《初三物理热学思维导图》
一、温度与温度计
1.1 温度
- 定义： 物体的冷热程度。
- 单位：
- 摄氏度（℃）: 冰水混合物的温度为 0℃，标准大气压下沸水的温度为 100℃。
- 热力学温度（K）: T = t + 273.15 (t为摄氏温度)
- 物理意义：
- 温度越高，分子热运动越剧烈。
- 温度是分子平均动能的宏观体现。
1.2 温度计
- 原理： 利用液体的热胀冷缩性质。
- 常用温度计：
- 液体温度计（水银、酒精等）
- 金属温度计
- 半导体温度计（热敏电阻）
- 使用注意事项：
- 测量前，估计被测物体的温度，选择合适的温度计。
- 温度计的玻璃泡要全部浸入被测物体中。
- 玻璃泡要与被测物体充分接触，不能碰到容器底或壁。
- 读数时，视线要与温度计的液柱上表面相平。
- 读数时，温度计不能离开被测物体。
1.3 体温计
- 特点：
- 量程窄（35℃~42℃）
- 分度值小（0.1℃）
- 玻璃泡上方有缩口，使得液体不会自动回流。
- 使用方法：
- 使用前，甩动体温计，使水银回到玻璃泡中。
- 消毒。
- 测量时间：腋窝下约 5-10 分钟。
二、内能
2.1 内能
- 定义： 物体内部所有分子热运动动能和分子势能的总和。
- 影响因素：
- 温度：温度越高，分子热运动越剧烈，内能越大。
- 物体的质量和种类：质量越大，分子数目越多，内能越大。
- 物体的状态（固、液、气）：不同状态下，分子间作用力不同，分子势能不同。
- 改变内能的方式：
- 做功：
- 压缩气体做功，内能增大，温度升高。
- 气体对外做功，内能减小，温度降低。
- 热传递：
- 高温物体传递给低温物体热量，内能减小，温度降低。
- 低温物体吸收高温物体的热量，内能增大，温度升高。
- 做功：
- 内能与机械能的区别：
- 内能是物体内部的能量，与物体的宏观运动状态无关。
- 机械能是物体的动能和势能的总和，与物体的宏观运动状态有关。
2.2 比热容
- 定义： 单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。
- 符号： c
- 单位： 焦耳/（千克·摄氏度） [J/(kg·℃)]
- 物理意义： 表示不同物质吸热或放热能力的不同。比热容越大，表明该物质升高或降低相同温度时，吸收或放出的热量越多。
- 水的比热容： c_水 = 4.2×10^3 J/(kg·℃)，含义是：1kg 的水，温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量是 4.2×10^3 J。
- 应用：
- 用水作为冷却剂或取暖剂，因为水比热容大，吸收或放出相同热量时，温度变化较小。
- 解释沿海地区气温变化小于内陆地区。
三、热量
3.1 热量的计算
- 物体吸收热量： Q_吸 = cm(t - t_0)
- Q_吸：吸收的热量（J）
- c：物质的比热容 [J/(kg·℃)]
- m：物体的质量（kg）
- t：末温（℃）
- t_0：初温（℃）
- 物体放出热量： Q_放 = cm(t_0 - t)
- Q_放：放出的热量（J）
- c：物质的比热容 [J/(kg·℃)]
- m：物体的质量（kg）
- t_0：初温（℃）
- t：末温（℃）
3.2 热平衡方程
- 热传递过程中的能量守恒： Q_吸 = Q_放
- 条件：没有热量损失（理想状态）。
- 应用：混合物温度的计算。
四、热机
4.1 热机
- 定义： 将内能转化为机械能的装置。
- 工作原理： 燃料燃烧产生高温高压气体，推动活塞做功。
- 常见热机：
- 内燃机（汽油机、柴油机）
- 蒸汽机
- 燃气轮机
- 喷气发动机
- 内燃机的工作过程（以汽油机为例）：
- 吸气冲程：活塞向下运动，进气门打开，气缸内吸入空气和汽油的混合物。
- 压缩冲程：活塞向上运动，进气门和排气门都关闭，混合物被压缩，温度升高，内能增大。
- 做功冲程：火花塞点燃混合物，高温高压气体推动活塞向下运动，对外做功，内能转化为机械能。
- 排气冲程：活塞向上运动，排气门打开，废气排出气缸。
- 热机的效率： η = (W_有用 / Q_燃料) × 100%
- W_有用：有用功，指对外输出的机械能。
- Q_燃料：燃料完全燃烧释放的热量。
- 提高热机效率的途径：
- 使燃料充分燃烧。
- 减少摩擦。
- 提高进入热机的燃料的温度。
五、物态变化
5.1 六种基本物态变化
- 熔化： 固态 -> 液态 （吸热）
- 晶体：有固定的熔点。熔化过程中，不断吸热，温度不变。
- 非晶体：没有固定的熔点。熔化过程中，不断吸热，温度升高。
- 凝固： 液态 -> 固态 （放热）
- 晶体：有固定的凝固点。凝固过程中，不断放热，温度不变。
- 非晶体：没有固定的凝固点。凝固过程中，不断放热，温度降低。
- 汽化： 液态 -> 气态 （吸热）
- 蒸发：在任何温度下都能发生，只在液体表面进行，影响因素：温度、液体表面积、液体上方空气流动速度。
- 沸腾：在一定温度（沸点）下发生，在液体内部和表面同时进行。
- 液化： 气态 -> 液态 （放热）
- 降低温度：所有气体都能液化。
- 压缩体积：只适用于某些气体。
- 升华： 固态 -> 气态 （吸热）
- 特点：吸收热量，体积急剧膨胀。
- 凝华： 气态 -> 固态 （放热）
5.2 水的三态变化
- 水的沸点： 标准大气压下为 100℃，气压越高，沸点越高；气压越低，沸点越低。
- 水结冰的温度： 0℃。
- 水沸腾的条件： 达到沸点，并继续吸热。
- 冰雪融化、水沸腾的共同特点： 吸收热量，温度不变。
六、能量的转化与守恒
6.1 能量的转化
- 能量可以从一种形式转化为另一种形式。
- 常见的能量转化形式：
- 机械能 -> 内能（摩擦生热）
- 内能 -> 机械能（热机）
- 化学能 -> 内能（燃料燃烧）
- 电能 -> 光能（电灯发光）
- 电能 -> 热能（电热器）
6.2 能量守恒定律
- 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，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
- 意义： 能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的定律之一。