　　　.
素材4　做功改变物体内能(RJ九年级P16)
(1)如图甲所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团脱脂棉，迅速压下活塞，发现脱脂棉燃烧.压下活塞的过程中，玻璃筒内空气的内能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)，温度　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”)，这是通过　　　　的方式改变物体的内能；此过程发生的能量转化与热机的　　　　冲程相同. (2)如图乙所示，烧瓶内水上方存在着无色透明的水蒸气，用打气筒往瓶里打气，瓶内气体内能　　　　(选填“增大”或“减小”)；继续打气，当瓶塞跳起时，可以看到瓶内出现白雾，这是瓶内气体对外做功后，内能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)，温度　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”)，水蒸气　　　　(填物态变化名称)形成了小水珠.
素材5　小球越跳越低(RJ九年级P21)
如图所示是小球在地面弹跳的频闪照片，其中A、B两点等高.小球在A点的速度　　　　在B点的速度；小球在A点的机械能　　　　在B点的机械能，说明小球在运动过程中，有一部分机械能转化为　　　　能.(前两空均选填“大于”“小于”或“等于”)
素材6　蒸汽机的工作原理(RJ九年级P25)
(1)如图所示，在试管内装些水，用橡皮塞塞住管口，将水加热一段时间，该过程是通过　　　　的方式对试管内的水进行加热的. (2)水沸腾后，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的内能转化成塞子的　　　　能，此过程的能量转化与四冲程汽油机　　　　冲程的能量转化情况相同. (3)汽油机工作过程中需要用水来冷却发动机以确保其正常工作，这是利用了水的　　　　　　的特点.
【回归教材】答案：
1. 1.344×106　0.056
2. 扩散　间隙　不停地做无规则运动
3. 分子间存在引力　分子间存在斥力
4. (1)增大　升高　做功　压缩
(2)增大　减小　降低　液化
5. 大于　大于　内
6. (1)热传递　(2)机械　做功　(3)比热容较大

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