物理内能 思维导图
中心主题：内能
一级分支 1：定义与本质
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1 定义
- 物体内部所有分子热运动的 动能 和分子 势能 的总和。
- 内部、所有分子、动能、势能、总和。
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2 本质
- 微观层面：是物体内部分子无规则运动的宏观体现。
- 宏观层面：是构成物体的大量分子的集体能量。
- 与机械能的区别：
- 内能：取决于物体的 内部状态（温度、体积、物态）。
- 机械能：取决于物体的 整体运动状态（速度、高度）和 形变。
- 一个物体可以具有内能也可以没有机械能（如静止在地面上的冰块），但任何物体都具有内能（分子永不停息地运动）。
一级分支 2：影响内能的因素
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1 温度
- 影响分子动能：温度越高，分子平均动能越大。
- 主要因素：对大多数物质而言，温度是影响内能的 最主要因素。
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2 物质种类
- 不同物质的分子结构不同,分子间作用力不同，因此分子势能也不同。
- 同质量、同温度的水和水蒸气，水蒸气的内能更大（分子间距大，势能大）。
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3 物态
- 固态：分子排列紧密，势能较低。
- 液态：分子间距较大，势能较高。
- 气态：分子间距极大，势能最高。
- 物态变化：吸/放热，内能会变，但 温度可能不变（如熔化、沸腾）。
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4 质量
质量越大,物体内部分子数量越多，内能的总和就越大。
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5 体积
- 体积变化影响分子间距,从而影响分子势能。
- 对气体影响显著（压缩气体，体积减小，势能减小，内能可能增加）。
一级分支 3：改变内能的两种方式
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1 做功
- 定义：通过力对物体作用来改变其内能。
- 本质：其他形式的能与内能的 相互转化。
- 两种情况：
- 对物体做功 (W > 0)：物体内能 增加。
- 实例：压缩气体、钻木取火、弯折铁丝生热。
- 物体对外做功 (W < 0)：物体内能 减少。
- 实例：气体膨胀做功（如热机冲程）、向空中打气筒打气筒壁会发热（做功为主），但气体对外做功时温度会降低（如喷雾剂喷出时变冷）。
- 对物体做功 (W > 0)：物体内能 增加。
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2 热传递
- 定义：由于温度差，内能从高温物体转移到低温物体的过程。
- 本质：内能的 转移。
- 条件：存在温度差。
- 三种方式：
- 传导：沿物体内部或直接接触的物体间传递（如金属棒传热）。
- 对流：依靠流体（液体、气体）的流动来传递（如水的沸腾）。
- 辐射：以电磁波形式直接传递，不需要介质（如太阳传热）。
- 结果：高温物体内能减少，低温物体内能增加，直至温度相等（热平衡）。
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3 做功与热传递的等效性
- 在改变物体内能方面,做功和热传递是 等效的。
- 区别：做功是能量的 转化，热传递是能量的 转移。
一级分支 4：热量
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1 定义
- 在热传递过程中,转移内能的多少。
- 单位：焦耳。
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2 关键点
- 热量是一个 过程量，不是状态量，只能说“吸收”或“放出”热量，不能说“含有”热量。
- 热量的计算公式：
- 吸热公式：
Q_吸 = cmΔt(c: 比热容, m: 质量, Δt: 升高的温度) - 放热公式：
Q_放 = cmΔt(Δt: 降低的温度)
- 吸热公式：
- 比热容：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，是物质的一种属性。
一级分支 5：内能与其他能量的转化
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1 能量守恒定律
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失，它只能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，在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
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2 转化实例
- 内能 → 机械能：热机（如汽油机、蒸汽机）。
- 机械能 → 内能：摩擦生热、压缩气体。
- 化学能 → 内能：燃料燃烧（如烧煤、烧气）。
- 电能 → 内能：电热器（如电暖器、电饭煲）。
- 内能 → 电能：热电偶、热机发电。
一级分支 6：应用与实例
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1 热机
- 将内能转化为机械能的机器。
- 过程：燃料燃烧（化学能→内能）→ 高温高压气体膨胀做功（内能→机械能）。
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2 制冷设备
- 利用物态变化（如汽化、液化）来吸收热量，使温度降低。
- 本质：通过做功（压缩机做功），将内部的热量“搬运”到外部。
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3 日常生活
- 取暖：热传递（暖气片、晒太阳）或做功（搓手）。
- 冷却：热传递（冰镇饮料）或物态变化（出汗蒸发吸热）。
- 烹饪：热传递（煮、烤、煎）和做功（微波炉加热食物）。
