🎯 学习目标：知道物质由分子、原子构成；能用分子动理论解释扩散现象；知道温度越高分子运动越剧烈；知道分子间同时存在引力和斥力。
1.1 物质由分子、原子构成微观世界
分子太小，看不见摸不着，但它引起的宏观现象（扩散、混合体积变小）我们能观察到。
物质的构成：常见的物质是由极其微小的粒子——分子、原子构成的。
分子很小：一般分子的直径大约只有 10⁻¹⁰ m（用 纳米 nm 量级度量），肉眼和普通光学显微镜都无法看到，要用电子显微镜才能观察到。
分子很小：一般分子的直径大约只有 10⁻¹⁰ m（用 纳米 nm 量级度量），肉眼和普通光学显微镜都无法看到，要用电子显微镜才能观察到。
| 数量级 | 事实 |
|---|---|
| 10⁻¹⁰ m | 一般分子的直径（约 0.1 nm 到 0.4 nm） |
| 10⁻²⁶ kg | 一般分子的质量数量级 |
| 10²¹ 个 | 1 cm³ 的空气中约含有 2.7×10¹⁹ 个分子；一滴水中约有 10²¹ 个水分子 |
| — | 把水分子放大到乒乓球大小，乒乓球要放大到地球那么大 |
💡 分子间有空隙：100 mL 水与 100 mL 酒精混合后总体积小于 200 mL，说明分子之间存在空隙。这个实验也常用"芝麻与绿豆混合"来类比。
✅ 分子看不见、摸不着，科学家是通过大量宏观现象间接推断其存在的：① 扩散现象（如墨水滴入清水）；② 不同液体混合后总体积变小；③ 布朗运动——悬浮在液体中的花粉颗粒被看不见的水分子不断撞击，做无规则运动（用显微镜才看得见）。这些现象共同支撑了"物质由分子构成"的结论。
1.2 扩散现象（动画演示）点击播放
点击"播放"：左边看墨水在水中散开，右边看金片与铅片压紧五年后互相渗入。
扩散现象：不同物质相互接触时，彼此进入对方的现象。
气体、液体、固体都能发生扩散。
气体、液体、固体都能发生扩散。
✅ 扩散现象说明：① 一切分子都在不停地做无规则运动；② 分子之间存在空隙。
💡 温度越高，扩散越快——这说明分子的无规则运动与温度有关，所以分子的无规则运动叫做分子热运动。
⚠️ 易错：扫地时飞扬的灰尘、水中悬浮的泥沙、飘动的烟雾都是宏观物体的机械运动，不是扩散，也不是分子运动。分子用肉眼看不见！
1.3 分子热运动 与 分子间的作用力点击探索
点击四个按钮切换场景：冷水/热水中的扩散、铅块吊重物（引力）、液体难压缩（斥力）。
点击上方按钮 👆 依次探索：温度对分子运动的影响、分子间的引力与斥力。
1.4 三态微观模型 与 分子动理论知识小结
固体
分子间距离很小、作用力很大；分子只能在各自平衡位置附近振动。→ 有一定的体积和形状
液体
分子间距离比固体稍大，作用力较大；分子可以在一定范围内运动。→ 有一定体积，无一定形状，具有流动性
气体
分子间距离很大（约为分子直径的 10 倍以上），作用力十分微弱、几乎为零；分子做高速无规则运动。→ 无一定体积和形状，容易被压缩，能充满整个容器
分子动理论要点
- 常见物质是由大量分子、原子构成的；
- 物质内的分子在不停地做热运动；
- 分子之间存在引力和斥力。
📝 为什么固体和液体能保持一定的体积，而气体却能充满整个容器？
固体、液体分子间距离小，分子间作用力大，分子被束缚在平衡位置附近，所以有一定的体积；气体分子间距离很大，作用力几乎为零，分子可以自由地向四面八方运动，所以气体没有一定的体积和形状，总是充满整个容器，而且容易被压缩。
下列现象中，能说明分子在不停地做无规则运动的是（ ）
柳絮、落叶、雪花都是宏观物体的机械运动，肉眼可见，不是分子运动；荷花的香味分子扩散到空气中被人闻到，属于扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动。
关于分子间的作用力，下列说法正确的是（ ）
分子间的引力和斥力总是同时存在。距离小于平衡距离时斥力起主要作用（难压缩）；距离大于平衡距离时引力起主要作用（难拉断）；距离很大（大于分子直径 10 倍）时作用力可忽略。
🎯 学习目标：知道内能的概念与单位；知道内能与温度等因素的关系；理解改变内能的两种方式——做功与热传递；知道热量是过程量。
2.1 内能是什么微观总能量
内能 = 所有分子热运动动能 + 所有分子势能，单位是焦耳（J）。
内能：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。
单位：焦耳，符号 J（与功、能量的单位相同）。
单位：焦耳，符号 J（与功、能量的单位相同）。
✅ 内能由两部分组成：① 分子热运动的动能——只与温度有关，温度越高分子运动越剧烈，动能越大；② 分子势能——由分子间的相对位置决定，即与分子间距离、物体的状态（固/液/气）和体积有关。
同一物体状态不变时分子势能基本不变，内能随温度单调变化；而冰熔化成水这类状态改变时，温度虽不变，分子势能却增大，所以内能增大。
同一物体状态不变时分子势能基本不变，内能随温度单调变化；而冰熔化成水这类状态改变时，温度虽不变，分子势能却增大，所以内能增大。
✅ 一切物体在任何温度下都具有内能——因为分子永不停息地做热运动，分子间又存在作用力。哪怕是 −50 ℃ 的冰块，也有内能。
| 影响因素 | 如何影响 | 举例 |
|---|---|---|
| 温度 | 同一物体，温度越高，内能越大（分子热运动越剧烈，分子动能越大） | 同一杯水加热后内能增大 |
| 质量 | 同种物质、同一温度下，质量越大，内能越大（分子数目越多） | 一桶 100 ℃ 的水比一杯 100 ℃ 的水内能大 |
| 状态 | 状态改变时分子势能改变，内能改变 | 0 ℃ 的冰熔化成 0 ℃ 的水，温度不变但内能增大 |
| 体积 | 体积改变时分子间距离改变，分子势能改变 | 压缩气体（外界做功）内能增大 |
内能 与 机械能
内能是分子层面的能量（微观），一切物体都有；机械能是物体整体的动能和势能（宏观），静止在地面的物体机械能可以为零。
内能永不为零，机械能可以为零。
内能 与 温度
温度升高→内能一定增大；内能增大→温度不一定升高（如晶体熔化、水沸腾）。"温度不变，内能可能改变"是常考点。
⚠️ 易错："0 ℃ 的物体没有内能"是错误的；"温度高的物体内能一定大"也是错误的——还要看质量、状态。例如 100 ℃ 的一滴水，内能就比 20 ℃ 的一大桶水小得多。
2.2 温度、质量对内能的影响（拖动演示）拖动滑块
拖动温度滑块看分子运动剧烈程度（箭头长短），拖动质量滑块看分子数目多少。
内能的大小与物体的温度、质量、状态、体积（材料）都有关。
相对内能（示意）
—
💡 这里的"相对内能"只是示意：温度越高分子动能越大，质量越大分子数目越多，两者都会使内能增大。真实内能还与物质种类和状态有关。
2.3 改变内能的方式一：做功（动画）点击播放
点击"播放"：左侧活塞下压点燃硝化棉；右侧加热使水蒸气把塞子顶飞。
做功改变内能：
外界对物体做功 → 物体内能增加（机械能→内能）；
物体对外界做功 → 物体内能减少（内能→机械能）。
外界对物体做功 → 物体内能增加（机械能→内能）；
物体对外界做功 → 物体内能减少（内能→机械能）。
✅ 实质：做功改变内能的实质是能量的转化。
💡 生活中的"做功生热"：钻木取火、搓手取暖、反复弯折铁丝弯折处发烫、下滑时臀部发热、流星与空气摩擦发光发热。
⚠️ 区分两个实验：压缩空气引火是外界对气体做功，气体内能增加、温度升高；水蒸气顶塞子是气体对外做功，气体内能减少、温度降低，所以管口会出现"白气"。
2.4 改变内能的方式二：热传递 与 热量转移 vs 转化
热传递：能量从温度高的物体传到温度低的物体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分的过程。
热传递发生的条件
存在温度差。温度相同时，热传递停止（达到热平衡）。
热传递的方向
从高温物体（部分）→ 低温物体（部分）。不是从内能多的传到内能少的！
热传递的结果
高温物体放出热量、内能减少、温度降低；低温物体吸收热量、内能增加、温度升高；最终两者温度相同。热传递的实质
内能的转移（不是转化）。做功是能量的转化，热传递是内能的转移。
热量 Q：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。单位：焦耳（J）。
⚠️ 热量是"过程量"！只能说物体"吸收了多少热量""放出了多少热量"，不能说物体"含有多少热量"或"具有多少热量"。而内能和温度是"状态量"，可以说"具有"。
| 比较项 | 做功 | 热传递 |
|---|---|---|
| 实质 | 能量的转化（其他形式能 ⇄ 内能） | 内能的转移（高温 → 低温） |
| 条件 | 有力且在力的方向上移动距离 | 存在温度差 |
| 量度 | 用功 W 量度 | 用热量 Q 量度 |
| 实例 | 钻木取火、搓手取暖、压缩空气引火、锯木头发热 | 烤火、暖气取暖、冷水冰镇西瓜、太阳晒热地面 |
| 效果 | 都能改变物体的内能，两者等效 | 都能改变物体的内能，两者等效 |
✅ 做功和热传递在改变物体内能上是等效的——仅凭物体内能的变化，无法判断它是通过做功还是热传递实现的。
关于内能，下列说法正确的是（ ）
A 错：一切物体在任何温度下都有内能；C 错：晶体熔化、水沸腾时吸热但温度不变；D 错：内能还与质量、状态有关，100 ℃ 的一滴水内能小于 20 ℃ 的一桶水；B 对：同一物体温度升高，分子热运动加剧，内能一定增大。
下列事例中，通过热传递改变物体内能的是（ ）
A、B、D 都是通过做功（克服摩擦做功、压缩做功）改变内能；C 中饮料与冰箱内低温环境存在温度差，饮料放出热量、内能减少、温度降低，属于热传递。
🎯 学习目标：了解探究"不同物质吸热能力"的实验；理解比热容的概念、单位和物理意义；知道水的比热容大及其应用；会用 Q=cmΔt 进行计算。
3.1 探究：比较不同物质的吸热能力控制变量 + 转换法
相同质量、升高相同温度 → 比加热时间；或加热相同时间 → 比升高的温度。
探究问题：不同物质，吸热的能力一样吗？
实验器材：相同规格的电加热器（或酒精灯）2 个、烧杯、温度计、天平、水、食用油、秒表。
实验器材：相同规格的电加热器（或酒精灯）2 个、烧杯、温度计、天平、水、食用油、秒表。
- 控制变量：取质量相同的水和食用油，用相同的加热器加热（相同时间吸收的热量相同）；
- 方案一（升高相同温度）：使它们升高相同的温度，比较加热时间的长短 —— 加热时间越长，吸收的热量越多；
- 方案二（加热相同时间）：加热相同的时间（吸收热量相同），比较升高的温度 —— 升温越少，吸热能力越强；
- 转换法：用加热时间的长短来间接表示物质吸收热量的多少。
| 物质 | 质量 m/g | 初温 t₀/℃ | 末温 t/℃ | 升高温度 Δt/℃ | 加热时间 / min | 结论 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 水 | 100 | 20 | 40 | 20 | 约 6.0 | 升高相同温度，水需要加热更久，水吸收的热量更多 |
| 食用油 | 100 | 20 | 40 | 20 | 约 3.0 | 油吸收的热量较少，吸热能力弱 |
✅ 实验结论：质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同；即不同物质的吸热能力不同。为了描述物质的这种特性，物理学引入了比热容。
💡 实验注意：① 必须用相同规格的加热器，才能保证相同时间放出热量相同；② 必须取质量相同（不是体积相同）的两种液体，要用天平称量；③ 温度计玻璃泡要全部浸没在液体中，且不碰容器底和壁；④ 用搅拌棒轻轻搅动，使液体受热均匀。
3.2 比热容 c 与它的物理意义物质的特性
比热容 c：一定质量的某种物质，在温度升高 1 ℃ 时吸收的热量，与它的质量和升高的温度的乘积之比，叫做这种物质的比热容。
通俗地说：1 kg 的某种物质，温度升高 1 ℃ 所吸收的热量。
通俗地说：1 kg 的某种物质，温度升高 1 ℃ 所吸收的热量。
定义式：c = Q / (m·Δt) 单位：焦每千克摄氏度，符号 J/(kg·℃)
✅ 比热容为什么这样定义？为了定量比较不同物质的吸热能力，物理学规定："1 kg 某种物质温度升高 1 ℃ 所吸收的热量"作为这种特性的量度，这就是比热容 c。它反映的是物质本身的属性，所以不随 m、Q、Δt 而变——就像密度 ρ=m/V 不随 m、V 变一样，c=Q/(mΔt) 也只是量度式，不是决定式。
⚠️ 比热容是物质的一种特性！它只与物质的种类和状态有关，与物体的质量 m、吸收（放出）的热量 Q、温度变化 Δt 以及物体的形状、位置都无关。
例如：一杯水倒掉一半，剩下水的比热容仍是 4.2×10³ J/(kg·℃)；但水结成冰后 c冰 = 2.1×10³ J/(kg·℃)，状态变了 c 就变了。
例如：一杯水倒掉一半，剩下水的比热容仍是 4.2×10³ J/(kg·℃)；但水结成冰后 c冰 = 2.1×10³ J/(kg·℃)，状态变了 c 就变了。
| 物质 | c / [J·(kg·℃)⁻¹] | 物质 | c / [J·(kg·℃)⁻¹] |
|---|---|---|---|
| 水 | 4.2×10³（最大，必记） | 冰 | 2.1×10³ |
| 煤油、冰 | 2.1×10³ | 铝 | 0.88×10³ |
| 水银 | 0.14×10³ | 铜 | 0.39×10³ |
| 沙石（干泥土） | 约 0.92×10³ | 铅 | 0.13×10³ |
💡 c水 = 4.2×10³ J/(kg·℃) 的物理意义：1 kg 的水，温度升高（或降低）1 ℃，吸收（或放出）的热量是 4.2×10³ J。
3.3 热量计算器 Q = cmΔt（拖动演示）实时计算
拖动三个滑块改变物质（c）、质量 m、温度变化 Δt，右边实时算出吸收（放出）的热量 Q。
吸热：Q吸 = cm(t − t₀) = cmΔt
放热：Q放 = cm(t₀ − t) = cmΔt
放热：Q放 = cm(t₀ − t) = cmΔt
—
比热容 c
—
吸收的热量 Q吸
—
合
—
💡 Δt 的写法：吸热时 Δt = t − t₀（末温减初温）；放热时 Δt = t₀ − t（初温减末温）。Δt 永远取正值，它是"升高了/降低了"多少℃，不是"升高到"多少℃。
3.4 水的比热容大 与 生活应用高频考点
水的比热容大的含义
与其他物质相比，质量相同、升高（降低）相同温度时，水吸收（放出）的热量最多；反过来说，吸收（放出）相同的热量时，水的温度变化最小。三类典型应用
- 作冷却剂 / 输送热量：汽车发动机用水冷却、暖气用水做介质；
- 调节气温：沿海地区昼夜温差、季节温差比内陆小；
- 生产生活：用热水袋取暖、北方冬天菜窖里放几桶水防冻。
| 现象 / 应用 | 原因（都因为 c水 大） |
|---|---|
| 汽车发动机用水作冷却剂 | 水的比热容大，质量相同、升高相同温度时能吸收更多的热量，冷却效果好 |
| 冬季供暖用热水做介质 | 水的比热容大，降低相同温度时能放出更多的热量，输送的热量多 |
| 沿海地区昼夜温差小、内陆（沙漠）温差大 | 水的比热容大：白天吸收同样热量温度升得少，夜间放热温度降得少；沙石比热容小，所以沙漠"早穿棉袄午穿纱" |
| 白天风从海吹向陆（海陆风） | 白天陆地升温快、气温高、空气上升，海面气温低，风由海吹向陆；夜间相反 |
| 夏天在教室洒水感到凉快 | 一方面水蒸发吸热，另一方面水的比热容大、吸热后温度升高不多 |
📝 例题：把质量 2 kg、初温 20 ℃ 的水加热到 70 ℃，需要吸收多少热量？[c水 = 4.2×10³ J/(kg·℃)]
已知：m = 2 kg，t₀ = 20 ℃，t = 70 ℃，c = 4.2×10³ J/(kg·℃)
求：Q吸
解：Δt = t − t₀ = 70 ℃ − 20 ℃ = 50 ℃
Q吸 = cmΔt = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 2 kg × 50 ℃ = 4.2×10⁵ J
求：Q吸
解：Δt = t − t₀ = 70 ℃ − 20 ℃ = 50 ℃
Q吸 = cmΔt = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 2 kg × 50 ℃ = 4.2×10⁵ J
你可以把上面计算器的滑块调到 水、m=2.0 kg、Δt=50 ℃ 来核对答案。
关于比热容，下列说法正确的是（ ）
比热容是物质的特性，只由物质的种类和状态决定，与 m、Q、Δt 以及形状位置都无关。所以 A、B、D 都错；倒掉一半水，比热容仍是 4.2×10³ J/(kg·℃)。
质量相同的水和沙石，吸收相同的热量后（不计热损失，c水 > c沙石），则（ ）
由 Δt = Q/(cm) 可知，Q 相同、m 相同时，c 越小，Δt 越大。c沙石 < c水，所以沙石升温更多。这正是海边沙子烫脚而海水却较凉的原因。