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热学知识结构图解热现象知识讲解分子动理论、内能知识讲解

知识结构图解

1.热现象

2.热现象的微观解释

3.热学结构

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热现象

一、知识讲解

1.摄氏温度

规定：

把冰水混合物的温度规定为0度,把沸水的温度规定为100度,0度和100度之间分成100等分,每一等分是摄氏温度的一个单位,叫做1摄氏度.摄氏度用符号℃表示.

2.温度计

家庭和物理实验室常用的温度计,是利用水银、酒精、煤油等液体的热胀冷缩的性质来制成的.

温度计的正确使用方法是：

（l）根据待测物体温度变化范围选择量程合适的温度计.

（2）使用前认清温度计最小刻度值.

（3）使用时要把温度计的玻璃泡全部浸入被测液体中,不要碰到容器底或容器壁.

（4）待温度计的示数稳定后再读数.

（5）读数时要将玻璃泡继续留在被测液体中,视线与温度计液柱的上表面相平.

体温计的测量范围是35℃-42℃,它的最小刻度值是0.1℃.

3.溶化和凝固

熔化吸热和凝固放热

晶体和非晶体熔化过程中要吸收热量,在凝固过程中要放出热量.但晶体在达到熔点,继续吸收热量才能熔化,在熔化过程中温度保持不变,非晶体熔化过程中温度不断升高,物质由硬变软、变稠,再变稀.

熔点和凝固点

固体分晶体和非晶体.有一定熔化温度的物质,统称为晶体；没有一定熔化温度的物质,统称为非晶体.晶体熔化时的温度叫熔点,液态晶体凝固时的温度叫凝固点.同一物质的凝固点跟它的熔点相同.

4.蒸发和沸腾

蒸发和沸腾都属于汽化现象.汽化过程要吸收热量.

蒸发是液体在任何温度下都能发生的,并且只发生在液体表面的汽化现象.

影响蒸发快慢的因素有：

液体温度的高低、液体表面积的大小和液体表面上空气流动的快慢.

沸腾是在一定温度下在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象.

液体在沸腾过程中要吸热.液体沸腾时的温度叫做沸点,不同液体的沸点不同.

二、典型例题

例题1：

护士用体温计测量一个病人后,体温计示数为38.5℃．然后仅用酒精消毒就去给一个正常人体温,体温计示数是（）

A37℃B38.5℃C无法判断

解析：

体温计的水银泡上方有一个非常细且弯曲的缩口.水银受热膨胀可以通过缩口上升到上方的玻璃管里,当水银遇冷收缩时水银柱就会在缩口处断开,停留在玻璃管里无法自动回到水银泡里,这样方便读数．再测另一个人的体温时,必须用力往下甩使水银柱下降到35℃以下并用酒精消毒方可测量．如果只消毒,而没有往下甩,水银柱还会停留在38.5℃的位置上．

例题2：

用温度计测量温度

在"用温度计测水的温度"的实验中,试按温度计的使用步骤把下面叙述依次排列：

A.取一只适当的温度计

B.估计被测水的温度

C.把温度计的玻璃泡全部进入被测水中

D.认清温度计的最小刻度

E.观察温度计的量程

F.让温度计的玻璃泡在水中稍候一会儿,待示数稳定

G.从水中取出温度计

H.对温度计进行读数

解析：

根据温度计的正确使用方法,首先要估计被测水的温度,取一只适当的温度计,观察它的量程．以免被测水的温度超出它能测的最高温度而使温度计内的液体涨破温度计,或被测水地与它能测的最低温度二测不出温度职．接着要认清温度

计的最小刻度值,以便能准确迅速地读数．在把温度计的玻璃泡全部进入被测水中,稍候议会,待示数稳定后进行读数．最后从水中取出温度计．答案：

根据以上分析,正确的排列顺序应为B、A、E、D、C、F、H、G．

例题3：

关于熔化,以下说法正确的是（）

A．晶体熔化时吸热,非晶体熔化时不吸热

B．晶体熔化时不吸热,所以温度不变

C．非晶体熔化时温度在升高,一定吸热

D．晶体、非晶体在熔化时温度都是不变的

解析：

溶化过程需要吸收热量,不论是晶体还是非晶体溶化都要吸收热量.晶体有一定的熔点,在溶化的过程中温度保持不变但是一直在吸收热量.非晶体没有熔点在溶化的过程中,不断吸收热量,温度不断升高.此题合适的答案为C.

例题4:

蒸发吸热的分析

夏天扇扇子并不能降低气温,但是觉得凉快．这是为什么?

解析：

本题考查了影响液体蒸发快慢的因素和蒸发吸热两个方面的知识．要加快液体的蒸发,可以提高液体的温度,增大液体的表面积和加快液体表面上的空气流动．扇扇子就是加快了空气的流动,使汗液蒸发加快,又因为汗液蒸发吸热,所以人感觉到凉快．扇扇子使空气流动,加速汗液蒸发,因而也加速蒸发时从人体吸热,所以人觉得凉快．

例题5:

水的沸腾

如图所示,将甲、乙两试管装水后分别放入两盛水的容器中,乙试管所置的容器有密封的盖子,对两容器加热使里面的水沸腾,下列说法正确的是（）（设外界大气压为标准大气压）

A．甲试管内的水沸腾,乙试管内的水不沸腾

B．甲试管内的水不沸腾,乙试管内的水沸腾

C．甲、乙试管内的水都沸腾

D．甲、乙试管内的水都不沸腾

解析：

水能不能沸腾,要看是否满足水沸腾所需的条件,即达到沸点和继续吸热,两个条件缺一不可．甲、乙两容器内的水被加热至沸腾时,其沸点是不相同的．这是因为加盖容器水面气压大,所以里面水的温度高于100℃．而两试管都是开口的,在标准大气压下它们的沸点均为100℃,甲试管内水温度达到100℃时与容器内水温相同,不能继续吸热,所以不能沸腾,而乙试管放在了温度高于100℃的水中,当它温度达到沸点100℃时还能继续从容器的水中吸热,达到了水沸腾的条件,所以试管乙中的水可以沸腾．答案B．

例题6:

汽化

下列说法中正确的是（）．

A．通常看到从壶嘴里冒出的"白气",就是水蒸气

B．夏天,打开冰箱冷冻室门后,看到从门里放出"白气",是冰箱中的水蒸气遇冷液化而生成的

C．冬天,人在室外讲话,常常会看到口中冒"白气",是空气中的水蒸气遇热而生成的

D．通常所说的"白气",其实质是雾状的水珠,是水蒸气液化而生成的

解析：

本题是解释物态变化现象中较典型的题,在解答时,要弄清"白气"是什么状态,是什么条件下转变过来的,属于何种物态变化．通常所说"白气"其实质是液体而不是气体,是水蒸气遇冷液化而生成的无数小水珠?

quot;白气"在空气中看得见．水蒸气是气体,在空气中是看不见的．答案A中,从壶嘴里冒出的"白气"是壶中温度较高水蒸气遇到壶外面的冷空气液化而成的小水珠．答案B中,看到的"白气",应是空气中的水蒸气遇到冰箱冷冻室里的冷空气液化而生成的,而不是冰箱中的水蒸气遇冷液化而生成的．答案C中看到的"白气",是人呼吸时呼出的水蒸气遇到外面的冷空气而生成的,并非空气中的水蒸气通热而生成的．答案D．

例题7:

虽然温度相同都是100℃,但被水蒸气烫伤要比被水烫伤严重,这主要是因为（）．

A．气体比液体温度高

B．水蒸气容易钻进皮肤

C．水蒸气液化要放出大量的热

D．这是自然规律

解析：

本题考查气体液化放热的知识．题目中明确指出水和水蒸气温度同样都是100℃,所以A答案错．被水蒸气烫伤要比被水烫伤严重,是因为水蒸气液化变成同温度的水时,要放出大量的热导致．并非是因为水蒸气钻进皮肤,也不是自然规律．答案C．

例题8:

严冬之夜玻璃窗上的玻璃表面会结上一层冰花,它是出现在玻璃的内表面还是外表面,为什么？

这是属于哪种状态变化？

解析：

冰花是固态,形成前是水蒸气,这是物质由于气态直接变成固态的过程,属于凝华现象．发生凝华现象的条件是气体遇冷放热．室内水蒸气的温度较高,冬夜室外气温很低,窗上玻璃的温度也很低,水蒸气在门窗玻璃附近遇冷凝固成冰花,因此,冰花出现在玻璃的内表面．室外水蒸气的温度很低,比门窗玻璃附近温度还要低,不会遇冷放热而凝华成冰花,因此,在门窗玻璃的外表面不会出现冰花．

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分子动理论、内能

一、知识讲解

1.分子运动论的基本内容

一般物质是由分子构成的（有些物质由原子或离子构成）.

物质是由大量分子构成的.分子的直径极小,只有10-9米左右.一滴水内含有约1.6×1021个水分子.

分子之间有间隙,酒精和水混合后的总体积小于混合前酒精和水的体积之和就可以说明这一点.

气体分子间隙最大,液体次之,固体的分子间隙最小.

分子在永不停息地作无规则运动.

扩散现象是分子做无规则运动的例证.所谓扩散指的是两种不同的物质相互接触时,彼此进入对方的现象.

分子间有相互作用.

分子之间既有引力,又有斥力.

固体,能保持一定的形状和体积且难以拉断,说明了分子之间存在引力,而固体和液体分子间保持一定的间隙且很难被压缩,说明了分子间又存在斥力.

物质内分子间引力和斥力是同时存在的,引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,斥力减小得很更快.当分子间距为某一值r0时,引力等于斥力,此时分子处于平衡位置；当分子间距大于r0时,引力起主要作用；当分子间距小于r0时,斥力起主要作用.若分子间距大于分子直径的10倍时,分子间的作用力变得十分微弱,可以认为此时分子间作用力为零.

2.内能

物体由大量分子构成,这些分子在永不停息地做无规则运动.

如同一切运动的物体具有动能一样,做无规则运动的分子也具有动能.分子之间有相互作用力,又使分子具有由它们相对位置不同所决定的势能.物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和,叫做物体的内能.

一切物体都有内能.物体不论大小,温度高低,物体内分子都在做无规则运动,具有分子动能,因此任何一个物体都具有内能.

影响物体内能的因素:

物体内能的大小跟物体内分子的个数,分子的质量,分子热运动的剧烈程度（对应物体的温度）和分子间的相互作用情况（对应物体的状态）有关.

当物体的温度或状态发生变化时,物体的内能就会发生变化.一个物体,它的温度升高,物体内部分子的无规则运动加剧,物体的内能就增加.

内能是不同于机械能的另一种形式的能量,内能的单位是焦耳.

机械能与整个物体的机械运动情况有关.例如：

抛到空中的球,离开地面,具有重力势能；它在空中飞行,具有动能.而构成球的分子在做无规则热运动,且分子之间还有相互作用,因此球还具有内能.内能的大小与球的机械运动情况无关,它是由物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况来决定的.

3.改变内能的两种方法

（l）做功

对物体做功可以使物体的内能增加,物体对外做功可使物体的内能减少.

做功改变内能实质是其他形式的能和内能的相互转化.

例如：

用锯锯木头,是用做功的方法使锯条的内能增加,温度升高.其中的能量转化是机械能转化为内能.气体膨胀对外做功,气体的内能减少,内能转化为机械能.例如：

内燃机气缸内高温高压的燃气推动活塞做功,燃气膨胀做功后温度降低,内能减少.

（2）热传递

只要物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差,就会发生热传递,直到温度变得相同为止.

在热传递过程中,高温物体温度降低,内能减少份温物体温度升高,内能增加.热传递的实质是能量从高温物体传到低温物体或者认同一物体的高温部分传到抵温部分的过程.

一根据条的温度升高了,内能增加,可能是由于摩擦生热,也可能是放在火上烤的结果.如果没有看见内能改变的过程,就无法判断内能改变的原因,也就是说,做功和热传递在改变物体的内能上是等效的.

4.热量的概念和单位

在热传递过程中,传递能量的多少叫热量.热量用Q表示,单位是焦耳.

在热传递过程中,热量从高温物体传向低温物体.高温物体放出了多少热量,它的内能就减少了多少；低温物体吸收了多少热量,它的内能就增加了多少.因此,在热传递过程中热量的多少反映了物体内能变化的大小.

关于热量

物体本身没有热量.不能说某个物体具有多少热量,也不能比较两个物体热量的大小,只有发生了热传递过程,有了内能的转移,才能讨论热量问题.

热量是在热传递过程中,内能转移的数量.热传递的方向是内能从高温物体转移到低温物体,内能转移的多少叫热量,所以热量是一个过程量,它存在于热传递过程中.

热量的大小与物体内能的多少,物体温度的高低没有关系.

5．比热容

单位质量的某种物质,温度升高l℃所吸收的热量,叫这种物质的比热.单位质量的某种物质,温度降低1℃放出的热量和它温度升高l℃吸收的热量相等,也等于它的比热.

比热的单位由热量,质量和温度三个物理量的单位组成,比热的单位是焦／（千克·℃）

比热是反映物质热量特性的物理量.它表示质量相同的不同物质,升高相同的温度,吸收的热量不同；或者说质量相同的不同物质,吸收相同的热量,升高的温度不同的性质.

正由于比热是物质的一种特性,对于某种物质,它的比热是一定的,与物体的质量大小、温度变化的多少,是否吸、放热及吸、放热的多少无关.对于不同的物质,比热一般是不同的.

由表中可以看出,水的比热最大是4.2×103J/（kg·℃）,它表示的意思是1千克的水,温度升高（降低）l℃所吸收（放出）的热量是4.2×103J.

水和其他物质在质量相同,吸收或放出相同热量的情况下,由于水的比热大,所以水的温度变化小.沿海地区和内陆地区相比具有冬暖夏凉的气候特征,就是因为水的比热比泥土、沙石的比热大的缘故.同样,因为水的比热大,在生活中往往用循环热水取暖,用水来冷却机器.

同一种物质在不同的状态下其比热大小可以不同.如水的比热是4.2×103J/（kg·℃）,而冰的比热是2.1×103J/（kg·℃）.

6．热量的计算

在没有发生物态变化时,物体由于温度变化所吸收或放出的热量的计算公式为：

Q=cm△t

其中：

Q表示物体吸收或放出的热量表示物体的质量为物体的比热表示物体温度升高或降低的度数,即温度的变化量.

可见,物体吸收或放出热量的多少由物体质量、物质比热和物体温度的变化量这三个量的乘积决定,跟物体的温度高低无关.

7．温度、内能和热量

温度、内能和热量是三个既有区别,又有联系的物理量.

温度表示物体的冷热程度,从分子运动论的观点来看,温度越高分子无规则运动的速度就越大,分子运动越剧烈.因此,温度的高低标志着分子热运动的剧烈程度.

内能是能量的一种形式,它是物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和.内能和温度一样,是一个状态量.

热量是在热传递过程中,传递能量的多少.它反映了热传递过程中内能转移的数量,是一个过程量.

温度、内能和热量是三个实质不同的物理量,但它们之间又在热传递过程中有密切的联系.在没有发生物态变化时,在热传递过程中,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.

8.燃料及其热值

不同的燃料,即使质量相同,完全燃烧放出的热量也是不同的,这个特性可以用热值表示.

热值：

1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量,叫做这种燃料的热值.热值的单位：

J/kg

在燃料燃烧过程中化学能转化为内能.

9.内能的利用

利用内能来加热

利用内能来做功

10.热机

热机：

利用内能做功的机器．从能量转化地角度来讲热机是把内能转化为机械能地装置．

热机的两个应用：

汽油机、柴油机

四个冲程：

吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．

二、典型例题

例题1：

分子间的引力

分子间有引力,为什么不能将打碎的玻璃吸引在一起?

解析：

分子间存在引力和斥力．但这种力只有在距离极小时才比较显著、当两个分子间距大于10倍分子的线度（约10-9米）时,引力和斥力就小到可以忽略不计了．两块玻璃碎片不可能相距很近,无法达到引力明显的距离,所以不能吸引在-起．

电焊、汽焊钢板时,用高温加热钢板,使钢熔化为钢水,钢水中的分子可以自由运动相互靠近,靠引力集结在一起．当钢水冷却凝结为钢块时,原来分离的钢板就被"焊接"在一起了．

用粘接剂也可以把破碎的物品粘接在一起,是粘接剂分子与被粘物品以及粘接剂本身分子间的引力作用的结果.

例题2：

对内能的理解

甲、乙两块冰的质量相同,温度均为-10oC．甲冰块静止于地面,乙冰块静止在距地面10m高处,则这两个冰块（　）

A．机械能一样大

B．乙的机械能大

C．内能一样大

D．乙的内能大

解析：

物体内能是物体内部分子热运动和相互作用决定的能,与温度有关,跟物体的宏观机械运动无关；而机械能是物体宏观机械运动具有的能量,与物体整体运动速度和位置有关．答案B、C．

例题3:

对关于内能,下列说法中正确的是（）

A．温度高的物体具有内能,温度低的物体没有内能

B．温度高的物体具有的内能一定比温度低的物体具有的内能多

C．0℃的物体内能为零

D．物体的温度降低时,其内能减小

解析：

任何一个物体都具有内能,包括0℃和0℃以下的物体．物体内能的大小与物体的温度、状态、质量和物质的种类等因素有关,而不是仅仅取决于物体的温度,但作为同一个物体当温度降低时,分子无规则运动变得较慢,内能减小．答案D．

例题4：

下列现象中,利用做功的方法改变物体内能的是（）

A．用酒精灯给水加热

B．热水袋使身体变暖

C．冬天手冷时,用嘴向手呵气就感到暖和了

D．冬天手冷时,两手搓一搓就感到暖和了

解析：

用酒精灯给水加热,是酒精燃烧放出的热传递给水,使水的内能增加,温度升高．热水袋使身体变暖是通过热传递将水的热传给人体．朝手上呵气使手变暖,一方面是由于呵出的气体温度高于手,气体向手传热,另一方面呵出的气体中含有水蒸气,这些水蒸气遇到温度低的手面发生液化放出热．可见选项A、B见中改变物体内能的方法都是热传递,只有选项D是通过做功的方式来改变内能的．答案D．

例题5:

质量和初温都相同的铝块和水吸收了相同的热量后,将铝块投入水中,则（）

A．铝块和水之间无热传递

B．温度由铝块传给水

C．内能由铝块传给水

D．内能由水传给铝块

解析：

热传递是能量的转移而非温度的传递,显然选项B错误．铝块投入水中是否发生热传递以及如何进行热传递,要看吸热后二者温度的高低,也就是要计算出始块和水吸收相等的热量后,它们的末温关系如何．由Q=cm△t得△t=Q/cm可以计算出质量相同、初温相同的铝块和水的温度变化量不同,铝块的温度变化量大一些.因它们的初温相等,所以铝的末温大于水的末温,内能应由铝传向水．答案C.

例题6:

温度、热量和比热容

关于温度、热量、比热容,下列说法中正确的是（）

A．温度越高的物体具有的热量越多

B．温度越高的物体的比热容越大

C．吸收的热量越多,物质的比热容越大

D．物体吸收了热量,温度不一定升高

解析：

温度、热量和比热容是三个不同的物理量,虽然在有关的热现象中它们有一定的联系,但它们所表示的物理意义是不同的．

温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上表示分子热运动的剧烈程度．物体处于某一温度,是指物体在某一时刻的冷热状态,温度与状态有关．

热量则反映物体在某一段时间内吸收或放出热的多少,它与热传递的过程有关．

比热容是物质的一种特性．质量相同的不同物质,在改变相同温度时,吸收或放出的热量一般不同．这是由物质本身性质决定的．比热容的大小只决定于物质的种类,而与物质的温度高低、吸热或放热等其他因素无关．

物体吸收或放出热量时,一般会发生温度变化,即吸热升温,放热降温．但是在物态变化过程中却存在吸热不升温,放热不降温的现象．例如水在沸腾时从液态变成气态,虽然吸收了热量,但温度不升高．而水在结冰时从液态变成固态,虽然放出了热量,但温度不降低．答案D．