第十三章 内能 · 第十四章 内能的利用
这是一份按“知识重构”思路整理的复习提纲。不按课本顺序死记，而是抓住一条主线：分子动理论 → 内能 → 改变内能 → 利用内能把零散知识点串成一个整体，理解会更轻松。
一、先建立总逻辑
这一章最核心的逻辑链是：
物质由分子组成 → 分子永不停息地做无规则运动 → 分子之间有相互作用力 → 分子具有动能和势能 → 所有分子的动能和势能总和叫内能 → 内能可以改变 → 改变方式有热传递和做功 → 热机利用内能做功 → 热机效率
抓住这条线，下面每个知识点都不是孤立的。
二、分子动理论与分子动能、分子势能
1. 分子动理论的基本内容
分子动理论包括三点：
物质是由大量分子、原子构成的。
分子在永不停息地做无规则运动。
分子之间存在着相互作用的引力和斥力。
这三条不是并列背一背，而是有因果关系的：
因为分子在运动，所以分子具有分子动能；
因为分子之间有相互作用力，所以分子之间具有分子势能；
因为分子既有动能又有势能，所以物体内部所有分子的动能和势能总和，就是内能。
2. 分子动能
分子动能是指分子由于无规则运动而具有的能。
温度越高，分子无规则运动越剧烈；
分子平均动能越大；
所以：温度是分子平均动能的标志。
注意：温度反映的是“大量分子”的平均动能，不是某一个分子的动能。
3. 分子势能
分子势能是指分子之间由于相互作用力而具有的能。
分子间有引力和斥力；
分子间距离变化时，分子势能会变化；
例如：物体发生物态变化时，分子间距离和排列方式改变，分子势能通常也改变。
4. 内能
内能是物体内部所有分子的动能和势能的总和。
所以：
内能 = 分子总动能 + 分子总势能
影响内能的因素：
温度：温度升高，分子平均动能增大，内能通常增大；
质量：同种物质，温度相同，质量越大，分子数目越多，内能越大；
状态：同种物质，温度相同，状态不同，分子势能不同，内能可能不同；
体积、分子间距离等也会影响分子势能。
关键结论：
一切物体，不论温度高低，都具有内能。
因为分子永不停息地运动，所以内能不可能为零。
三、温度、热量、内能之间的关系
这三个概念最容易混，必须分清。
1. 温度
温度表示物体的冷热程度。
从分子动理论看：
温度是分子平均动能的标志。
温度越高，分子平均动能越大。
温度是“状态量”，可以说“物体的温度是多少”。
2. 内能
内能是物体内部所有分子动能和势能的总和。
内能也是“状态量”，可以说“物体具有多少内能”。
3. 热量
热量是热传递过程中传递能量的多少。
热量是“过程量”，只能说：
吸收热量；
放出热量；
传递热量。
不能说：
物体含有多少热量；
物体的热量是多少。
4. 三者关系
（1）温度与内能
同一物体，温度升高，内能通常增大；
但内能增大，温度不一定升高。例如晶体熔化时，吸热内能增大，但温度不变。
温度相同，内能不一定相同。例如一杯水和一桶水温度相同，但内能不同。
（2）热量与内能
物体吸收热量，内能通常增大；
物体放出热量，内能通常减小；
但内能改变不一定通过热传递，还可以通过做功。
吸收热量，内能不一定增大。例如晶体熔化时吸热，内能增大，温度不变；但若同时对外做功，内能也可能变化不大。
（3）温度与热量
温度变化可以反映热传递的方向；
但温度高的物体不一定放出热量多；
热量多少还与质量、比热容、温度变化有关。
一句话总结：
温度是分子平均动能的标志；内能是物体内所有分子动能和势能的总和；热量是热传递过程中转移的能量。
四、比热容
1. 定义
单位质量的某种物质，温度升高或降低 1℃ 时，吸收或放出的热量，叫做这种物质的比热容。
符号：c
单位：J/(kg·℃)
2. 物理意义
比热容反映物质吸热或放热本领的大小。
例如：
水的比热容：c水 = 4.2×10³ J/(kg·℃)
表示：1 kg 水温度升高 1℃ 吸收的热量是 4.2×10³ J。
3. 比热容是物质的特性
同种物质，比热容一般相同；
不同物质，比热容一般不同；
比热容与物质种类、状态有关；
与质量、温度、吸放热多少无关。
例如：水和冰是同一物质的不同状态，比热容不同。
4. 实验：比较不同物质的吸热能力
实验方法：控制变量法
要比较水和煤油的吸热能力，应控制：
水和煤油的质量相同；
使用相同的热源；
加热时间相同，表示吸收热量相同；
比较温度升高的多少。
或者：
升高相同的温度；
比较加热时间长短。
结论：
质量相同、吸收热量相同时，温度升高小的物质吸热能力强；
质量相同、升高温度相同时，加热时间长的物质吸热能力强。
这里用到的科学方法：
控制变量法；
转换法：用加热时间反映吸收热量多少。
5. 水的比热容大的应用
暖气用水作介质；
汽车发动机用水冷却；
沿海地区昼夜温差小；
水田在早春灌水防冻。
五、热量计算
1. 基本公式
物体温度升高时吸收热量：
Q吸 = c × m × Δt = c × m × (t - t0)
物体温度降低时放出热量：
Q放 = c × m × Δt = c × m × (t0 - t)
其中：
Q：热量，单位 J；
c：比热容，单位 J/(kg·℃)；
m：质量，单位 kg；
t0：初温；
t：末温；
Δt：温度变化量。
2. 注意
温度升高：Δt = t - t0
温度降低：Δt = t0 - t
不能写成 Q = c × m × t，必须用温度变化量。
热传递过程中，若不计热量损失：
Q吸 = Q放
3. 热平衡方程
两个物体发生热传递，最终温度相同，若不计热损失：
Q吸 = Q放
即：
c1 × m1 × (t - t1) = c2 × m2 × (t2 - t)
这类题常用于求混合后的末温、比热容或质量。
六、热传递
1. 定义
热传递是热量从高温物体传到低温物体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分的过程。
2. 条件
存在温度差。
温度差是发生热传递的必要条件。
3. 方向
热量总是从高温物体传给低温物体；
或者从同一物体的高温部分传给低温部分。
不能说“从内能大的物体传给内能小的物体”。
4. 实质
热传递的实质是内能的转移。
能量从高温物体转移到低温物体，传递的是热量，不是温度。
5. 结果
高温物体放出热量，内能减小，温度通常降低；
低温物体吸收热量，内能增大，温度通常升高；
最终达到温度相同，即热平衡。
6. 注意
热传递传递的是热量，不是温度；
热传递中，物体内能改变，但不一定温度改变，例如晶体熔化；
热传递可以发生在接触物体之间，也可以通过辐射进行。
七、做功改变内能
1. 两种改变内能的方式
改变内能有两种方式：
热传递；
做功。
两者在改变内能上是等效的。
2. 做功改变内能的实质
对物体做功，物体的内能增大；
物体对外做功，物体的内能减小。
实质是：内能与其他形式能的相互转化。
例如：
摩擦生热：机械能转化为内能；
压缩气体做功：机械能转化为内能；
气体膨胀对外做功：内能转化为机械能。
3. 经典实验
实验一：压缩空气引火仪
迅速压下活塞，压缩筒内空气；
空气被压缩，内能增大，温度升高；
达到硝化棉的着火点，硝化棉燃烧。
结论：对物体做功，物体内能增大。
实验二：瓶内空气膨胀做功
向瓶内打气，瓶内气压增大；
瓶塞跳起时，瓶内空气对外做功；
空气内能减小，温度降低；
瓶内水蒸气液化成小水滴，出现白雾。
结论：物体对外做功，内能减小。
4. 与热传递的区别
热传递的实质是内能转移，能量从高温物体转移到低温物体。
做功的实质是内能与其他形式能的转化，例如机械能与内能之间的转化。
八、热机的效率
1. 热机
热机是利用内能做功的机械。
常见热机：
蒸汽机；
内燃机：汽油机、柴油机；
汽轮机；
喷气发动机。
2. 内燃机的工作循环
四冲程内燃机：
吸气冲程；
压缩冲程；
做功冲程；
排气冲程。
其中：
压缩冲程：机械能转化为内能；
做功冲程：内能转化为机械能。
3. 热值
燃料完全燃烧放出的热量：
Q放 = m × q
或气体燃料：
Q放 = V × q
其中：
m：质量；
V：体积；
q：热值。
热值是燃料的一种特性，与燃料种类有关，与质量、燃烧是否完全无关。
4. 热机效率
热机效率：
η = W有用 ÷ Q总 × 100%
其中：
W有用：热机对外做的有用功；
Q总：燃料完全燃烧放出的热量。
对于热机：
η = W有用 ÷ (m × q) × 100%
5. 提高热机效率的途径
使燃料充分燃烧；
减少各种热量损失；
减小摩擦；
改进热机结构；
利用废气余热。
6. 注意
热机效率总小于 100%；
因为总有能量损失：废气带走热量、散热损失、摩擦损失等；
热机效率不是功率，效率高不代表做功快。
九、知识重构总结
可以把整章压缩成下面这条逻辑链：
分子动理论：物质由分子组成，分子永不停息地运动，分子间有引力和斥力。
分子动能和分子势能：分子运动 → 分子动能；分子间作用力 → 分子势能。
内能：所有分子动能和势能的总和。
温度：分子平均动能的标志。
热量：热传递过程中传递能量的多少。
改变内能：热传递和做功。
热传递：条件是有温度差，方向高温→低温，实质是内能转移。
做功：对物体做功内能增大，物体对外做功内能减小。
比热容：物质吸热放热本领的特性，实验用控制变量法。
热量计算：Q = c × m × Δt。
热机：利用内能做功，效率 η = W有用 ÷ Q总。
最终一句话：
分子动理论解释了内能的微观本质；热传递和做功是改变内能的两种方式；比热容和热量计算描述内能变化的数量关系；热机则把内能转化为机械能，但效率不可能达到 100%。
温馨提示
如果你正在复习这一章，建议不要只背结论，而是沿着下面这条线自己讲一遍：
分子 → 分子动能和势能 → 内能 → 温度与热量 → 热传递与做功 → 比热容与热量计算 → 热机效率
能讲顺这条线，这一章就真正学透了。
