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中学物理热学知识点同步讲义

引言：走进热的世界

我们身处一个充满变化的世界，而“热”是这变化中最普遍也最引人深思的现象之一。从清晨阳光带来的温暖，到沸水腾起的蒸汽，从冰的消融到冬日的呵气成雾，热现象无处不在。物理学中的热学，正是研究这些与“热”相关的现象、规律及其应用的分支。它不仅帮助我们理解自然界的奥秘，也为人类改善生活、推动技术进步提供了坚实的理论基础。本讲义将与中学物理课程同步，引领同学们逐步揭开热现象的面纱，掌握其基本规律，并学会用科学的眼光看待周围的热现象。

一、温度：冷热的标尺

1.1温度的概念

在日常生活中，我们常用“冷”、“凉”、“温”、“热”、“烫”等来描述物体的冷热程度。但这种描述往往带有主观性，不够精确。物理学中，为了科学地衡量物体的冷热程度，引入了温度这一物理量。简单来说，温度是表示物体冷热程度的物理量。

从微观角度看，温度反映了物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度。分子运动越剧烈，物体的温度就越高；反之，温度就越低。这一点，我们将在后续内能的学习中进一步深化。

1.2温度计与温度的测量

要准确知道物体的温度，就需要使用测量工具——温度计。

*常用温度计的原理：实验室中常用的液体温度计（如水银温度计、酒精温度计）是根据液体热胀冷缩的规律制成的。当温度升高时，液体膨胀，液柱上升；温度降低时，液体收缩，液柱下降。

*温度计的使用方法：

1.观察量程与分度值：使用前，首先要观察温度计的量程（即它能测量的最高温度和最低温度），选择合适的温度计，避免被测温度超出其量程而损坏温度计。同时，要认清分度值（即一个小格代表的温度值），以便准确读数。

2.正确放置：测量液体温度时，温度计的玻璃泡要全部浸入被测液体中，不要碰到容器底或容器壁。待温度计示数稳定后再读数。

3.准确读数：读数时，温度计的玻璃泡要继续留在被测液体中，视线要与温度计中液柱的上表面相平。

1.3摄氏温标与热力学温标

温度的数值表示法叫做温标。

*摄氏温标：是我们日常生活和实验室中最常用的温标。其单位是摄氏度，符号为℃。摄氏温标的规定是：在一个标准大气压下，冰水混合物的温度规定为0℃，沸水的温度规定为100℃，在0℃和100℃之间分成100等份，每一等份就是1℃。

*热力学温标（绝对温标）：以宇宙中温度的下限——绝对零度（理论上分子停止运动时的温度）为起点的温标，叫做热力学温标。其单位是开尔文，简称开，符号为K。热力学温度（T）与摄氏温度（t）之间的换算关系为：T=t+273.15K。在中学阶段的计算中，通常取T=t+273K。绝对零度是-273.15℃，这是自然界中不可能达到的最低温度。

二、内能：物体内部的能量

2.1分子动理论的基本观点

要理解内能，我们首先需要了解物质的微观构成及分子的运动情况，这就涉及到分子动理论的基本观点：

1.物质是由大量分子组成的：分子是保持物质化学性质的最小微粒，分子非常小，通常以10^-10米为单位来量度。

2.分子在不停地做无规则运动：我们可以通过扩散现象（如墨水滴入水中会逐渐散开，花香会扩散到空气中）来间接认识到分子的这种运动。温度越高，分子的无规则运动越剧烈，因此分子的无规则运动也常被称为“热运动”。

3.分子之间存在着相互作用力：分子之间同时存在着引力和斥力。当分子间距离较小时，斥力起主要作用；当分子间距离较大时，引力起主要作用；当分子间距离非常大时，分子间的作用力可以忽略不计。

2.2内能的概念

构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。

*分子动能：由于分子在不停地做无规则运动而具有的能量。物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能就越大。

*分子势能：由于分子之间存在相互作用力，且分子间有一定的距离，因此分子具有势能。分子势能的大小与分子间的距离有关，即与物体的体积有关（对于气体，分子间距离较大，分子势能通常忽略不计）。

注意：

1.一切物体，不论温度高低，都具有内能。因为构成物体的分子在永不停息地做无规则运动，分子间也存在作用力，所以内能是物体的固有属性。

2.物体的内能与物体的质量、温度、状态（固、液、气）、体积等因素有关。例如，质量越大，分子数目越多，内能越大；温度越高，分子动能越大，内能越大；同种物质在不同状态下，分子间距离和作用力不同，内能也不同（如冰熔化成水，虽然温度不变，但内能增加）。

2.3改变物体内能的两种方式：做功和热传递

物体的内能是可以改变的。改变物体内能的方式有两种：做功和热传递。

*做功改变物体的内能：

*外界对物体做功，物体的内能增加。例如，摩擦生热（克服摩擦力做功）、压缩气体做功（如给自行车打气，气筒壁会发热）。

*物体对外