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　　人们在长期的生活和生产中认识到，人类的生存和发展离不开能源．人们是多么渴望生产一种不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器－－永动机．下图所示的是一个永动机的设计方案：轮子中有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球．方案的设计者认为右边的球与左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大．这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动．但事实上并未实现不停息的转动．仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩小，但是球的个数多．于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在图中所画的位置上．

　　17～18世纪，永动机最为流行，人们曾提出各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水”，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的．18世纪末，不少科学家开始怀疑制造永动机的可能性．1775年，法国科学院决议不再受理永动机的设计方案．这些事实，使人们逐步悟出一个道理：永动机不可能实现是由于某一普遍定律的限制，而这条定律至今还没发现．因此，它启示人们不再为设计永动机而煞费苦心，转而致力于这一未发规定律的挖掘工作．

　　17～18世纪，经典力学中已蕴涵着机械能的转化和守恒的初步思想．伦福德等人对摩擦生热的研究，否定了热质说，提示了机械能与物体内能变化的关系．1800年发明了电池，不久又发现了电流的热效应、磁效应、化学效应及电磁感应，科学家们进一步展示出了自然界不同现象的相互联系、相互转化的图景．在其他方面，如生物学发现了动物的体温和进行机械活动的能量跟它摄取的食物的化学能有关．这一切，都为能量守恒发现做了必要的准备．19世纪40年代，不同国家的十几位科学家以不同的方式，各自独立地提出了能量守恒定律．人们认识到：能量既不会消灭，也不会凭空产生，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中能量的总量保持不变．能量守恒定律使永动机幻梦被彻底地打破．

　　在制造上面所说的第一类永动机的这一尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反能量守恒定律，而且既经济又方便．例如，这种可直接从海洋或大气中吸取热量使之转化为机械功．由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热可永不停息地运转做功，也是一种永动机．然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家开尔文于1851年提出一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响．看来永动机只是人们的美好愿望，永远也不可能实现．

(1)人类梦想制造的永动机有哪几类？为什么都没有实现？

(2)下图是两位发明家自制的永动机模型．你能否和其他同学讨论一下，它们能“永动”吗？

人教版第十六章  热和能 复习提纲  

　　一、分子热运动

 　　1．物质是由分子组成的。分子若看成球型，其直径以10^-10m来度量。

 　　2．一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。

 　　①扩散：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。

 　　②扩散现象说明：A、分子之间有间隙。B、分子在做不停的无规则的运动。

 　　③课本中的装置下面放二氧化氮这样做的目的是：防止二氧化氮扩散被误认为是重力作用的结果。实验现象：两瓶气体混合在一起颜色变得均匀，结论：气体分子在不停地运动。

 　　④固、液、气都可扩散，扩散速度与温度有关。

 　　⑤分子运动与物体运动要区分开：扩散、蒸发等是分子运动的结果，而飞扬的灰尘，液、气体对流是物体运动的结果。

 　　3．分子间有相互作用的引力和斥力。

 　　①当分子间的距离ｄ＝分子间平衡距离r，引力＝斥力。

 　　②ｄ＜ｒ时，引力＜斥力，斥力起主要作用，固体和液体很难被压缩是因为：分子之间的斥力起主要作用。

 　　③ｄ＞ｒ时，引力＞斥力，引力起主要作用。固体很难被拉断，钢笔写字，胶水粘东西都是因为分子之间引力起主要作用。

 　　④当ｄ＞10ｒ时，分子之间作用力十分微弱，可忽略不计。

 　　破镜不能重圆的原因是：镜块间的距离远大于分子之间的作用力的作用范围，镜子不能因分子间作用力而结合在一起。

 　　二、内能

 　　1．内能：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。

 　　2．物体在任何情况下都有内能：既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。

 　　3．影响物体内能大小的因素：①温度：在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大；②质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同；④存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。

 　　4．内能与机械能不同：

 　　机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关。

 　　内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。

 　　5．热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。

 　　温度越高扩散越快。温度越高，分子无规则运动的速度越大。

 　　三、内能的改变

 　　1．内能改变的外部表现：

 　　物体温度升高（降低）──物体内能增大（减小）。

 　　物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）──内能改变。

 　　反过来，不能说内能改变必然导致温度变化。（因为内能的变化有多种因素决定）

 　　2．改变内能的方法：做功和热传递。

 　　A、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是内能和其他形式的能的相互转化。

 　　③如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。（Ｗ＝△Ｅ）

 　　④解释事例：图15．2-5甲看到棉花燃烧起来了，这是因为活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花燃点使棉花燃烧。钻木取火：使木头相互摩擦，人对木头做功，使它的内能增加，温度升高，达到木头的燃点而燃烧。图15．2-5乙看到当塞子跳起来时，容器中出现了雾，这是因为瓶内空气推动瓶塞对瓶塞做功，内能减小，温度降低，使水蒸气液化凝成小水滴。

 　　B、热传递可以改变物体的内能。

 　　①热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。

 　　②热传递的条件是有温度差，传递方式是：传导、对流和辐射。热传递传递的是内能（热量），而不是温度。

 　　③热传递过程中，物体吸热，温度升高，内能增加；放热温度降低，内能减少。

 　　④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。热传递的实质是内能的转移。

 　　C、做功和热传递改变内能的区别：由于它们改变内能上产生的效果相同，所以说做功和热传递改变物体内能上是等效的。但做功和热传递改变内能的实质不同，前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。

 　　D、温度、热量、内能的区别：

 　 　　四、热量

 　　1．比热容：⑴定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃时吸收（放出）的热量。

 　　⑵物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。

 　　⑶比热容是物质的一种特性，大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。

 　　⑷水的比热容为4．2×10³J（kg·℃）表示：1kg的水温度升高（降低）1℃吸收（放出）的热量为4．2×10³J。

 　　⑸水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。

 　　2．计算公式：Ｑ_吸＝Ｃm（t－t₀），Ｑ_放＝Ｃm（t₀－t）。

 　3．热平衡方程：不计热损失Ｑ_吸＝Ｑ_放。

 　　五、内能的利用、热机

 　　（一）内能的获得──燃料的燃烧

 　　燃料燃烧：化学能转化为内能。

 　　（二）热值

 　　1．定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

 　　2．单位：J/kg。

 　　3．关于热值的理解：

 　　①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：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

 　　②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。

 　　3．公式：Q＝mq（q为热值）。

　　实际中，常利用Q_吸＝Q_放即cm（t-t₀）=ηqm′联合解题。

 　　4．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。

 　　5．火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。

 　　6．炉子的效率：

 　　①定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

 　　②公式：η=Q_有效/Q_总=cm（t-t₀）/qm′。

 　　（三）内能的利用

 　　1．内能的利用方式：

 　　⑴利用内能来加热；从能的角度看，这是内能的转移过程。

 　　⑵利用内能来做功；从能的角度看，这是内能转化为机械能。

 　　2．热机：定义：利用燃料的燃烧来做功的装置。

 　　能的转化：内能转化为机械能。

 　　蒸气机──内燃机──喷气式发动机。

 　　3．内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。

 　　4．内燃机大概的工作过程：内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

 　　5．热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

 　　公式：η=W_有用/Q_总=W_有用/qm。

　　提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失；机件间保持良好的润滑、减小摩擦。

 　　6．汽油机和柴油机的比较：

 　　六、能量守恒定律

 　　1．自然界存在着多种形式的能量。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。

 　　2．在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。

 　　3．在自然界中能量的转化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。

 　　4．能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，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。

 　　能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。

人教版第十六章  热和能 复习提纲  

　　一、分子热运动

 　　1．物质是由分子组成的。分子若看成球型，其直径以10^-10m来度量。

 　　2．一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。

 　　①扩散：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。

 　　②扩散现象说明：A、分子之间有间隙。B、分子在做不停的无规则的运动。

 　　③课本中的装置下面放二氧化氮这样做的目的是：防止二氧化氮扩散被误认为是重力作用的结果。实验现象：两瓶气体混合在一起颜色变得均匀，结论：气体分子在不停地运动。

 　　④固、液、气都可扩散，扩散速度与温度有关。

 　　⑤分子运动与物体运动要区分开：扩散、蒸发等是分子运动的结果，而飞扬的灰尘，液、气体对流是物体运动的结果。

 　　3．分子间有相互作用的引力和斥力。

 　　①当分子间的距离ｄ＝分子间平衡距离r，引力＝斥力。

 　　②ｄ＜ｒ时，引力＜斥力，斥力起主要作用，固体和液体很难被压缩是因为：分子之间的斥力起主要作用。

 　　③ｄ＞ｒ时，引力＞斥力，引力起主要作用。固体很难被拉断，钢笔写字，胶水粘东西都是因为分子之间引力起主要作用。

 　　④当ｄ＞10ｒ时，分子之间作用力十分微弱，可忽略不计。

 　　破镜不能重圆的原因是：镜块间的距离远大于分子之间的作用力的作用范围，镜子不能因分子间作用力而结合在一起。

 　　二、内能

 　　1．内能：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。

 　　2．物体在任何情况下都有内能：既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。

 　　3．影响物体内能大小的因素：①温度：在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大；②质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同；④存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。

 　　4．内能与机械能不同：

 　　机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关。

 　　内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。

 　　5．热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。

 　　温度越高扩散越快。温度越高，分子无规则运动的速度越大。

 　　三、内能的改变

 　　1．内能改变的外部表现：

 　　物体温度升高（降低）──物体内能增大（减小）。

 　　物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）──内能改变。

 　　反过来，不能说内能改变必然导致温度变化。（因为内能的变化有多种因素决定）

 　　2．改变内能的方法：做功和热传递。

 　　A、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是内能和其他形式的能的相互转化。

 　　③如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。（Ｗ＝△Ｅ）

 　　④解释事例：图15．2-5甲看到棉花燃烧起来了，这是因为活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花燃点使棉花燃烧。钻木取火：使木头相互摩擦，人对木头做功，使它的内能增加，温度升高，达到木头的燃点而燃烧。图15．2-5乙看到当塞子跳起来时，容器中出现了雾，这是因为瓶内空气推动瓶塞对瓶塞做功，内能减小，温度降低，使水蒸气液化凝成小水滴。

 　　B、热传递可以改变物体的内能。

 　　①热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。

 　　②热传递的条件是有温度差，传递方式是：传导、对流和辐射。热传递传递的是内能（热量），而不是温度。

 　　③热传递过程中，物体吸热，温度升高，内能增加；放热温度降低，内能减少。

 　　④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。热传递的实质是内能的转移。

 　　C、做功和热传递改变内能的区别：由于它们改变内能上产生的效果相同，所以说做功和热传递改变物体内能上是等效的。但做功和热传递改变内能的实质不同，前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。

 　　D、温度、热量、内能的区别：

 　 　　四、热量

 　　1．比热容：⑴定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃时吸收（放出）的热量。

 　　⑵物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。

 　　⑶比热容是物质的一种特性，大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。

 　　⑷水的比热容为4．2×10³J（kg·℃）表示：1kg的水温度升高（降低）1℃吸收（放出）的热量为4．2×10³J。

 　　⑸水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。

 　　2．计算公式：Ｑ_吸＝Ｃm（t－t₀），Ｑ_放＝Ｃm（t₀－t）。

 　3．热平衡方程：不计热损失Ｑ_吸＝Ｑ_放。

 　　五、内能的利用、热机

 　　（一）内能的获得──燃料的燃烧

 　　燃料燃烧：化学能转化为内能。

 　　（二）热值

 　　1．定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

 　　2．单位：J/kg。

 　　3．关于热值的理解：

 　　①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：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

 　　②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。

 　　3．公式：Q＝mq（q为热值）。

　　实际中，常利用Q_吸＝Q_放即cm（t-t₀）=ηqm′联合解题。

 　　4．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。

 　　5．火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。

 　　6．炉子的效率：

 　　①定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

 　　②公式：η=Q_有效/Q_总=cm（t-t₀）/qm′。

 　　（三）内能的利用

 　　1．内能的利用方式：

 　　⑴利用内能来加热；从能的角度看，这是内能的转移过程。

 　　⑵利用内能来做功；从能的角度看，这是内能转化为机械能。

 　　2．热机：定义：利用燃料的燃烧来做功的装置。

 　　能的转化：内能转化为机械能。

 　　蒸气机──内燃机──喷气式发动机。

 　　3．内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。

 　　4．内燃机大概的工作过程：内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

 　　5．热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

 　　公式：η=W_有用/Q_总=W_有用/qm。

　　提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失；机件间保持良好的润滑、减小摩擦。

 　　6．汽油机和柴油机的比较：

 　　六、能量守恒定律

 　　1．自然界存在着多种形式的能量。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。

 　　2．在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。

 　　3．在自然界中能量的转化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。

 　　4．能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，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。

 　　能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。