实验记录

表（ 1 ）

表（ 2 ）

实验结论 沸腾是在液体的内部和表面同时进行的剧烈的汽化现象。沸腾时继续加热，水的温度不变。

实验中测得的水的沸点是 100℃。

根据实验的观察可知，液体沸腾的条件是液体温度达到沸点并持续加热。

根据表（1）中的数据，在如下平面坐标内作出水的温度-时间图线， 分析一下沸腾前后的图线有什么不同？并与熔化图线作比较。

【液化】 物质从气态变成液态的现象，叫做液化。液化是汽化的相反过程。

所有气体在温度降到足够低的时候都可以液化，但不同物质的液化温度是不同的。气体的液化温度还跟压强有关，气体的压强越大，它的液化温度越高。用压缩体积的方法增大压强，可使气体在较高温度下液化。因此，使气体液化的常用方法是降低温度和压缩体积。

气体在液化时要放出热量。单位质量的某种物质，在沸点从气体变成同温度的液体时放出的热量，等于它在这一温度时的汽化热。不同物质的汽化热不同。如水在 100℃时的汽化热是 2.26×10⁵ 焦／千克，也就是 1 千克 100℃的水蒸气液化成 100℃的水时要放出 2.26×10⁵ 焦的热量。

用例一 根据液化的概念，判断物态变化过程。题 1 下列现象，各属于哪种物态变化。

1. 秋天早晨出现雾。这是 。

2. 冬天，戴眼镜的人从室外进入暖和的室内时，眼镜片上会模糊。这是 。

3. 在比较潮湿的天气里，打开冰箱门，会看到冰箱里有白色的雾。这是 。

以上现象的出现，都是液化的结果，都是空气中的水蒸气遇冷液化成小水珠而形成雾。若这些水珠凝聚在眼镜片上，则会使镜片模糊，但稍过一段时间，即使不擦镜片，镜片又会变清楚，因为雾状小水珠又汽化成水蒸气了。

用例二 根据物态变化知识，分析有关物理过程。题 2 分析下列过程中“白气”是如何出现的。

1. 烧开水时，会出现大量“白气”。

2. 夏天，棒冰的周围冒“白气”。

3. 冬天，人呼出“白气”。

烧开水至沸腾时，水剧烈汽化，产生大量水蒸气，水蒸气的温度与沸水温度相同，而周围气温远低于水蒸气温度，所以水蒸气遇冷就液化成小水珠，形成我们看见的“白气”。

夏天，气温较高，空气中含有大量水蒸气，水蒸气不能被我们看见， 但棒冰温度远低于气温，棒冰周围空气温度也较低，使棒冰周围空气中的水蒸气液化成小水珠，形成看得见的“白气”。

人呼出的气中含有二氧化碳及大量的水蒸气，它们的温度都跟人的体温相等。冬天，气温低，人呼出的水蒸气遇冷就液化成小水珠，形成“白气”。

用例三 根据气体液化时要放热的原理，解释有关现象。

题 3 被 100℃的水蒸气烫伤比被 100℃的水烫伤要严重，为什么？ 当人体接触到 100℃的水时，由于水与人体间的温度差，水迅速降温

同时把热量传给人体，使人被烫伤。当人体接触到 100℃的水蒸气时，水蒸气先液化成同温度的水，然后再降温。水蒸气在液化及降温过程中放出的热量比水在降温过程中放出的热量多得多，这些热量对人体的伤害也就厉害得多。

题 4 在图 2－10 所示装置中，会发生哪些物态变化，容器 B 中的水温怎样改变？

在对 A 容器加热的过程中，其中水温不断升高，产生的水蒸气不断增多，直至 A 中的水沸腾，产生大量水蒸气，这些水蒸气通过管子通入 B 容器的水中，水蒸气遇冷液化成同温度的水，同时放出热量，然后水温再下降，直至与 B 容器中水的温度相等。B 容器中，由于不断有水蒸气液化， 使容器中的水量不断增多，同时由于水蒸气液化时不断放热，使水的温度不断升高，直至沸点。

这种输送热量的方法，被广泛用于生产和生活中。实际情况中，A 相当于锅炉，产生高温水蒸气，B 相当于用户，吸收水蒸气液化和降温时放出的热量，用于生产或生活。

用例四 根据气体液化时温度与压强的关系，解释有关现象。

题 5 液化石油气是在常温下用 的方法，使它成为液体储存在钢罐里的。使用石油液化汽时，是用 方法使它汽化的。

石油气的沸点较低，它在常温下都是以气态存在，而液化后体积将大大缩小，为便于运输、使用，需要使石油气液化。由于气体的液化温度随压强的增大而升高，所以可以用加压的方法使石油气在常温下液化，储存在钢罐里，使用时用减压方法使它汽化。

氧气也可在常温下用加压的方法，使它成为液态氧储存在钢瓶里，供生产上、医院里、宇航中使用。

【升华和凝华】 物质由固态直接变成气态的过程叫做升华；从气态直接变成固态的过程叫做凝华。

物质在升华过程中要吸收热量，在凝华过程中要放出热量。

用例一 判断升华或凝华过程。

题 1 下列物质中，属于由水蒸气凝华的产物是： （ ） A.露 B.霜 C.雾 D.冰

判断过程可分三步进行：（1）分析变化前的物态；（2）分析变化后的物态；（3）确定物态变化的种类。

凝华是物质由气态直接变成固态的过程。选项中，露和雾都是液体， 故不符合题意，霜和冰都是固态，但冰是由液态的水凝固而成的，只有霜才是空气中的水蒸气凝华而成的。本题答案应为 B。

用例二 运用升华和凝华知识，解释有关物理现象。

题 2 冬天，房间窗玻璃上会出现一层冰花，试解释它们是怎样形成的。

房间内空气中含有水蒸气，水蒸气是无色的气态物质，肉眼看不见。冬天，因为室外寒冷，窗玻璃的温度也很低，室内的水蒸气接触到窗玻璃时，温度急剧下降，就直接凝华成固态的冰，在玻璃上出现一层冰花。

题 3 在一只烧杯中放入少量碘，盖上玻璃，在酒精灯上微微加热， 可以看到烧杯中呈现紫色。停止加热后，烧杯内的紫色渐渐消失，在烧杯壁上可看到一些小颗粒。请解释这一现象。

当放有碘的烧杯在火上微微加热时，杯中的碘颗粒受热升华，变成碘蒸气。我们看到的紫色就是碘蒸气所呈现的颜色。在停止加热后，碘蒸气又立即凝华成固态碘，成为小颗粒附着在烧杯的壁上。

题 4 白炽灯泡用久了，灯泡壁会发黑，这是什么原因？

白炽灯工作时，灯丝由于通电而发热发光，由于灯丝温度很高，制成灯丝的钨发生了升华现象，形成了钨蒸气，待温度降低时，钨的气体会凝华成固态的钨附着在灯泡壁上，使灯泡壁发黑。

【分子运动论】 分子运动论是描述分子运动的最基本的理论。分子运动论的基本内容是：物质是由分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子之间有相互作用的引力和斥力。

分子是保持物质化学性质的最小微粒。如果把分子看作球体，它的直径的数量级为 10^-10 米。

人们在研究中发现，不同物质在互相接触时，会彼此进入对方，这种现象叫做扩散。气态、液态和固态物质都可以发生扩散现象。扩散现象可以证实一切物体里的分子都在不停地做无规则的运动，且温度越高，分子运动越剧烈。

分子间的相互作用是：当分子处于平衡位置（分子间距为 r0）时，分子间的引力和斥力相平衡。

当分子间距 r＜r0 时，斥力＞引力，分子间的作用表现为斥力。

当分子间距 r＞r0 时，引力＞斥力，分子间的作用表现为引力。

分子间的作用随着分子间的距离的增大而减小，当分子间距 r>>r0 时，分子间的相互作用可忽略。

各种物质的由于分子间结构不同，就表现出气、液、固三种不同形态，

因而具有不同的性质。

气体分子间距离比较大，可认为气体分子除了相互碰撞或跟容器壁碰撞外是不受力的作用的；气体分子在没有跟别的分子或容器壁碰撞时做匀速直线运动。

固体分子间距离很小，相互间的作用力很大，绝大多数分子只能在各自的平衡位置附近做无规则的振动。

液体分子间结构介于气体和固体之间，但比较接近固体。液体分子间的作用力比固体小，分子排列没有规则，分子既可在平衡位置附近做无规则振动也可移动。

运用分子运动论的有关知识，可以从微观角度理解和解释一些宏观现象。

用例一 根据有关数据，估算物体中所含分子的多少。

题 1 水分子的质量是 29.92×10^-27 千克，请估算 1 厘米 ³ 水中的分子个数。

1 厘米 ³ 的水的质量是 1 克，即 1×10^-3 千克，可算得其中分子数：

1×10千克⁻³

n = 29.29×10^-27 千克

= 3.3×10²² （个）。

题 2 在标准状况下（1 标准大气压、0℃），22.4 升的气体里含有 6.023

×10²³ 个气体分子，那么 1 厘米 ³ 的气体里含有 个气体分子。因为 22.4 升气体里含有 6.023×10²³ 个分子。

22.4 升=22.4×10³ 厘米 ³，故 1 厘米 ³ 气体中所含分子数

6.023×10²³

n = 22.4×10³

= 2.69×10¹⁹ （个）。

用例二 判断有关现象是否是扩散现象。

题 3 下列现象中，不属于扩散现象的是： （ ） A.室内扫地时，在阳光下看见灰尘在空中飞舞

1. 把一匙糖倒入开水中，过些时候整杯水都甜了

2. 樟脑丸放在箱子里，过一段时间箱子里充满了樟脑味D.医院里充满酒精味

上述四种情况，只有 A 不属于扩散现象，因为分子是肉眼看不见的， 灰尘是小的固体颗粒而不是分子，所以灰尘的飞舞不是扩散现象。

用例三 用分子运动论解释有关现象。

题 4 一滴红墨水滴在清水中，会使整杯水变红，这是由于 （ ） A.水有流动性

B.分子永不停息地做无规则运动的结果C.分子间有相互作用的引力

D.分子间有相互作用的斥力

本题所述现象是由于分子无规则运动的结果，故答案应选 B。

题 5 上题中，若红墨水滴入一杯热水中，则杯中水变红的过程较快， 这是由于 。

分子的无规则运动也叫分子热运动，温度越高，分子运动越剧烈，扩散现象也越明显。

题 6 液体蒸发的实质是 （ ） A．液体分子在液体间移动

B．液体分子中速度较大的分子克服液面其它分子的吸引而跑到液面外的空间

C．液体分子间的斥力将一些分子推斥到液体外面去D．液体分子被液面上的气体分子吸引出液面

本题答案应为 B．因为液体蒸发的过程，实质是分子从液体中逸出液

面成为气体分子的过程。分子在逸出过程中要克服其他液体分子对它的引力作功，因此只有动能较大的分子才能克服液面其它分子的吸引而跑到液面外的空间。

题 7 以下实验现象及其分析中，错误的是： （ ） A.在墙角堆煤后，发现墙面沾上煤屑，这证明了分子的无规则运动B.把酒精和水混合后，总体积减小，说明分子间有空隙

C.两块表面干净平滑的铅块压紧后，下面的一块能吊起一个重物， 说明分子间有引力

D.固体和液体很难压缩，说明它们的分子间存在着斥力

本题答案为 A．因题中说煤屑是在墙面上的，并未进入墙面内，这不是扩散现象，因而不能证明分子的无规则运动。

【物体的内能】 物体内部大量分子做无规则运动，因此分子具有动能；分子间又有相互作用力，因此分子具有势能。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。

在国际单位制中，内能的单位是焦耳。

正如机械能与物体的机械运动情况有关一样，内能与物体内部分子的热运动和分子间相互作用情况有关。内能是不同于机械能的另一种形式的能，一个物体的机械能可以为零，一切物体的内能都不可能为零。

一个物体的内能跟温度有关，温度越高，分子无规则运动越剧烈，物体的内能就越大。一个物体的温度升高时，它的内能就增加；温度降低时， 它的内能便减少。在对物体内能的研究中，有意义的是物体内能的改变而不是物体内能的绝对值。

用例 根据内能的概念，判断物体内能的变化情况。题 1 以下过程中，物体的内能是增加还是减少？

1. 烧红的铁块在冷却过程中，内能 。

2. 一壶水放在炉子上烧，这一过程中，水的内能 。

3. 锯条锯木头，在这一过程中锯条的内能 。

4. 反复弯折一根铁丝，铁丝的内能 。

一切物体都具有内能，温度升高时，物体的内能就增大，温度降低时， 物体的内能就减小。本题所述的各过程中除（1）中物体温度降低外，其余过程中物体温度都升高，所以（1）中应填“减少”，其余的填“增大”。

题 2 下列各例中，物体的内能发生改变的是： （ ） A.小铁球沿光滑斜面滚下

B.冰块在冰冻的湖面上滑动C.书放在桌面上不动

D.在砂石上磨刀

因为物体的内能跟温度有关，所以可以判断 D 中物体的内能发生了改变，因为磨刀过程中刀要发热升温，其余 3 种情况，可认为物体的温度都没有改变，因而内能也没有改变。

题 3 下列说法中，正确的是： （ ） A.温度高的物体的内能一定比温度低的物体的内能大

B.体积大的物体的内能一定比体积小的物体的内能大C.质量相等的物体的内能一定相等

D.一个物体在温度升高时，内能一定增大

物体的内能的大小与物体的质量、温度及物体的体积等因素有关，因此在 A、B、C 三种说法中，只根据其中一个因素来判断内能的大小是不对的，因此本题中只有 D 是正确的。

改变物体内能的两种方式一切物体都具有内能，一个物体所具有的内能是可以改变的。当物体的温度升高时，它内部大量分子无规则运动加剧， 分子的平均动能增大，物体的内能增大。若分子由于相互作用而具有的势能增大时，物体的内能也会增大。

通过做功和热传递两种方法可以改变物体的内能。

外界对物体做功，物体的内能就增大；物体对外界做功，它的内能就减少。如压缩气体时，外界对气体做功，气体的内能增大，温度升高。气体膨胀时，气体对外界做功，气体的内能减少，温度降低。若无热传递过程，通过做功的多少可以度量物体内能的改变。

在热传递过程中物体吸收热量，内能增大，温度升高；物体放出热量， 内能减少，温度降低。若无做功过程，通过物体吸收或放出热量的多少可以度量物体内能的改变。

从能的转化角度看，通过做功改变物体的内能的实质是其它形式的能与内能的转化；通过热传递改变物体的内能实质是能量从高温物体向低温物体转移。

改变物体的内能的两种方法，也为我们提供了利用内能的两种途径： 利用内能的转移来加热物体和利用内能的改变来做功，如热机。

用例一 根据内能的概念，判断有关问题。

题 1 一个物体的温度升高了，这个物体 （ ） A.一定是吸收了热量

B.体积一定增大

C.内部分子的平均动能增加D.内能可能不变

由于物体的温度越高，它内部分子的无规则运动越剧烈，分子的平均动能越大，物体的内能也越大。因此本题答案应选 C。

题 2 关于物体的内能，下列说法中不正确的是： （ ） A．一切物体都具有内能

B．物体间的内能可以发生转移C．0℃的物体的内能为零 D．其它形式的能可以转化为内能

物体的内能是物体内部分子无规则运动的动能和相互作用的势能的总和，分子的无规则运动的剧烈程度跟温度有关，但分子的无规则运动是永不停息的，即使温度达到 0℃，分子的动能并不为零，物体的内能也不为零，所以选项 C 的说法不正确。

用例二 根据改变物体内能的方法，分析有关现象。

题 3 下列现象中，属于通过热传递改变物体内能的是： （ ） A．用钢锯锯铁棒，铁棒和锯条都变热 B．在烈日照射下，湖水变热

C．用气筒打气，气筒壁变热 D．使用中的用电器功率越大，保险丝越容易发热

答案 A 中锯条和铁棒变热是由于在锯铁棒过程中克服摩擦力做功而增

加内能的结果。B 中湖水变热是太阳热辐射的结果，是热传递改变物体的内能。C 是由于外界对气体做功，转变成气体内能。D 中保险丝发热是由于电流通过保险丝时电流做功，是电能转化成内能的结果。本题答案应为 B。

题 4 把打气筒的排气口封闭，推动活塞压缩气筒内的空气时，下列判断正确的是： （ ）

1. 气体的质量变小 B．气体的热量减少C．气体的压强变小 D．气体的内能增大

据题意，打气筒的排气口封闭，活塞把一定质量的空气封闭在气筒内， 当推动活塞压缩空气时，筒内气体的质量不变，气体的体积缩小，压缩气体的过程中外界对气体做功，气体的内能增大，因此 D 是正确的。这个过程中，因空气质量不变，温度升高，因此热量增多，所以 B 也不正确。

题 5 不断搅拌冰水混合物，则 （ ） A．冰水混合物的温度升高

1. 冰的温度会升高C．水的温度会下降

D．冰会熔化，但冰水混合物的温度不变

在搅拌冰水混合物的过程中，外界对冰水混合物做功，使混合物的内能增加。因冰水混合物的温度恰是冰的熔点，因此，这时冰会熔化成同温度的水，所以冰水混合物的温度不变，直至冰全部熔化。本题应选 D。

题 6 把一个薄壁金属管固定在支座上，管里装一些乙醚，然后用塞于塞紧。用一根绳子绕在管子上并迅速来回拉动绳子，过一会儿塞子被冲开。试分析整个过程中，内能变化情况。

在来回拉动绳子的过程中，外力克服摩擦做功，金属管内能增加、温度升高。由于热传递，金属管放热、管内乙醚吸热，乙醚温度升高。由于乙醚的沸点较低，管内乙醚沸腾，并产生大量蒸气。当蒸气压强增大到一定程度时，就把塞子冲开，乙醚蒸气对塞子做功后，内能减少。

题 7 在一只大口厚壁玻璃瓶中，加一些水，并将塞子塞紧。通过穿过瓶塞的管子对瓶内打气，到一定时候可以看到瓶塞跳起，瓶内出现白色的雾，并很快消失。试分析这一现象发生过程中内能变化情况。

对瓶内打气时，外界对气体做功，使气体的内能增加，气体温度升高， 瓶内气体压强增大。当瓶内气体压强增大到一定程度时，气体把瓶塞冲开， 气体对瓶塞做功，气体内能减小，温度很快降低。瓶内的水蒸发形成的水蒸气遇冷而液化成小水珠，出现白色的雾。由于小水珠液化放热，使瓶内气体温度回升，雾状小水珠又汽化成水蒸气，故瓶内白色的雾很快又消失了。

【热量】 在热传递过程中，物体吸收或放出能量的多少叫热量，用符号 Q 表示．

高温物体放出热量，温度降低，放出的热量越多，内能减少得越多； 低温物体吸收热量，它的内能就增加，吸收的热量越多，内能增加得越多。因此，传递热量的多少，可以表示物体内能改变的多少。

热量的单位跟能量的单位相同，在国际单位制中，热量单位是焦，实用单位为卡或千卡。1 克水温度升高或降低 1℃吸收或放出的热量是 1 卡， 因卡是一个很小的热量单位，所以常用的单位是千卡，它们之间的关系是：

1 千卡=1000 卡，1 卡=4.2 焦。

各种情况下的热量计算：

1. 在物体温度改变时，吸收或放出热量 Q 满足如下关系： Q＝cm△t。

c 表示物质的比热，单位是焦/（千克·℃），m 表示物体的质量，单位是千克，热量 Q 的单位为焦耳，△t 表示物体温度的改变，单位是度。若用 t0 表示物体的初温，t 表示物体的末温。在升温时，△t=t-t0，

在降温时，△t=t0-t。

1. 在燃料燃烧时，放出的热量的计算：

Q=qm.

q 为燃料的燃烧值，单位是焦/千克，m 为燃料的质量，单位是千克， 热量 Q 的单位是焦。

从能量转化的角度看，燃料燃烧放热是燃料的化学能转化成内能。3.在物态变化过程中，吸收或放出的热量的计算：

在熔化时，物体由固态变成同温度的液体时吸收的热量：

Q=λm. λ为这种物质的熔化热，单位为焦/千克，m 为熔化的物体的质量，单

位为千克，热量 Q 的单位为焦。

物体在凝固过程中放出的热量跟它在熔化过程中吸收的热量相等。

物体在熔化过程中，温度不变，分子平均动能不变，但分子势能增加， 因而内能增加。凝固时放热，内能减少。从能量转化的角度看，熔化和凝固过程，是内能在物体间转移的过程。

液体在汽化成同温度的气体时，吸收的热量：

Q＝Lm

L 为汽化热，单位为焦/千克，m 为汽化的物体的质量，单位为千克， 热量 Q 的单位为焦。

气体液化成同温度的液体时放出的热量等于它在汽化时吸收的热量。液体在汽化时吸热，内能增加，同时气体膨胀，对外界做功。液化过

程相反。

用例一 根据热量概念，辨析有关问题。

题 1 关于温度和热量，下列说法中正确的是： （ ） A.物体的温度越高，含有的热量越多

B.吸收热量多的物体的温度一定比吸热少的物体的温度高C.温度为 0℃的物体所含的热量为零

D.温度只表示物体的冷热程度，与热量的多少无关

根据热量的概念可知，热量是在热传递过程中，吸收或放出的能量的多少，它与做功、温度变化或物态变化相联系。而温度是表示物体的冷热程度，是与物体某一状态相联系的，与物体含有的热量的多少无关。故 A、C 是错的。物体吸热后的温度的高低，不仅跟吸热多少有关，还跟物体质量、物体的初温及组成物体的物质的比热有关，故 B 也不正确。本题答案应为 D。

题 2 下列说法中的“热”，各表示什么意义？ (l)今天真热。(2)冰吸热熔化。(3)摩擦生热。

“热”是在日常生活中经常用到的字，辨析它所表示的意义，有利于加深理解有关的物理概念。

(l)“今天真热”中的热，是说今天的气温高，仅指物体的冷热程度。(2)“冰吸热熔化”是指冰在熔化过程中要吸收热量，这里的热是指热

量。

1. “摩擦生热”是说克服摩擦做功可使物体的内能增加，这里的热是指物体的内能。

温度、热量和内能都与分子热运动有关，它们之间有一定的联系，但含义却不同。

用例二 根据公式 Q=cm△t，计算物体在温度变化过程中吸收或放出的热量。

题 3 铁的比热是 4.6×10² 焦/（千克·℃），把质量为 2 千克的铁块从 20℃加热到 120℃，需要吸收多少热量？

根据热量计算公式 Q=cm△t，把题中各量代入，可算得铁块共需吸收热量 9.2×10⁴ 焦。

用例三 根据公式 Q=qm，计算燃料燃烧时放出的热量。题 4 完全燃烧 5 千克汽油，可以放出多少热量？

查燃烧值表，可知汽油的燃烧值为 4.6×10⁷ 焦/千克，代入公式 Q=qm， 可算出汽油燃烧放出的热量是 2.3×10⁸ 焦。

用例四 根据需要的热量，计算燃料的质量。

题 5 加热一箱水需要热量 1.0×10⁷ 焦，若用煤燃烧来提供（设煤的燃

烧值是 3.2×10⁷ 焦/千克），需要完全燃烧多少煤？

Q

根据公式Q = qm，得m = q 。

代入数据可得 m=0.31 千克。

实际情况需要完全燃烧煤的质量比计算结果多，原因是煤未完全燃烧和放出的热量未全部被水吸收。

用例五 根据已知的热量、物质的比热、温度的变化计算物体质量。题 6 使 20 克冰的温度从-10℃升高到 0℃，但未熔化成水，需要多少

热量？如果这些热量由温度从 5℃降低到 0℃的水来供给，需要多少 5℃的水？

根据公式 Q=cm△t，代入各已知量，注意冰的比热为 2.1×10³ 焦/（千克·℃），可算得需要热量 Q=4.2×10² 焦。

再根据热量计算公式变型得m =

= 0.02千克 = 20克。

Q

c∆t

，可算得所需5℃的水的质量m

即将 20 克 5℃的水与 20 克-10℃的冰混合在一起，它们最后的温度恰

为 0℃，且冰也未熔化，水也没有凝固，冰水混合物中的冰的质量仍为 20 克。

用例六 计算两个以上物体同时升温时，吸收的热量。

题 7 质量为 500 克的铁锅中放有 3 千克水，把它们从 15℃加热到 90

℃需要多少热量？

因为铁锅与水同时升温，所需热量 Q 为： Q＝c1m1△+c2m2△t=（c1m1+c2m2）△t，

统一各量单位后，代入数据，可得：Q=9.6×10⁵ 焦。

本题计算也可根据热量计算式 Q=cm△t，分别算出： 铁锅吸收的热量，Q1=1.725×10⁴ 焦，

水吸收的热量，Q2=9.45×10⁵ 焦，

再求出它们吸收的总热量，Q=Q1＋Q2=9.6×10⁵ 焦。

用例七 根据热量计算式及热传递条件，解决有关问题。

题 8 质量和初温相同的铜块和铁块，吸收相等的热量后，将它们互相接触，那么， （ ）

A.铜块与铁块间不发生热传递B.铜块放热，铁块吸热

C.铜块吸热，铁块放热D.不能确定热传递情况

根据题意，铜块和铁块虽然质量相等，初温相同，但比热不等，铜的比热小于铁的比热，它们吸收相等的热量后，温度变化并不等，由△t= Q

cm

可知铜升高的温度比铁的大，即吸热后铜的末温高于铁的末温。根据热传递的条件，当两物体间存在温度差时，高温物体放热、低温物体吸热，因此，本题中铜块与铁块相接触时，铜块放热，铁块吸热，答案为 B。

【比热】 单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容，简称比热。国际单位制中，比热的单位是焦/（千克·℃）。

比热是物质的一种特性。每种物质都有自己的比热，它不随物体质量、温度及吸、放热等的不同而改变。

水的比热是 4.2×10³ 焦/（千克·℃），其物理意义是：质量为 1 千

克的水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为 4.2×10³ 焦。与其它常见的物质相比，水的比热最大，因此常用水作冷却剂或用水来调节温度。

根据物质的比热，我们可以计算由该物质组成的物体在温度升高时所吸收的热量：

Q 吸=cm（t-t0）。

在温度降低时放出的热量： Q 放=cm（t0-t）。

上两式中，c 为物质的比热，m 为物体的质量，t0 表示物体的初温，t 表示物体的末温。若把以上两种情况下的温度变化用△t 表示，那么物体在温度变化时，吸收或放出的热量可表示为 Q=cm△t。

应用以上三个计算式计算时，各量都应采用国际单位制单位，尤其注意比热单位的写法要正确。

物质的比热可以通过实验来测定，常用的方法为混合法。如要测定某种固体的比热，可先测出待测物体的质量及初温，水的质量及初温，再把待测物与水混合，让它们之间发生热传递，最后达到热平衡状态（即两个物体的温度相等）。测出它们混合后的共同温度，根据高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，建立热平衡方程，可计算出物质的比热。测定过程中，应尽量减少热量的损失，以减小比热测定的误差。

用例一 根据比热的定义，理解比热的物理意义。

题 1 查表知铁的比热是 4.6×10² 焦/（千克·℃），它表示的意义是

。若把一块铁放入同质量同温度的水中一起加热至某一温度，在这个过程中吸热较多的是 。

铁的比热是 4.6×10² 焦/（千克·℃），表示质量是 1 千克的铁温度升高 1℃时吸收的热量是 4.6×10² 焦。比较铁与水的比热，可知水的比热较大，题中铁与水的质量相等、温度变化也相同，那么比热越大，它吸收的热量越多。因此，水吸收的热量比铁多。

题 2 质量相等的水与铁块，吸收相等的热量后，温度变化较大的是 。

根据比热的定义可知，质量相等的不同物质，温度升高 1℃所吸收的热量是不相等的，比热越大，所需热量越多。反之，比热不同的物质，吸收相等热量后，温度变化是不相等的，比热越大，温度变化越小。因此本题的答案是铁的温度变化较大，因为铁的比热比水小。

用例二 有关物质比热的计算.

题 3 质量为 100 克的金属块，温度由 20℃升高到 100℃，共吸收了3.12×10³ 焦的热量，这种金属的比热是多少？

根据热量的计算式 Q 吸=cm（t-t0），

Q

变形得c = m(t − t ) ，

代入数据，得 c=3.9×10² 焦/（千克·℃）。

题 4 质量为 50 千克的水，温度由 10℃升高到 700℃，需吸收多少热量？

根据公式 Q 吸=Cm（t-t0），

其中：c=4.2×10³ 焦/（千克·℃），m=50 千克，t=70℃， t0＝10℃，

将数据代入公式得：Q=1.26×10⁷ 焦。

*题 5 把质量是 100 克的铁球放入火炉里烧一定时间，然后取出立即投入温度为 15℃的水中，混合后的共同温度是 59℃，水的质量是 200 克， 铁的比热为 4.6×10² 焦/（千克·℃），那么火炉里的温度是多少？

当铁球烧一定时间后，铁球的温度即为火炉里的温度。把烧热的铁球投入水中后，最终达到热平衡状态，根据热平衡方程：Q 吸=Q 放，得：

c1m1（t-t01）＝c2m2(t02-t）。代入数据得：

4.2×10³ 焦/（千克·℃）×0.2 千克×（59-15）℃=4.6×10² 焦/（千克·℃）×0.1 千克×（t-59）℃。

解得 t=859℃。

本题应用混合法测定物体的温度，是一种间接测温法。应用该法可以测定用温度计无法直接测量的温度，这种方法在生产实践中具有广泛的应用。

用例三 用混合法测定物质的比热。

*题 6 把质量为 100 克的铜块放在沸水里加热到 100℃，然后把它投进质量为 88 克、温度为 15℃的水中，测出它们的混合后的温度是 23℃， 求铜的比热。

用混合法测比热是比热测定的最常见的方法。在铜块投入水中后，铜块放热降温，水吸热升温，直至铜块与水的温度相等。在热传递过程中， 铜块放出的热量与水吸收的热量相等，据此可以列式：

水吸收的热量 Q 吸=c1m1（t-t01）代入数据可算出Q 吸=2956.8 焦。

铜块放出的热量 Q 放=c2m2（t02-t），

变形为c2 =

Q放

m2 (to 2

• t )

，根据Q放 = Q吸，

代入数据可得 c2=3.8×10² 焦／（千克·℃）。

本题还可以根据热平衡方程直接求解，即：在两种物质混合过程中， 当温度相等时，水吸收的热量等于铜块放出的热量，即：Q 吸=Q 放，

c1m1（t - t 01） = c2 m2 （t 02 - t），

c = c1 m1 （t - t 01 ） 。

m 2 （t 02 - t）

将数据代入上式可求得铜的比热 c2。

在用实验测定比热时，为减少误差，应尽可能避免热量的散失，为此目的设计的量热器可较好地达到上述目的。

*题 7 取 100 克煤油，测得它的温度是 20℃。把 80 克的铁块加热到

100℃后投进此煤油里，测出混合后的温度是 31.5℃，铁的比热是 4.6×10²焦/（千克·℃），求煤油的比热。

本题与题 6 不同的是，题 6 是利用已知比热的水（液体）来测定固体的比热，本题则是利用已知比热的固体来测液体的比热，但所用的方法是相同的。本题中铁块放出的热量等于煤油吸收的热量，据此可列出热平衡方程，代入数据求出煤油的比热。

用例四 根据物质比热的大小的不同，在实际应用中，选择合适的物质。

题 8 汽车、拖拉机的发动机，常用水作冷却剂，以保证发动机长时间正常工作。为什么要选水作冷却剂？

水是最常见的一种液体，在地球上储量丰富、获取容易，同时，水的比热最大，用水作冷却剂，它在升高相同温度时，比同质量的其它物质吸收的热量多，因而冷却效果好。

我国自行设计制造的双水内冷汽轮发电机组和双氢内冷汽轮发电机组，分别采用了水和氢作冷却剂，并设法让水和氢进入发电机的线圈内， 带走发电机工作时产生的大量热量，保证发电机在大功率下正常工作。水和氢都是比热较大的物质，它们作冷却剂，较其它物质冷却效果好。

【比热表】 比热是反应物质热学性质的一个重要物理量。

科学家们通过实验，测定了各种物质的比热，分固体、液体和气体三类，按比热值的大小，顺序排列组成的表叫比热表。

一、常见固体的比热

续上表

二、常见液体的比热

注：以上所列数值是温度在 0 ℃～ 100 ℃之间测得的。

由比热表可知，每种物质都有一定的比热。但是一种物质的比热可随温度的不同而不同。如铁在 18℃时，比热是 4.6×10² 焦/（千克·℃）， 当温度是 100℃时，比热是 5.0×10² 焦/（千克·℃）；水在 0℃时比热是4.239×10³ 焦/（千克·℃），当温度是 100℃时，比热是 4.224×10³ 焦/

（千克·℃）。同一种物质的比热还可随状态的不同而不同。如水和冰的化学成分是相同的，但水是液态，水的比热是 4.2×10³ 焦/（千克·℃），

冰是固态，冰的比热是 2.1×10³ 焦/（千克·℃）。

从比热表中还可知，在常见的各类物质中，水的比热最大，为 4.2×

10³ 焦/（千克·℃）。

气体的比热跟它在温度变化时的体积变化和压强变化情况有关，在各种气体中，氢的比热比其它气体的比热要大得多。

【燃烧值】 1 千克某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的燃烧值。燃烧值的公式是：q= Q ，其中 q 为燃料的燃烧值，m 为这种燃料

m

的质量，Q 为这种燃料完全燃烧时放出的热量。当热量的单位用焦耳，质量的单位用千克时，燃烧值的单位为“焦/千克”。常用的几种燃料的燃烧值可从下表中查到。

常用燃料的燃烧值表（焦／千克）

实际上，燃料很难做到完全燃烧，因此燃料燃烧时放出的热量往往少于根据燃烧值计算出来的热量。

用例一 通过燃料的燃烧值可计算一定质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量。

题 1 质量为 0.5 千克的汽油完全燃烧时，能放出多少热量？

根据燃烧值公式 q= Q ，得 Q=mq。从燃烧值表中查出汽油的燃烧值为

m

4.6×10⁷ 焦/千克。将已知条件代入公式即可得热量 Q=2.3×10⁷ 焦。

用例二 根据实际需要的热量，可通过燃烧值公式计算出燃料的质

量.

题 2 把 2 千克水从 20℃加热到沸腾，需要完全燃烧多少克酒精（不

考虑热量损失）？

题目中明确的告诉我们两个条件，其一：酒精是完全燃烧的；其二： 没有热量损失，即酒精放出的热量全部被水吸收，

Q 吸=Q 放。

Q 吸=c 水 m 水（t-t0）

=4.2×10³ 焦/（千克·℃）×2 千克×100℃-20℃）

=6.72×10⁵ 焦.

从燃烧值表中查出 q 酒精=3.0×10⁷ 焦/千克，因为

q = Q ，则m = Q ，即m = Q 放 = Q 吸 ，

m q 酒精

q 酒精

q 酒精

将有关数据代入，得 m 酒精=0.0224 千克=22.4 克。

【热机】 热机是利用燃料燃烧放出的内能转化为机械能的机器。现代热机种类繁多，有蒸汽机、汽油机、柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机、燃气喷气发动机和火箭喷气发动机等。它们的构造和工作原理各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是将燃料燃烧时放出的内能转化为机械能。

汽油机 汽油机常被用在汽车、飞机、摩托车和小型农业机械上。它的基本构造包括：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气门、排气门、火

花塞等。

汽油机是在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气，使燃气推动活塞而做功的。它的工作过程分为四个冲程。

1. 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭；活塞由上止点向下止点运动， 将汽油和空气的混合物吸入气缸。

2. 压缩冲程：进气门和排气门关闭；活塞由下止点向上止点运动，压缩气缸内的混合物，压强增大，温度升高。此时气缸内压强可达 6×10⁵～ 1.5×10⁶ 帕，温度可达 250～300℃左右。

3. 做功冲程：火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温、高压燃气；此时温度可达 2000～2500℃，压强可达 3×10⁶～5×10⁶ 帕，燃气推动活塞向下止点运动，对外做功。

4. 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上止点运动，排出废气。

汽油机开始运转时，要靠外力先使装有飞轮的曲轴转动起来，带动活塞运动，完成吸气、压缩冲程后，才能工作。在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，内能转化成机械能，其余三个冲程，主要是依靠飞轮的惯性来带动曲轴完成的。

在汽油机的一个工作循环中，活塞共来回运动两次，曲轴转动两周。

柴油机 柴油机比汽油机经济，但较笨重，主要用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、载重汽车上。

柴油机的基本构造跟汽油机相似，但是没有火花塞，而有喷油嘴。 柴油机的工作过程与汽油机一样，也由吸气、压缩、做功、排气四个

冲程完成。但柴油机与汽油机工作不同之处是：1.在吸气冲程中，柴油机吸入气缸里的是空气。2.在压缩冲程中，柴油机压缩的是空气，压缩冲程结束时压强达 3.5×10⁶～4.5×10⁶ 帕，温度升高到 500～700℃。 3.柴油机在压缩冲程末，由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油，雾状柴油遇到远远超过它燃点的热空气立即燃烧，燃气温度可达 1700～2000℃，压强可达 5× 10⁶～1×10⁷ 帕。

在汽油机、柴油机工作时，由于排出的废气温度还很高，要带走一部分能量；热机的一些部件（如活塞、曲轴等）在运动时要克服摩擦做功； 热机温度升高，也要向周围散失一些热量。因此热机的效率不高，汽油机的效率一般是 20％～30％，柴油机的效率一般是 28％～40％。

火箭喷气发动机 现代火箭的速度快、功率大，按照所用燃料的不同，可分为固体燃料火箭和液体燃料火箭，它们的发动机也不相同，其中液体燃料火箭是由氧化剂箱、燃料箱、输送燃料装置、燃烧室和尾部喷管组成。

输送燃料装置按时按量地把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃后产生高温高压燃气（温度可达 3700℃），随后继续进入燃烧室的燃料无需点燃，一进入燃烧室即可自行燃烧。燃烧产生的高温高压气体以很高的速度从喷管喷出，使火箭前进。

火箭喷气发动机由于自带燃料和氧化剂，因此不需要从外界空气中吸取氧气，所以火箭可以在真空里飞行。

目前，火箭已成为发射卫星和进行宇宙航行的工具，我国设计制造的长征系列运载火箭，不仅为我国，还为外国发射人造卫星。

用例一 关于热机冲程的理解。

题 1 图 2-11 为四冲程内燃机工作过程中阀门与活塞的位置关系图， 如图中箭头指向表示活塞运动方向，则下列答案中，符合四个冲程内燃机的工作循环顺序的是 （ ）

A.甲、乙、丙、丁 B.乙、甲、丁、丙

C.乙、丁、甲、丙 D.丙、甲、丁、乙

内燃机四个冲程顺序为：吸气、压缩、做功、排气。其中吸气冲程的特点是：活塞向下运动，进气门打开，如图 2-11 中乙所示；压缩冲程特点

为：活塞向上运动，进气门、排气门均关闭，如图 2-11 中丁所示；做功冲

程特点为：活塞向下运动，如图 2-11 中甲所示；排气冲程特点是：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，如图 2-11 中丙所示。故本题应选 C。

题 2 汽油机工作的四个冲程中，把内能转变为机械能的是

（ ）

A.吸气冲程 B.压缩冲程

C.做功冲程 D.排气冲程

汽油机工作的四个冲程中只有做功冲程是由内能转化为机械能，其余三个冲程都是由做功冲程释放的能量来维持工作的，故本题应选 C。

题 3 柴油机每分转速 2400 转，由此可知柴油机每秒做功

（ ）

A.40 次 B.30 次 C.20 次 D.10 次

柴油机飞轮每旋转 2 周完成一个工作循环，而每一个工作循环做功 1 次。柴油机每秒转数为：

n = 2400转 = 40转 / 秒。

60秒

每秒做功次数N = n = 40 =`20（次），故本题应选C。

2 2

用例二 关于热机效率的理解。

题 4 如果甲热机的效率比乙热机的效率高，则可以说： （ ） A.甲热机的功率比乙热机的大

B.在单位时间内甲热机耗用的燃料比乙热机的少C.甲热机的转速比乙热机的大

D.甲热机燃气产生的内能转变为机械能的百分比比乙热机的大

热机是将燃料燃烧产生的内能转变成机械能的一种机械。热机的效率是指这种机械将燃气（即燃料）燃烧产生的内能转化成机械能的百分比。它与热机功率大小、耗用的燃料多少、转速高低无关，因而本题应选 D。

用例三 有关热机的计算。

题 5 现有一台单缸四冲程柴油机，其曲轴转速为 360 转/分，活塞直径为 30 厘米，活塞行程 L 为 400 毫米，做功冲程中燃气的平均压强 p 为 5

×10⁵ 帕。该柴油机的功率是多少瓦？

柴油机是靠燃气燃烧产生较大的压强推动活塞做功的，由压强的概念可知，作用在活塞上的作用力：

₅  0.3 2

F = pS = 5×10

×π× 2 

= 35325（牛）。

柴油机每次做功 W 满足： W=FL=35325×0.4=14130（焦）。

柴油机转速为 360 转/分，则每秒转 6 转，即每秒做功 3 次，由此可计算出柴油机的功率：

P=14130×3=42390（瓦）。

题 6 下表为东风—195 型柴油机的部分技术规格一览表。

试计算这种柴油机的机械效率，并验证燃气平均压强值（燃油燃烧值为 42840 焦/克）。

由燃油消耗率可知，每小时这种柴油机消耗燃油质量最多为： m=195×12=2340（克）；

这些燃油燃烧产生的热量为：

Q=qm=42840 焦/克×2340 克=10.02×10⁷ 焦。

将马力换算为瓦，则柴油机一小时做功 W 满足： W=Pt=735×12×3600=3.18×10⁷（焦）。

柴油机效率η为：

W 3.18 × 10⁷

η = Q = 10.02 × 107 ≈31.7% 。

柴油机每冲程做功 W1 可由表中平均压强 p 计算可得：

W1 = pSL

= 6.5×10⁴

×3.14  95

× 10

−3 2

×ll5×10^-3

 2 

= 53（焦）。

柴油机曲轴转速 2000 转/分，即每分钟做 1000 次功，则柴油机每分钟做功为 53 焦×1000=5.3×10⁴ 焦。

由表中数据可知，12 马力柴油机一分钟做功：735×12×60 焦=5.3× 10⁴（焦）。

由此可见表中提供的燃气平均压强数值经验证完全正确。