第四講第一節(jié)分子熱運(yùn)動(dòng)內(nèi)能（原卷版）

第四講：能量的轉(zhuǎn)化和守恒第一節(jié)——分子熱運(yùn)動(dòng)、內(nèi)能一、物質(zhì)的組成1、物質(zhì)：物質(zhì)是由分子、原子組成的，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子，分子由原子構(gòu)成。由單個(gè)原子組成的是單原子分子，絕大多數(shù)分子是多原子分子。原子又是由原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子組成的，其中原子核包括質(zhì)子和中子兩種粒子，后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子都是由稱為夸克的更小的粒子組成的。隨著人類對(duì)微觀世界的探索的不斷深入，科學(xué)工作者相繼發(fā)現(xiàn)了幾百種粒子，它們是比原子核更深一個(gè)層次的物質(zhì)存在形式。人類對(duì)微觀世界的探索還在繼續(xù)，這種探索是永無止境的。2、分子非常小，人們通常以1010m為單位量度分子。3、物體：物體是指具有一定形狀，占據(jù)一定空間，有體積和質(zhì)量的實(shí)物。如桌子、鋁鍋、鐵釘、塑料尺等是物體，而構(gòu)成物體的材料如木材、鋁、鐵、塑料等是物質(zhì)。在辨析物體和物質(zhì)時(shí)不可將二者混為一談。二、分子熱運(yùn)動(dòng)1、分子動(dòng)理論內(nèi)容擴(kuò)展實(shí)例常見的物質(zhì)是由大量的分子、原子構(gòu)成的分子間存在著空隙①食鹽能溶于水中②酒精與水混合總體積變?、蹥怏w極易被壓縮物質(zhì)內(nèi)的分子在不停地做熱運(yùn)動(dòng)溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，擴(kuò)散現(xiàn)象就是由分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的①墻內(nèi)開花墻外香②把硫酸銅水溶液注入水底，過一段時(shí)間全部水都變藍(lán)③把鉛塊與金塊緊壓在一起，5年后它們相互滲入約1mm分子之間存在引力和斥力引力和斥力同時(shí)存在，不過有時(shí)以引力為主，有時(shí)以斥力為主①固體和液體很難被壓縮，固體不易被拉斷②把丙個(gè)鉛塊的底部削干凈，緊壓一下，兩個(gè)鉛塊就會(huì)連在一塊，下面再吊一個(gè)重物，兩鉛塊也不分開2、分子的熱運(yùn)動(dòng)一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫做分子的熱運(yùn)動(dòng)。分子的運(yùn)動(dòng)用肉眼是看不見的，擴(kuò)散現(xiàn)象是分子熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)。三、對(duì)擴(kuò)散現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和理解1、不同的物質(zhì)在相互接觸時(shí)，彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象，叫做擴(kuò)散。2、擴(kuò)散現(xiàn)象只能發(fā)生在不同的物質(zhì)之間，同種物質(zhì)之間是不能發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象的。3、不同物質(zhì)只有相互接觸時(shí)，才能發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，沒有相互接觸的物質(zhì)是不會(huì)發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象的。4、氣體、液體和固體之間都可以發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，而且不同狀態(tài)的物質(zhì)之間也可以發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。5、擴(kuò)散的快慢與物體的溫度有關(guān)。溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)行得越快，反之越慢。6、擴(kuò)散現(xiàn)象表明：一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；分子之間存在著間隙。四、固、液、氣三態(tài)物質(zhì)的宏觀特性和微觀特性物態(tài)微觀特性宏觀特性分子間距離分子間作用力有無固定形狀有無固定體積有無流動(dòng)性固態(tài)很小很大有固定形狀有固定體積無流動(dòng)性液態(tài)較大較大無固定形狀有固定體積有流動(dòng)性氣態(tài)很大很小無固定形狀無固定體積有流動(dòng)性五、內(nèi)能1、分子動(dòng)能：物體內(nèi)部大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)所具有的能稱為分子動(dòng)能。2、分子勢(shì)能：由于分子之間具有一定的距離，也有一定的作用力，因而分子具有勢(shì)能稱為分子勢(shì)能。3、物體的內(nèi)能：物體內(nèi)部所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫物體的內(nèi)能。注意：一切物體在任何情況下都具有內(nèi)能。六、內(nèi)能的改變改變內(nèi)能的方式有兩種：做功和熱傳遞。熱傳遞做功實(shí)質(zhì)內(nèi)能的轉(zhuǎn)移內(nèi)能與其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化條件及結(jié)果不同的物體或物體的不同部分之間存在溫度差，最后物體之間溫度相同外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少方式熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射壓縮體積、摩擦生熱、鍛打物體、擰彎物體等氣體膨脹等實(shí)例生活中的燒、烤、烙、炒等；生產(chǎn)中的“淬火”等打氣筒打氣、鉆木取火等開水瓶中的水蒸氣將瓶塞推開，水蒸氣的內(nèi)能減少聯(lián)系熱傳遞和做功對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的。某物體的內(nèi)能發(fā)生改變，可能是通過熱傳遞改變的，也可能是通過做功改變的，若不知道具體過程，則無法確定具體的方式六、熱量1、熱量的概念：熱量是指在熱傳遞過程中傳遞能量的多少。它是為了描述熱傳遞過程中物體吸收或放出能量的多少而引入的物理量。2、熱量與內(nèi)能的關(guān)系：物體吸收熱量時(shí)內(nèi)能增加，放出熱量時(shí)內(nèi)能減少，因此熱量是物體內(nèi)能變化的量度。熱量的單位和內(nèi)能的單位一樣，也是焦耳。注意：因?yàn)闊崃渴前殡S著熱傳遞發(fā)生的，所以熱量是一個(gè)與熱傳遞過程對(duì)應(yīng)的過程量，而不是對(duì)某一狀態(tài)而言的狀態(tài)量。因此我們不能說某物體“含有”或“具有”多少熱量，只能說某物體在熱傳遞過程中吸收或放出多少熱量。正確理解溫度、內(nèi)能、熱量之間的區(qū)別和聯(lián)系溫度熱量?jī)?nèi)能定義宏觀上：表示物體冷熱程度。微觀上：反映物體中大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。在熱傳遞過程中吸收或放出熱量的多少，是能量轉(zhuǎn)移的量度。物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。量的性質(zhì)狀態(tài)量過程量狀態(tài)量表述只能說“是”“降低”或“升高”只能說“放出”或“吸收”只能說“有”“具有”和“改變”單位攝氏度（℃）焦耳（J）焦耳（J）七、比熱容1、熱量（1）定義：物體吸收或放出熱的多少叫熱量。用符號(hào)Q表示。（2）單位：焦耳，簡(jiǎn)稱焦，符號(hào)J。（3）溫度不同的兩個(gè)物體發(fā)生熱傳遞時(shí)，高溫物體放出熱量溫度降低。低溫物體吸收熱量溫度升高。注意：熱量是一個(gè)過程量，不能說某物體具有多少熱量，它是在熱傳遞過程中吸收或放出的熱的多少。2、比熱（1）定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高或降低1℃吸收或放出的熱量叫這種物質(zhì)的比熱容，簡(jiǎn)稱比熱。通常用“c”表示。（2）單位：，讀作焦每千克攝氏度。（3）對(duì)比熱的理解：①比熱是物質(zhì)的一種特性，由物質(zhì)本身決定。②同種物質(zhì)在不同狀態(tài)時(shí)比熱不同。如水和冰的比熱不同，水的比熱大。熱量的計(jì)算：八、熱量的計(jì)算物體在熱傳遞過程中吸收或放出熱量的多少與物體的質(zhì)量、比熱容及溫度變化的多少有關(guān)，可以用公式來表示。用Q表示吸收或放出的熱量，c表示物質(zhì)的比熱容，m表示物體的質(zhì)量，t0表示物體的初溫，t表示物體的末溫，則物體吸收的熱量為，物體放出的熱量為。注意：（1）吸、放熱公式只適用于物體溫度升高或降低時(shí)，物體吸收或放出熱量的計(jì)算，不適用于有物態(tài)變化的過程。（2）吸收或放出的熱量與c、m、三個(gè)因素有關(guān)，必須全面分析。（2）注意題目中的條件，尤其是“升高到”和“升高了”（或“升高”）的區(qū)別。九、熱平衡方程熱平衡方程的公式是。公式的實(shí)質(zhì)表明了在熱傳遞過程中，高溫物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)移到低溫物體的多少，反映了在這種轉(zhuǎn)移中能量守恒的關(guān)系。根據(jù)熱平衡方程就可以計(jì)算出某種物質(zhì)的比熱容、質(zhì)量、初溫或末溫。知識(shí)鞏固練一、選擇題1、關(guān)于熱量、溫度、內(nèi)能之間的關(guān)系，下列說法正確的是（）A．一個(gè)物體溫度升高，一定吸收了熱量B．一個(gè)物體吸收熱量，溫度一定升高C．一個(gè)物體溫度不變，一定沒有吸熱D．一個(gè)物體溫度升高，內(nèi)能一定增加2、關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是（）A.溫度為0℃的物體的內(nèi)能為零B.溫度高的物體比溫度低的物體內(nèi)能大C.溫度相同的兩塊鐵，它們具有的內(nèi)能也相同D.溫度相同但質(zhì)量不同的兩杯水具有的內(nèi)能不相同3、在如圖所示事例中，不屬于做功改變內(nèi)能的是（）A．搓手取暖B．空氣壓縮內(nèi)能增大C．燒水時(shí)水溫升高D．下滑時(shí)臀部發(fā)熱4、用分子的觀點(diǎn)分析下列生活現(xiàn)象，其中解釋不合理的是（）A．50毫升水與50毫升酒精混合后，總體積小于100毫升——分子之間存在空隙 B．八月桂花飄香——分子在不停地運(yùn)動(dòng) C．1滴水中約含1×1021個(gè)水分子——分子很小 D．水結(jié)成冰——分子停止運(yùn)動(dòng)5、A、B兩物體的溫度相同，A的質(zhì)量是B的2倍，A的比熱是B的14，它們吸收相等的熱量后再接觸，則（）A．A和B之間不會(huì)發(fā)生熱傳遞 B．熱量從A傳遞給B C．熱量將從B傳遞給A D．A和B的末溫相同6、經(jīng)常下廚的小關(guān)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)用相同的鍋和燃?xì)庠罴訜豳|(zhì)量相等、初溫相同的水和食用油，油的溫度總是升高得快些．這是因?yàn)?)A.水的比熱容小，吸熱后溫度升高得慢B.油的比熱容小，吸熱后溫度升高得快C.在相同的時(shí)間內(nèi)，水吸收的熱量較多D.在相同的時(shí)間內(nèi)，油吸收的熱量較多7、對(duì)質(zhì)量和初溫都相同的甲乙兩種物質(zhì)，用相同的加熱器加熱，它們溫度隨時(shí)間變化的圖像如圖所示，下列說法正確的是()A.甲物質(zhì)的沸點(diǎn)一定是80℃，乙物質(zhì)的熔點(diǎn)一定是40℃B.0～6min甲比乙吸收的熱量多C.8～10min甲和乙繼續(xù)吸熱，雖然溫度各自保持不變，但甲和乙的內(nèi)能都不斷增加D.甲的比熱容大于乙的比熱容二、填空題8、將熱量、溫度、內(nèi)能三個(gè)物理量填入下面的橫線上：（1）今天天氣真熱，這里的“熱”是指。（2）摩擦生熱的“熱”是指。（3）物體吸熱升溫：這里的“熱”是指。9、小星家的太陽能熱水器，水箱容積是200L。小星進(jìn)行了一次觀察活動(dòng)：某天早上，他用溫度計(jì)測(cè)得自來水的溫度為20℃，然后給熱水器水箱注滿水，中午時(shí)溫度傳感器顯示水箱中的水溫為45℃。請(qǐng)你求解下列問題：（1）水箱中水的質(zhì)量是kg。（2）水吸收的熱量是J。[c水=4.2×103J/（kg·℃）]（3）如果水吸收的這些熱量由燃燒煤氣來提供，而煤氣灶的效率為40%，則至少需要燃燒kg煤氣。（煤氣的熱值為q=4.2×107J/kg）10、探究質(zhì)量相等的花生仁和核桃仁哪個(gè)所含的能量多。改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置(易拉罐罩著錐形瓶)如圖。請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)回答下面的問題：(1)該實(shí)驗(yàn)裝置與教材裝置相比其主要優(yōu)點(diǎn)是。(2)小王認(rèn)為將錐形瓶中的水改為煤油可使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，實(shí)驗(yàn)誤差更小。你認(rèn)為小王的意見是否正確?。請(qǐng)說明理由。11、網(wǎng)上曾熱銷一種“保溫杯”，稱“能很快將開水變成適飲的溫水，而后又能將涼水變成適飲的溫水”。為破解此中秘密，重慶一中物理小組設(shè)計(jì)了如圖模型。設(shè)此模型杯內(nèi)膽中封存著300g水，室溫20℃；現(xiàn)向杯中倒入200g、100℃開水，搖一搖，熱平衡后杯內(nèi)水溫迅速降至t1＝℃；然后將杯內(nèi)水倒掉，迅速將200g室溫某液態(tài)物質(zhì)倒入該杯，搖一搖，這種液態(tài)物質(zhì)的溫度可降至44℃，則這種液態(tài)物質(zhì)的比熱容為J/（kg?℃）（c水＝4.2×103J/（kg?℃），忽略整個(gè)過程中內(nèi)膽及空間的熱損失）。12、如圖是空氣壓縮引火儀，先往容器中裝入少量硝化棉，緩緩提起活塞，后用力快速向下壓活塞，看到底部的硝化棉迅速燃燒。（1）該現(xiàn)象說明能改變物體的內(nèi)能；（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后小明發(fā)現(xiàn)里面還有硝化棉，馬上按同樣的操作重做，卻沒有看到硝化棉再次燃燒的現(xiàn)象。第二次硝化棉不能燃燒的主要原因是。三、簡(jiǎn)答題13、寧波市近幾年在多處建了濕地公園，局部空氣的濕度和溫度有了改善，為什么濕地能調(diào)節(jié)空氣濕度和空氣溫度？四、實(shí)驗(yàn)探究及計(jì)算題液體次數(shù)質(zhì)量m/kg升高的溫度Δt/℃加熱的時(shí)間t/min甲10.15120.110230.2104乙40.110150.120260.220414、某同學(xué)在做“比較不同液體吸熱能力”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用相同的電加熱器給液體甲和乙加熱。（1）分析第1、4次，第2、5次或第3、6次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，某同學(xué)認(rèn)為：加熱相同的時(shí)間時(shí)，乙升高的溫度高一些，這說明乙吸收的熱量多一些。這位同學(xué)的判斷是否正確？請(qǐng)說明理由。（2）分析第2、3次或第5、6次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出的初步結(jié)論是：同種物質(zhì)升高相同溫度時(shí)，物質(zhì)的越大，吸收的熱量就越。(填“多”或“少”)（3）通過比較第2、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，液體吸收的熱量多少與液體的有關(guān)，