第十三章 熱和能
第一節(jié) 分子熱運(yùn)動(dòng)
1、擴(kuò)散現(xiàn)象：
定義：不同物質(zhì)在相互接觸時(shí)，彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象。
擴(kuò)散現(xiàn)象說明：①一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；②分子之間有間隙。
固體、液體、氣體都可以發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，只是擴(kuò)散的快慢不同，氣體間擴(kuò)散速度最快，固體間擴(kuò)散速度最慢。
汽化、升華等物態(tài)變化過程也屬于擴(kuò)散現(xiàn)象。
擴(kuò)散速度與溫度有關(guān)，溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，擴(kuò)散越快。
由于分子的運(yùn)動(dòng)跟溫度有關(guān)，所以這種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫做分子的熱運(yùn)動(dòng)。
2、分子間的作用力：
分子間相互作用的引力和斥力是同時(shí)存在的。
① 當(dāng)分子間距離等于r0（r0=10-10m）時(shí)，分子間引力和斥力相等，合力為0，對外不顯力；
② 當(dāng)分子間距離減小，小于r0時(shí)，分子間引力和斥力都增大，但斥力增大得更快，斥力大于引力，分子間作用力表現(xiàn)為斥力；
③ 當(dāng)分子間距離增大，大于r0時(shí)，分子間引力和斥力都減小，但斥力減小得更快，引力大于斥力，分子間作用力表現(xiàn)為引力；
④ 當(dāng)分子間距離繼續(xù)增大，分子間作用力繼續(xù)減小，當(dāng)分子間距離大于10 r0時(shí)，分子間作用力就變得十分微弱，可以忽略了。
第二節(jié) 內(nèi)能
1、內(nèi)能：
定義：物體內(nèi)部所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。
任何物體在任何情況下都有內(nèi)能。
內(nèi)能的單位為焦耳（J）。
內(nèi)能具有不可測量性。
2、影響物體內(nèi)能大小的因素：
①溫度：在物體的質(zhì)量、材料、狀態(tài)相同時(shí)，物體的溫度升高，內(nèi)能增大，溫度降低，內(nèi)能減小；反之，物體的內(nèi)能增大，溫度卻不一定升高（例如晶體在熔化的過程中要不斷吸熱，內(nèi)能增大，而溫度卻保持不變），內(nèi)能減小，溫度也不一定降低（例如晶體在凝固的過程中要不斷放熱，內(nèi)能減小，而溫度卻保持不變）。
②質(zhì)量：在物體的溫度、材料、狀態(tài)相同時(shí)，物體的質(zhì)量越大，物體的內(nèi)能越大。
③材料：在溫度、質(zhì)量和狀態(tài)相同時(shí)，物體的材料不同，物體的內(nèi)能可能不同。
④存在狀態(tài)：在物體的溫度、材料質(zhì)量相同時(shí)，物體存在的狀態(tài)不同時(shí)，物體的內(nèi)能也可能不同。
3、改變物體內(nèi)能的方法：做功和熱傳遞。
①做功：
做功可以改變內(nèi)能：對物體做功物體內(nèi)能會增加（將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能）。
物體對外做功物體內(nèi)能會減少（將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）。
做功改變內(nèi)能的實(shí)質(zhì)：內(nèi)能和其他形式的能（主要是機(jī)械能）的相互轉(zhuǎn)化的過程。
如果僅通過做功改變內(nèi)能，可以用做功多少度量內(nèi)能的改變大小。
②熱傳遞：
定義：熱傳遞是熱量從高溫物體傳到低溫物體或從同一物體的高溫部分傳到低溫部分的過程。
熱量：在熱傳遞過程中，傳遞內(nèi)能的多少叫做熱量。熱量的單位是焦耳。（熱量是變化量，只能說“吸收熱量”或“放出熱量”，不能說“含”、“有”熱量。“傳遞溫度”的說法也是錯(cuò)的。）
熱傳遞過程中，高溫物體放出熱量，溫度降低，內(nèi)能減少；低溫物體吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加；
注意：
① 在熱傳遞過程中，是內(nèi)能在物體間的轉(zhuǎn)移，能的形式并未發(fā)生改變；
② 在熱傳遞過程中，若不計(jì)能量損失，則高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量；
③ 因?yàn)樵跓醾鬟f過程中傳遞的是能量而不是溫度，所以在熱傳遞過程中，高溫物體降低的溫度不一定等于低溫物體升高的溫度；
④ 熱傳遞的條件：存在溫度差。如果沒有溫度差，就不會發(fā)生熱傳遞。
做功和熱傳遞改變物體內(nèi)能上是等效的。
第三節(jié) 比熱容
1、比熱容：
定義：單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃時(shí)吸收（或放出）的熱量。
比熱容用符號c表示，它的單位是焦每千克攝氏度，符號是J/(kg•℃)
比熱容是表示物體吸熱或放熱能力的物理量。
物理意義：水的比熱容c水＝4.2×103J/(kg•℃)，物理意義為：1kg的水溫度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的熱量為4.2×103J。
比熱容是物質(zhì)的一種特性，比熱容的大小與物體的種類、狀態(tài)有關(guān)，與質(zhì)量、體積、溫度、密度、吸熱放熱、形狀等無關(guān)。
水常用來調(diào)節(jié)氣溫、取暖、作冷卻劑、散熱，是因?yàn)樗�的比熱容大�?br>比較比熱容的方法：
①質(zhì)量相同，升高溫度相同，比較吸收熱量多少（加熱時(shí)間）：吸收熱量多，比熱容大。
②質(zhì)量相同，吸收熱量（加熱時(shí)間）相同，比較升高溫度：溫度升高慢，比熱容大。
2、熱量的計(jì)算公式：
①溫度升高時(shí)用：Q吸＝cm（t－t0） c＝Q吸 m（t－t0） m＝Q吸 c（t－t0） t＝Q吸 cm + t0 t0＝t- Q吸 cm
②溫度降低時(shí)用：Q放＝cm（t0－t） c＝Q放 m（t0－t） m＝Q放 c（t0－t） t0＝Q放 cm + t t＝t0- Q放 cm
③只給出溫度變化量時(shí)用：Q＝cm△t c＝Q m△t m＝Qc△t △t＝Qc m
Q——熱量——焦耳（J）；c——比熱容——焦耳每千克攝氏度（J/(kg•℃)）；m——質(zhì)量——千克（kg）；t——末溫——攝氏度（℃）；t0——初溫——攝氏度（℃）
審題時(shí)注意“升高（降低）到10℃”還是“升高（降低）（了）10℃”，前者的“10℃”是末溫（t），后面的“10℃”是溫度的變化量（△t）。
由公式Q＝cm△t可知：物體吸收或放出熱量的多少是由物體的比熱容、質(zhì)量和溫度變化量這三個(gè)因素決定的。
第十四章：內(nèi)能的利用
第一節(jié)：內(nèi)能的利用
內(nèi)能的利用方式
利用內(nèi)能來加熱：實(shí)質(zhì)是熱傳遞。
利用內(nèi)能來做功：實(shí)質(zhì)是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
第二節(jié)：熱機(jī)
1、 熱機(jī)：
定義：熱機(jī)是利用內(nèi)能來做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。
熱機(jī)的種類：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)和柴油機(jī)）、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等
2、 內(nèi)燃機(jī)：
內(nèi)燃機(jī)活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從氣缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過程，叫做一個(gè)沖程。
四沖程內(nèi)燃機(jī)包括四個(gè)沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。
在單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)中，吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程為一個(gè)工作循環(huán)，每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)2周，活塞上下往復(fù)2次，做功1次。
在這四個(gè)沖程中只有做功沖程是燃?xì)鈱�活塞做功，而其它三個(gè)沖程（吸氣沖程、壓縮沖程和排氣沖程）是依靠飛輪的慣性來完成的。
壓縮沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
做功沖程是由內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
①汽油機(jī)工作過程：

②柴油機(jī)工作過程：

3、汽油機(jī)和柴油機(jī)的比較：
①汽油機(jī)的氣缸頂部是火花塞；
柴油機(jī)的氣缸頂部是噴油嘴。
②汽油機(jī)吸氣沖程吸入氣缸的是汽油和空氣組成的燃料混合物；
柴油機(jī)吸氣沖程吸入氣缸的是空氣。
③汽油機(jī)做功沖程的點(diǎn)火方式是點(diǎn)燃式；
柴油機(jī)做功沖程的點(diǎn)火方式是壓燃式。
④柴油機(jī)比汽油及效率高，比較經(jīng)濟(jì)，但笨重。
⑤汽油機(jī)和柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)之前都要靠外力輔助啟動(dòng)。
4、熱值
燃料燃燒，使燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
定義：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。用符號q表示。
單位：固體燃料的熱值的單位是焦耳每千克（J/kg）、氣體燃料的熱值的單位是焦耳每立方米（J/m3）。
熱值是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒等無關(guān)。
公式：、
①Q(mào)＝qm m=Q q q=Q m
Q——放出的熱量——焦耳（J）；q——熱值——焦耳每千克（J/kg）；m——燃料質(zhì)量——千克（kg）。
②Q＝qV V=Q q q=Q V
Q——放出的熱量——焦耳（J）；q——熱值——焦耳每立方米（J/m3）；V——燃料體積——立方米（m3）。
物理意義：酒精的熱值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0×107J。
煤氣的熱值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9×107J。
第三節(jié)：熱機(jī)效率
影響燃料有效利用的因素：一是燃料很難完全燃燒，二是燃料燃燒放出的熱量散失很多，只有一小部分被有效利用。
有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末狀、用空氣吹進(jìn)爐膛（提高燃燒的完全程度）；以較強(qiáng)的氣流，將煤粉在爐膛里吹起來燃燒（減少煙氣帶走的熱量）。
熱機(jī)的效率：熱機(jī)用來做有用功的那部分能量和完全燃燒放出的能量之比叫做熱機(jī)的效率。
熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要標(biāo)志，與熱機(jī)的功率無關(guān)。
公式： Q總=Q有用η Q有用= Q總η
由于熱機(jī)在工作過程中總有能量損失，所以熱機(jī)的效率總小于1。
熱機(jī)能量損失的主要途徑：廢氣內(nèi)內(nèi)、散熱損失、機(jī)器損失。
提高熱機(jī)效率的途徑：① 使燃料充分燃燒，盡量減小各種熱量損失；② 機(jī)件間保持良好的潤滑，減小摩擦。③在熱機(jī)的各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
常見熱機(jī)的效率：蒸汽機(jī)6%～15%、汽油機(jī)20%～30%、柴油機(jī)30%～45%
內(nèi)燃機(jī)的效率比蒸汽機(jī)高，柴油機(jī)的效率比汽油機(jī)高。
第十五章 電流與電路
第一節(jié) 電荷 摩擦起電
1、電荷：
帶電體：物體有了吸引輕小物體的性質(zhì)，我們就說是物體帶了電（荷）。這樣的物體叫做帶電體。
自然界只有兩種電荷——被絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷是正電荷（＋）；被毛皮摩擦過的橡膠棒上帶的電荷叫做負(fù)電荷（－）。
電荷間的相互作用：同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。
帶電體既能吸引不帶電的輕小物體，又能吸引帶異種電荷的帶電體。
電荷：電荷的多少叫做電荷量，簡稱電荷，符號是Q。電荷的單位是庫侖（C）。
2、檢驗(yàn)物體帶電的方法：
①使用驗(yàn)電器。
驗(yàn)電器的構(gòu)造：金屬球、金屬桿、金屬箔。
驗(yàn)電器的原理：同種電荷相互排斥。
從驗(yàn)電器張角的大小，可以判斷所帶電荷的多少。但驗(yàn)電器不能檢驗(yàn)帶電體帶的是正電荷還是負(fù)電荷。
②利用電荷間的相互作用。
③利用帶電體能吸引輕小物體的性質(zhì)。
3、使物體帶電的方法：
（1）摩擦起電：
定義：用摩擦的方法使物體帶電。
背景：
宇宙是由物質(zhì)組成的，物質(zhì)是由分子組成的，分子是由原子組成的，原子是由位于中心的原子核和核外的電子組成的，原子核的質(zhì)量比電子的大得多，幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，原子核帶正電，電子帶負(fù)電，電子在原子核的吸引下，繞核高速運(yùn)動(dòng)。原子核又是由質(zhì)子和中子組成的，其中質(zhì)子帶正電，中子不帶電。
在各種帶電微粒中，電子電荷量的大小是最小的，人們把最小電荷叫做元電荷，通常用符號e表示。任何帶電體所帶電荷都是e的整數(shù)倍。6.25×1018個(gè)電子所帶電荷等于1C。
在通常情況下，原子核所帶的正電荷與核外所有電子總共帶的負(fù)電荷在數(shù)量上相等，整個(gè)原子呈中性，也就是原子對外不顯帶電的性質(zhì)。
原因：由于不同物質(zhì)原子核束縛電子的本領(lǐng)不同。兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r，原子核束縛電子的本領(lǐng)弱的物體，要失去電子，因缺少電子而帶正電，原子核束縛電子的本領(lǐng)強(qiáng)的物體，要得到電子，因?yàn)橛辛硕嘤嚯娮佣鴰У攘康呢?fù)電。
注意：①在摩擦起電的過程中只能轉(zhuǎn)移帶負(fù)電荷的電子；
②摩擦起電的兩個(gè)物體將帶上等量異種電荷；
③由同種物質(zhì)組成的兩物體摩擦不會起電；
④摩擦起電并不是創(chuàng)造電荷，只是電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，使正負(fù)電荷分開，但電荷總量守恒。
能量轉(zhuǎn)化：機(jī)械能-→電能
（2）接觸帶電：物體和帶電體接觸帶了電。（接觸帶電后的兩個(gè)物體將帶上同種電荷）
（3）感應(yīng)帶電：由于帶電體的作用，使帶電體附近的物體帶電。
4、中和：放在一起的等量異種電荷完全抵消的現(xiàn)象。
如果物體所帶正、負(fù)電量不等，也會發(fā)生中和現(xiàn)象。這時(shí)，帶電量多的物體先用部分電荷和帶電量少的物體中和，剩余的電荷可使兩物體帶同種電荷。
中和不是意味著等量正負(fù)電荷被消滅，實(shí)際上電荷總量保持不變，只是等量的正負(fù)電荷使物體整體顯不出電性。
5、導(dǎo)體和絕緣體：
容易導(dǎo)電的物體叫做導(dǎo)體；不容易導(dǎo)電的物體叫做絕緣體。
常見的導(dǎo)體：金屬、石墨、人體、大地、濕潤的物體、含雜質(zhì)的水、酸堿鹽的水溶液等。
常見的絕緣體：橡膠、玻璃、塑料、油、陶瓷、純水、空氣等。
導(dǎo)體容易導(dǎo)電的原因：導(dǎo)體中有大量的自由電荷（既可能是正電荷也可能是負(fù)電荷），它們可以脫離原子核的束縛，而在導(dǎo)體內(nèi)部自由移動(dòng)。
絕緣體不容易導(dǎo)電的原因：在絕緣體中電荷幾乎都被束縛在原子范圍內(nèi)，不能自由移動(dòng)。（絕緣體中有電荷，只是電荷不能自由移動(dòng)）
金屬導(dǎo)體容易導(dǎo)電靠的是自由電子；酸堿鹽的水溶液容易導(dǎo)電靠的是正負(fù)離子。
導(dǎo)體和絕緣體之間并沒有絕對的界限，在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化。一定條件下，絕緣體也可變?yōu)閷?dǎo)體。
絕緣體不能導(dǎo)電但能帶電。
第二節(jié) 電流和電路
1、電流
電流的形成：電荷在導(dǎo)體中定向移動(dòng)形成電流。
電流的方向：把正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向。電流的方向與負(fù)電荷、電子的移動(dòng)方向相反。
在電源外部，電流的方向是從電源的正極流向負(fù)極；在電源內(nèi)部，電流的方向是從電源的負(fù)極流向正極。
3、 電路的構(gòu)成：電源、開關(guān)、用電器、導(dǎo)線。
電源：能夠提供電能的裝置，叫做電源。
干電池、蓄電池供電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
持續(xù)電流形成的條件：① 必須有電源； ② 電路必須閉合（通路）。（只有兩個(gè)條件都滿足時(shí)，才能有持續(xù)電流。）
開關(guān)：控制電路的通斷。
用電器：消耗電能，將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的裝置。
導(dǎo)線——傳導(dǎo)電流，輸送電能。
4、電路的三種狀態(tài)：
通路——接通的電路叫通路，此時(shí)電路中有電流通過，電路是閉合的。
開路（斷路）——斷開的電路叫斷路，此時(shí)電路不閉合，電路中無電流。
短路——不經(jīng)過用電器而直接用導(dǎo)線把電源正、負(fù)極連在一起，電路中會有很大的電流，可能把電源燒壞，或使導(dǎo)線的絕緣皮燃燒引起火災(zāi)，這是絕對不允許的。用電器兩端直接用導(dǎo)線連接起來的情況也屬于短路（此時(shí)電流將直接通過導(dǎo)線而不會通過用電器，用電器不會工作）。