第 十 三 章 内 能
一 、 宇 宙 和 微 观 世 界
1、 物 质 是 由 分 子 组 成 的 ， 分 子 是 由 原 子 组 成 的 。
（ 1） 分 子 的 大 小 ： 通 常 用 10 -10m 做 单 位 来 量 度 。
（ 2） 原 子 的 结 构 ： 原 子 由 原 子 核 和 电 子 组 成 ， 原 子 核 由 中 子 和 质 子 组 成 。
2、固 态 、 液 态 、 气 态 的 微 观 模 型
固 体 具 有 一 定 的 体 积 和 形 状 ， 但 不 具 有 流 动 性 。
液 体 没 有 确 定 的 形 状 ， 但 有 一 定 的 体 积 ， 具 有 流 动 性 。
气 体 具 有 很 强 的 流 动 性 ， 但 没 有 一 定 的 形 状 和 体 积 。
3、 纳 米 是 长 度 的 单 位 。 1nm=10 -9 m。
二 、 分 子 热 运 动
1、 分 子 动 理 论
（ 1） 物 质 由 分 子 组 成 ；
（ 2） 一 切 物 体 的 分 子 都 在 不 停 地 做 无 规 则 运 动 ；
（ 3） 分 子 间 存 在 相 互 作 用 的 引 力 和 斥 力 。
2、 扩 散 ： 不 同 的 物 质 在 互 相 接 触 时 彼 此 进 入 对 方 的 现 象 。 扩 散 现 象 说 明 ：
① 分 子 在 不 停 地 做 无 规 则 运 动 ；
② 分 子 之 间 有 间 隙 ；
③ 气 体 、 液 体 、 固 体 均 能 发 生 扩 散 现 象 ；
④ 扩 散 快 慢 与 温 度 有 关 。 温 度 越 高 ， 分 子 的 热 运 动 越 剧 烈 ， 扩 散 越 快 。
2、 分 子 的 热 运 动 ：
3、 分 子 间 的 相 互 作 用 力 既 有 引 力 又 有 斥 力 ， 引 力 和 斥 力 是 同 时 存 在 的 。
三 、 内 能
1、 内 能 ： 构 成 物 体 的 所 有 分 子 热 运 动 的 动 能 和 分 子 势 能 的 总 和 ， 叫 做 物 体 的 内 能 。
单 位 ： 焦 耳 （ J） 。
从 宏 观 的 角 度 来 说 ， 内 能 与 物 体 的 质 量 、 温 度 、 状 态 及 体 积 都 有 关 。
2、 一 切 物 体 在 任 何 情 况 下 都 有 内 能 ；
3、 物 体 的 内 能 大 小 与 温 度 的 关 系 ： 物 体 的 内 能 与 温 度 有 关 。
在 物 体 的 质 量 ， 材 料 、 状 态 相 同 时 ， 温 度 越 高 ， 物 体 内 能 越 大 。
同 一 个 物 体 ， 温 度 升 高 ， 它 的 内 能 增 加 ； 温 度 降 低 ， 内 能 减 少 。
4、 热 运 动 ： 物 体 内 部 大 量 分 子 的 无 规 则 运 动 叫 做 热 运 动 。分 子 无 规 则 运 动 的 速 度 与 温 度 有 关 ， 温 度 越 高 ， 分 子 无 规 则 运 动 的 速 度 就 越 快；物体 的
温 度 越 低 ， 分 子 无 规 则 运 动 的 速 度 就 越 慢 。 内 能 也 常 叫 做 热 能 。
5、 内 能 与 机 械 能 的 区 别
① 物 体 的 内 能 的 多 少 与 物 体 的 温 度 、 体 积 、 质 量 和 物 体 状 态 有 关 ；
而 机 械 能 与 物 体 的 质 量 、 速 度 、 高 度 、 形 变 有 关 。 它 们 是 两 种 不 同 形 式 的 能 。
② 一 切 物 体 都 具 有 内 能 ， 但 有 些 物 体 可 以 说 没 有 机 械 能 ， 比 如 静 止 在 地 面 上 的 物 体 。
6、 内 能 的 改 变 ： 做 功 和 热 传 递 。
（ 1） 热 量 ： 热 传 递 过 程 中 ， 传 递 的 能 量 的 多 少 叫 热 量 ， 热 量 的 单 位 是 焦 耳 （ J） 。
热 传 递 的 实 质 是 内 能 的 转 移 。
A、 热 传 递 可 以 改 变 物 体 的 内 能 。
① 热 传 递 的 方 向 ： 热 量 从 高 温 物 体 向 低 温 物 体 传 递 或 从 同 一 物 体 的 高 温 部 分 向 低 温 部 分
传 递 。
② 热 传 递 的 条 件 ： 物 体 之 间 （ 或 同 一 物 体 不 同 部 分 ） 存 在 温 度 差 。 热 传 递 传 递 的 是 内 能
（ 热 量 ） ， 而 不 是 温 度 。
③ 热 传 递 过 程 中 ， 物 体 吸 收 热 量 ， 内 能 增 加 ； 放 出 热 量 ， 内 能 减 少 。 注 意 ： 物 体 内 能 改
变 ， 温 度 不 一 定 发 生 变 化 。
B、 做 功 改 变 物 体 的 内 能 ：
① 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 。②
做 功 改 变 内 能 的 实 质 ： 能 量 的 转 化 。 做 功 与 热 传 递 改 变 物 体 的 内 能 是 等 效 的 。
四 、 比 热 容
1、 定 义 ： 一 定 质 量 的 某 种 物 质 ， 在 温 度 升 高 时 吸 收 的 热 量 与 它 的 质 量 和 升 高 的 温 度 乘 积
之 比 叫 做 这 种 物 质 的 比 热 容 ， 简 称 比 热 ， 用 符 号 c 表 示 比 热 容 。 比 热 容 的 单 位 是 焦 耳 每
千 克 摄 氏 度 ， 符 号 是 J/（ kg· ℃ ） 。
2、 物 理 意 义 ： 表 示 物 体 吸 热 或 放 热 能 力 的 强 弱 。
3、 比 热 容 是 物 质 的 一 种 特 性 ， 大 小 与 物 质 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 。
4、 水 的 比 热 容 是：4.2× 10 3J/（ kg· ℃ ），它 表 示 的 物 理 意 义 是：1kg 的 水 温 度 升 高 （ 或
降 低 ） 1℃ 吸 收 （ 或 放 出 ） 的 热 量 为 4.2× 10 3J。
5、 比 热 容 表
（ 1） 比 热 容 是 物 质 的 一 种 特 性 ， 各 种 物 质 都 有 自 己 的 比 热 容 。
（ 2） 从 比 热 容 表 中 还 可 以 看 出 ： 各 物 质 中 ， 水 的 比 热 容 最 大 。 这 就 意 味 着 ， 在 同 样 受 热
或 冷 却 的 情 况 下 ， 水 的 温 度 变 化 要 小 些 。 水 的 这 个 特 征 对 气 候 的 影 响 很 大 。 在 受 太 阳 照
射 条 件 相 同 时 ， 白 天 沿 海 地 区 比 内 陆 地 区 温 度 升 高 的 慢 ， 夜 晚 沿 海 地 区 温 度 降 低 也 少 。
所 以 一 天 之 中 ， 沿 海 地 区 温 度 变 化 小 ， 内 陆 地 区 温 度 变 化 大 。 在 一 年 之 中 ， 夏 季 内 陆 比
沿 海 炎 热 ， 冬 季 内 陆 比 沿 海 寒 冷 。（ 3）水比 热 容 较 大 的 特 点 ，在 生 产 、生 活 中 也 经 常 利 用 。如 汽 车 发 动 机 、发 电 机 等 机 器 ，
在 工 作 时 要 发 热 ， 通 常 要 用 循 环 流 动 的 水 来 冷 却 。 冬 季 也 常 用 热 水 取 暖 。
7、 热 量 的 计 算 公 式：Q=cm△ t。 式 中 ， △ t 叫 做 温 度 的 变 化 量 ， 它 等 于 热 传 递 过 程 中 末 温
度 与 初 温 度 之 差 。
8、 注 意 ： 物 体 温 度 升 高 到 （ 或 降 低 到 ） 与 温 度 升 高 了 （ 或 降 低 了 ） 的 意 义 是 不 同 的 。
比 如 水 温 从 10℃ 升 高 到 30℃ ， 温 度 的 变 化 量 是 △ t=30℃ -10℃ =20℃ ； 物 体 温 度 升 高 了
30℃ ， 温 度 的 变 化 量 △ t=30℃ 。 Ｑ 吸 ＝ cm（ t－ t 0） （ 或 Ｑ 吸 =cm△ t）
Ｑ 放 ＝ cm（ t 0－ t） （ 或 Ｑ 放 =cm△ t）
第 十 四 章 内 能 的 利 用
一 、 热 机
1、 热 机 ： 把 内 能 转 化 为 机 械 能 的 机 器 叫 热 机 。
2、 内 燃 机 ： 将 燃 料 的 化 学 能 通 过 燃 烧 转 化 为 内 能 ， 又 通 过 做 功 ， 把 内 能 转 化 为 机 械 能 。
按 燃 烧 燃 料 的 不 同 ， 内 燃 机 可 分 为 汽 油 机 、 柴 油 机 等 。
（ 1）汽油 机 和 柴 油 机 都 是 一 个 工 作 循 环 为 四 个 冲 程 ，即 吸 气 冲 程 、压 缩 冲 程 、做 功 冲 程 、
排 气 冲 程 。
（ 2） 一 个 工 作 循 环 对 外 做 一 次 功 ， 曲 轴 转 2 周 ， 飞 轮 转 2 周 ， 活 塞 往 返 2 次 。
（ 3） 压 缩 冲 程 是 对 气 体 压 缩 做 功 ， 气 体 内 能 增 加 ， 这 时 机 械 能 转 化 为 内 能 。
（ 4） 做 功 冲 程 是 气 体 对 外 做 功 ， 内 能 减 少 ， 这 是 内 能 转 化 为 机 械 能 。
（ 5） 汽 油 机 和 柴 油 机 工 作 的 四 个 冲 程 中 ， 只 有 做 功 冲 程 是 燃 气 对 活 塞 做 功 ， 其 他 三 个 冲
程 都 要 靠 飞 轮 的 惯 性 完 成 。
（ 6） 判 断 汽 油 机 和 柴 油 机 工 作 属 哪 个 冲 程 应 抓 住 两 点 ： 气 门 的 开 闭 情 况 ； 活 塞 的 运 动 方
向 。
（ 7）汽油 机 和 柴 油 机 的 不 同 之 处： 汽 油 机：气 缸 顶 有 火 花 塞 、 吸 入 空 气 和 汽 油 混 合 、
点 燃 式 、 效 率 较 低 柴 油 机 ： 气 缸 顶 有 喷 油 嘴 、 吸 入 空 气 、 压 燃 式 、 效 率 较 高
二 、 热 机 的 效 率
1、 燃 料 的 热 值
① 定 义 ： 某 种 燃 料 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 与 其 质 量 之 比 ， 叫 做 这 种 燃 料 的 热 值 。 用 “ q” 表
示 。
② 单 位 ： J/kg， 读 作 ： 焦 耳 每 千 克 。 气 体 燃 料 有 时 使 用 J/m3， 读 作 ： 焦 耳 每 立 方 米 。
③ 燃 料 燃 烧 放 出 热 量 的 计 算 ：一 定 质 量 m 的 燃 料 完 全 燃 烧 ， 所 放 出 热 量 为：Q=mq。 式 中 ，
q 表 示 燃 料 的 热 值 ， 单 位 是 J/kg；m 表 示 燃 料 的 质 量 ， 单 位 是 kg；Q 表 示 燃 料 燃 烧 放 出 的
热 量 ， 单 位 是 J。 酒 精 的 热 值 是 3.0× 107J/kg， 它 表 示：1kg 酒 精 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 是
3.0× 107J。煤 气 的 热 值 是 3.9× 107J/m3，它 表 示：1m3 煤 气 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 是 3.9×
107J。④ 关 于 热 值 的 理 解 ：
A、对 于 热 值 的 概 念 ，要 注 重 理 解 三 个 关 键 词“ 1kg”、“ 某 种 燃 料 ”、“ 完 全 燃 烧 ” 。1kg
是 针 对 燃 料 的 质 量 而 言 ，如 果 燃 料 的 质 量 不 是 1kg，那 么 该 燃 料 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 就 不
是 热 值 。 某 种 燃 料 ： 说 明 热 值 与 燃 料 的 种 类 有 关 。 完 全 燃 烧 ： 表 明 要 燃 料 要 完 全 烧 尽 ，
变 成 另 一 种 物 质 ， 否 则 1kg 燃 料 化 学 能 转 变 成 内 能 就 不 是 该 热 值 所 确 定 的 值 。
B、 热 值 反 映 的 是 某 种 物 质 的 一 种 燃 烧 特 性 ， 同 时 反 映 出 不 同 燃 料 燃 烧 过 程 中 ， 化 学 能 转
变 成 内 能 的 本 领 大 小 ， 也 就 是 说 ， 它 是 燃 料 本 身 的 一 种 特 性 ， 只 与 燃 料 的 种 类 有 关 ， 与
燃 料 的 形 态 、 质 量 、 体 积 等 均 无 关 。
C、 若 燃 料 是 气 体 燃 料 ， 一 定 体 积 V 的 燃 料 完 全 燃 烧 ， 所 放 出 的 热 量 为 ： Q=qV。 式 中 ， q
表 示 燃 料 的 热 值 ， 单 位 是 J/m3；V 表 示 燃 料 的 体 积 ， 单 位 是 m3；Q 表 示 燃 料 燃 烧 放 出 的 热
量 ， 单 位 是 J。
2、 热 机 的 效 率 ：
（ 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 做 热 机 的 效 率 。
（ 2） 公 式 ： η =W/Q× 100%=Q 有 /Q 总 × 100%。 式 中 ， W 为 做 有 用 功 的 能 量 ； Q 总 为 燃 料 完
全 燃 烧 释 放 的 能 量 ， Q 有 为 做 有 用 功 的 能 量 ； Q 总 为 燃 料 完 全 燃 烧 释 放 的 能 量 。
（ 3） 提 高 热 机 效 率 的 主 要 途 径 ：
① 改 善 燃 烧 环 境 ， 使 燃 料 尽 可 能 完 全 燃 烧 ， 提 高 燃 料 的 燃 烧 效 率 ；
② 尽 量 减 小 各 种 热 散 失 ；
③ 减 小 各 部 件 间 的 摩 擦 以 减 小 因 克 服 摩 擦 做 功 而 消 耗 的 能 量 ；
④ 充 分 利 用 废 气 带 走 的 能 量 ， 从 而 提 高 燃 料 的 利 用 率 。
三 、 能 量 的 转 化 和 守 恒
1、 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 其
它 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 。
2、 能 量 守 恒 定 律 是 自 然 界 最 重 要 、 最 普 遍 的 基 本 定 律 ， 大 到 天 体 ， 小 到 原 子 核 ， 无 论 是
物 理 学 问 题 还 是 化 学 、 地 理 、 生 物 学 、 天 文 学 问 题 ， 所 有 能 量 转 化 的 过 程 ， 都 遵 从 能 量
守 恒 定 律 。
3、“ 第 一 类 永 动 机 ” 永 远 不 可 能 实 现 ， 因 为 它 违 背 了 能 量 守 恒 定 律 .
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