初三物理内能思维导图
《初三物理内能思维导图》
一、 内能的概念与性质
1.1 内能的定义
- 微观角度: 物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子间的势能的总和。
- 状态量: 内能是描述物体状态的一个物理量，与物体的温度、质量、体积、状态等因素有关。
1.2 内能的性质
- 一切物体皆有内能: 只要物体存在，其内部的分子就在不停地运动，因此物体就具有内能。
- 内能的大小:
- 温度: 温度越高，分子运动越剧烈，内能越大。
- 质量: 质量越大，分子数目越多，内能越大。
- 状态: 物质的状态（固态、液态、气态）不同，分子间的作用力不同，内能也不同。（一般情况下，同种物质气态内能>液态内能>固态内能）
1.3 内能与热力学温度
- 绝对零度: 理论上，温度降低到-273.15℃（0K）时，分子运动完全停止，内能为零（实际上不可能达到）。
- 热力学温度 (K): K = t + 273.15 (t为摄氏温度)
- 内能与温度的关系: 内能主要由分子动能决定，而分子动能又与热力学温度成正比。
二、 改变物体内能的方法
2.1 做功
- 定义: 通过外力对物体做功，改变物体的内能。
- 本质: 能量的转化。 机械能转化为内能 (克服摩擦做功，压缩气体做功等) 或者 内能转化为机械能 (气体对外做功，蒸汽机等)。
- 注意:
- 做功改变内能是能量转化的过程。
- 判断是否做功：力的方向和物体移动的方向是否一致。
2.2 热传递
- 定义: 由于物体间存在温度差，能量从高温物体传递到低温物体，或者从同一物体的高温部分传递到低温部分的过程。
- 本质: 能量的转移。
- 热传递的方式:
- 热传导: 在固体中，依靠分子间的碰撞传递热量。（金属的热传导效果好）
- 对流: 在液体和气体中，依靠流体的流动传递热量。（热胀冷缩是形成对流的原因）
- 热辐射: 以电磁波的形式传递热量。（不需要介质）
- 热平衡:
- 条件: 相互接触的物体间发生热传递。
- 结果: 最终各物体温度达到一致，不再发生热传递。
- 热平衡状态: 达到热平衡时，各物体的温度相等。
- 注意:
- 热传递改变内能是能量转移的过程。
- 热传递的条件是存在温度差。
2.3 做功与热传递的联系与区别
| 特征 |
做功 |
热传递 |
| 本质 |
能量的转化 |
能量的转移 |
| 条件 |
外力作用且物体有位移，或者改变物体体积 |
存在温度差 |
| 效果 |
改变物体的内能 |
改变物体的内能 |
| 过程 |
通常伴随机械运动 |
微观上是分子间的碰撞和电磁辐射 |
三、 热机
3.1 热机的定义
3.2 热机的工作原理
- 四个冲程:
- 吸气冲程: 进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动。
- 压缩冲程: 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，气体内能增加，温度升高，机械能转化为内能。
- 做功冲程: 进气门和排气门都关闭，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
- 排气冲程: 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动。
- 一个工作循环: 四个冲程组成一个工作循环。
- 能量转化: 化学能 -> 内能 -> 机械能
3.3 热机的效率
- 定义: 用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。
- 公式: η = (W_有用 / Q_燃料) × 100%
- 影响因素:
- 热机的设计和制造水平。
- 燃料的种类和燃烧程度。
- 摩擦等因素。
- 提高热机效率的途径:
- 提高燃烧效率，使燃料充分燃烧。
- 减少摩擦，提高机械效率。
- 减少废气带走的热量。
- 利用废气中的能量。
3.4 内燃机与汽油机、柴油机
| 特征 |
汽油机 |
柴油机 |
| 燃料 |
汽油 |
柴油 |
| 点火方式 |
火花塞点燃 |
压缩空气使柴油燃烧 |
| 压缩比 |
较低 |
较高 |
| 优点 |
体积小，质量轻，噪音小，价格低 |
功率大，效率高，经济性好 |
| 缺点 |
燃料费用高，易产生空气污染 |
体积大，噪音大，价格高 |
四、 能量守恒定律
4.1 能量守恒定律的内容
- 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
4.2 能量守恒定律的应用
- 解释各种物理现象。
- 定量计算能量转化和转移过程中的能量变化。
- 判断物理过程是否可行。
五、 拓展思考
5.1 可再生能源与不可再生能源
- 可再生能源: 可以从自然界源源不断地获取的能源，如太阳能、风能、水能、生物质能等。
- 不可再生能源: 一旦消耗就无法在短时间内再生的能源，如煤炭、石油、天然气等。
- 能源危机与可持续发展: 节约能源，开发利用新能源，保护环境，实现可持续发展。
5.2 热污染
- 热机运转过程中，部分能量以热的形式散失到环境中，造成环境温度升高，影响生态平衡。
- 减少热污染的措施：提高热机效率，利用余热等。
