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第十章 机械能、内能及其转化
第二节 内 能
物质的构成
分子在不停息地做无规则运动
分子间作用力
固体、液体和气体的特征
物体的内能
改变物体内能的方式
从古至今，人类始终没有停止对物质结构的探索。现在我们已经知道，常见的物质是由分子或原子组成的。现代科技可以使人观察到构成物质的分子或原子。
分子非常小，如果把分子看成小球，分子的直径大约只有 10-10m。如果你想象自己能变成分子这样小，那么普通的苹果在你的眼里，就变成地球那么大了。
常见的物质都是由大量分子组成的。
草叶上的一颗小露珠就含有1021个
水分子。一滴水所含有的分子数比地球上的总人口数还大几百亿倍。1cm3空气中的分子数量也是很大的，如果设想每一个空气分子变成一颗砂粒，那么1cm3空气中的分子所变成的砂粒堆成山，可以把一个大工厂覆盖起来。
常见的物质是由极其微小的粒子——分子、原子构成的。
(1)无论是生命体还是非生命体，无论物体是大还是小，都是由分子、原子等粒子构成的。
(2)分子和原子非常小，若把分子看成球形，一般分子的直径以10－10 m 为单位来量度。
知识点
物质的构成
1
(3)构成物质的分子数量非常巨大。如，体积为1 cm3 的空气中分子数大约为2.7×1019 个。
(4)构成物质的分子间有间隙。
实验：如图1 所示，将50 mL 的酒精倒入50 mL 的水中，反复倒置几次，混合后总体积小于100 mL。
深度理解
酒精与水混合后体积变小的原因：
一是两液体分子进入彼此的间隙；
二是压强增大把分子之间的间隙压小了。
[中考·山西改编] 科学家为了说明感冒时戴口罩防护的重要性，用高速摄像机拍下来打喷嚏的过程。数万个几微米到几十微米的小液滴(气溶胶)组成高密度喷射物，最远可达8 m，大量病毒随产生的小液滴传播开来。小明认为病毒随喷嚏向四周飞散是分子的运动。
例1
你认为他的说法_______ (填“正确”或“不正确”)，你判断的依据是_______________________________
_________________。
不正确
小液滴不是分子，小液滴的运动属
于物体的机械运动
解析：一般分子的直径以10－10 m 为单位来量度, 小液滴(气溶胶)的尺度为几微米到几十微米，远远大于分子的直径。
教你一招
分子非常小，肉眼无法看到，凡是眼睛能直接看到的微小颗粒物，如烟尘、粉尘、白气等都不是分子。
1. 一切物质的分子都在不停息地做无规则运动。
2. 扩散：不同的物质在互相接触时可以自发地彼此进入对方的现象，叫作扩散。
(1)扩散现象表明：①一切物质的分子都在永不停息地做无规则的运动；②组成物质的分子间有间隙。
知识点
分子在不停息地做无规则运动
2
(2)理解要点：
① 任何两种不同物质间都能发生扩散现象。
②温度越高扩散越快。
③分子的无规则运动叫作分子的热运动。
3. 实验探究
实验一：用二氧化氮气体与空气进行实验，观察气体间的扩散。
实验二：用浓硫酸铜溶液与清水进行实验，观察液体间的扩散。
实验三：观察扩散快慢与温度的关系。
易错提醒
●实验一中，不能将装二氧化氮的瓶子放在上方，因为二氧化氮气体的密度比普通空气的密度大，放在上方，由于重力的作用，红棕色二氧化氮气体向下扩散加快，实验现象不能很好地说明问题。
●实验二中，为加快实验进程 ，应先提高液体的温度 ，再进行实验 ，而不能采用先倒好两种液体后，再在容器底加热的方法进行实验。
[中考·随州] 初三总复习阶段, 善于思考的乐乐同学结
合生活现象对分子动理论有了一些新的思考, 其中说法错误的是( )
A. 春雨润万物, 冬雪披素衣。由于水分子间距不同表现为雨雪不同物态
B.5 月的街头，杨花飞絮随风舞，好似雪花满天飞，这不属于分子热运动
C. 临近中午，食堂菜香四溢，香味分子跑到空气分子的间隙中去了
D. 我看着照片中满池的荷花，仿佛嗅到了荷花的芬芳，这属于扩散现象
例2
D
解析：本题主要考查对扩散现象，即分子运动的了解和掌握；知道扩散现象是分子运动的结果，以及分子运动和机械运动的区别是解答本题的关键。
雨、雪是不同物态，其原因是分子间距不同；杨花飞絮和雪花不是分子，是固体小颗粒，所以杨花飞絮随风舞，雪花满天飞不属于分子热运动；闻到菜的香味，说明分子在不停地做无规则运动，也能说明分子间存在间隙；仿佛闻到荷花的芬芳，这只是比喻，不能说明香味分子发生了扩散现象，故D 错误。
方法提示
扩散现象是大量分子无规则热运动的宏观体现，表现为不同物质相互接触时自发地彼此进入对方。我们通过扩散现象来研究微观的看不见的分子热运动，这是研究微观现象常用的方法。
1. 探究分子间的引力和斥力
(1)实验目的：探究分子间的引力和斥力。
(2)实验器材：两块表面光滑的铅块、重物、大号注射针筒、一杯水。
知识点
分子间作用力
3
(3)实验步骤：a. 把两块表面干净的铅块压紧，下面挂一重物, 看能否把它们拉开，如图2 甲所示。
b. 利用针筒抽取半筒水，用食指
按住筒嘴，然后用力推活塞，看
能否将水压缩，如图2 乙所示。
(4)实验现象：a. 从实验甲中可以看到：将两块铅的光滑面压紧后就结合在一起, 吊一重物时也不能把它们拉开。b. 从实验乙中可以看到：水不容易被压缩。
(5)实验结论：实验甲表明分子之间存在着相互作用的引力；实验乙表明分子之间存在着相互作用的斥力。
2. 分子间引力和斥力总是同时存在的，不存在只有引力或只有斥力的情况。
引力和斥力的强弱与分子间的距离有关。
特别提醒
分子间的作用力不直观，我们不能直接观察到它，但它的特点与弹簧被拉伸或压缩时表现出的力的特点相似，两者加以比较，有助于我们进一步理解分子间作用力的特点，这样的方法叫作类比法。
[中考·宜昌] 如图3 所示，把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面，读出弹簧测力计的示数。使玻璃板水平接触水面，然后稍稍用力向上拉玻璃板，弹簧测力计的示数______(填“变大”“变小”或“不变”)，原因是_______________。
例3
变大
分子间存在引力
解析：由于玻璃分子和水分子之间存在引力，故后来弹簧测力计的示数等于玻璃板的重力和分子之间的引力，即弹簧测力计的示数变大。
特别提醒
●实验中，玻璃板下表面恰好与水面相接触，但未浸入水中，故其未受到浮力的作用。
●水可以传递压强，相当于玻璃板下表面也会受到大气压的作用，其上下表面受到的压力相互抵消。
物质的三态特征与分子结构关系：
物质状态 固态 液态 气态
特征 既有一定的体积，又有一定的形状 只有一定的体积，没有确定的形状，能流动 既没有确定的体积又没有固定的形状，能流动
分子间距离 很小 较大 很大
知识点
固体、液体和气体的特征
4
物质状态 固态 液态 气态
分子间作用力 很大 较小 十分微弱，可以忽略
分子运动 在原位置附近振动 只能在一定限度内运动 到处运动，充满整个空间
分子在固体、液体和气体中的运动状态(如图4 所示)：
深度理解
不同状态下物质的分子排列方式可以用类比法进行理解：固态物质的分子排列规则，就像上课时坐在座位上的学生；液态物质的分子可以移动，就像课间教室中的学生；气态物质的分子几乎不受分子间作用力的约束，就像操场上乱跑的学生。
如图5 所示是物质在三种不同状态下的分子模型，
例4
下列说法正确的是( )
A. 甲图中的物质具有流动性，但较难被压缩
B. 乙图中分子相距最近，分子间的作用力最小
C. 乙图中分子静止，甲、丙两图中分子在做热运动
D. 甲、乙、丙分别表示固体、液体、气体分子的排列情况
A
方法点拨
解释物态变化及不同物态的特征时，可以按照分子间距离、分子间作用力的大小、分子的运动特点、宏观表现这样的逻辑顺序来解释。
解析：甲图中的物质为液态物质，具有流动性，但是很难被压缩；乙图中分子相距最近，分子间的作用力最大；一切物质的分子都在不停地做无规则运动；甲、乙、丙三图分别表示液体、固体、气体分子的排列情况。
1. 回顾机械能，认识内能，即利用类比法认识内能。
两种能量 机械能 内能
动能 物体由于运动而具有的能量 分子在不停地运动，每个分子都具有动能
知识点
物体的内能
5
势能 物体由于被举高而具有重力势能；物体由于发生弹性形变而具有弹性势能 分子间有相互作用的引力和斥力，每个分子都具有分子势能
定义 动能和势能统称为机械能 构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫作物体的内能
知识链接
内能是不同于机械能的另一种形式的能量，机械能与物体的机械运动有关，内能与物体内部分子的热运动有关；物体的机械能可以为零，而一切物体在任何温度下都具有内能，即物体的内能不可能为零。
2. 单位 焦耳(J)，各种形式能量的单位都是焦耳。
3. 内能的大小 物体的内能有大小，物体内能的大小与多个因素有关。
(1)内能与温度的关系：同一物体，温度越高，分子运动越剧烈，内能越大；反之，内能越小。
(2)物体的内能还与质量、状态和体积等因素有关。如温度相同时，20 kg 的水比1 kg 的水内能大；再如质量相同时，0 ℃的水比0 ℃的冰内能大。
易错提醒
同一物体的温度越高，其内能越大；但物体的内能增大时，其温度不一定升高，如晶体在熔化的过程中吸热，内能增大，但温度不变。
关于物体的内能，下列说法正确的是( )
A. 温度相同的1 kg 和100 g 的水内能相同
B. 同种物质构成的两个物体，温度高的内能一定大
C. 温度为0 ℃的物体没有内能
D. 同一物体温度降低，它的内能减小
例5
D
解析：比较同种物质构成的不同物体内能的大小，要综合所有因素分析，即用控制变量法或综合分析法分析。水的内能不仅与温度有关，还与质量有关，温度相同，若质量不同，内能也不同，A 错误；同种物质构成的不同物体，若不知道两物体质量的关系，温度高的物体内能不一定大，B 错误；一切物体在任何温度下都有内能，C 错误；同一物体，暗含物质种类及质量相同，温度升高时，内能增加，温度降低时，内能减小，D正确。
方法解读
●控制变量法：若两个物体所有的影响因素中只有一个因素不同，这时运用控制变量法来比较两物体内能的大小。
●综合分析法：若两个物体有两个及两个以上影响因素不同，这时就要采用综合分析法。如甲、乙两个物体，甲的温度比乙高，质量比乙小，则需要用综合分析法来比较两物体内能的大小。
1. 热传递和热量
(1)热传递：
条件 两物体间或同一物体不同部分间有温度差
过程 高温物体放热，内能减小
低温物体吸热，内能增大
结果 温度相同
实质 能量从高温物体(或高温部分)向低温物体(或低温部分)转移
不一定是由内能大的物体向内能小的物体转移。
知识点
改变物体内能的方式
6
知识链接
●热量即传递的那一部分能量，是过程中的能量，它不属于哪个物体，不能说某物体含有多少热量。
●热量可以用来量度物体内能改变的多少，一个物体吸收(或放出) 多少焦耳热量，则它的内能就增加(或减小) 多少焦耳。
(2)热量：
①定义：热传递过程中，传递能量的多少叫作热量。
②单位：焦耳(J)。
③注意：热量与内能是两个不同的概念。
2. 热传递、做功与内能的改变
(1)热传递改变内能：在热传递过程中，高温物体放出热量，内能减小；低温物体吸收热量，内能增大。其实质是内能发生转移。
(2)做功改变内能：对物体做功，物体内能会增大；物体对外做功，其内能会减小。其实质是内能与机械能间相互转化。
3. 温度、热量和内能的关系
相互影响关系
内能与温度 同一物体温度升高，内能一定增大；但内能增大时，温度不一定升高
内能与热量 物体吸收热量，内能一定增大；但内能增大时，不一定是因为吸收了热量
热量与温度 物体温度升高时，不一定是因为吸收了热量；而物体吸收热量后，温度也不一定升高(如晶体熔化的过程)
延伸拓展
●温度、热量和内能是三个不同的概念，三者定义不同，温度与热量和内能的单位也不同。
●生活中的“热”，有三种含义：
(1) 表示温度，如今天很热。
(2) 表示热量，如物体吸热。
(3) 表示内能，如摩擦生热。
[中考·绍兴] 如图6 所示，在试管内装适量的水，用橡皮塞塞紧管口，加热一段时间后橡皮塞冲出，同时管口附近产生“白气”。以下分析不正确的是( )
A. 水温上升时，水的内能增加
B. 加热时管内的水不断汽化
C. 管内气体对橡皮塞做功，其内能减少
D. 试管口的“白气”是水蒸气
例6
解析：实验中涉及能量的转移和转化。酒精燃烧，其化学能转化为内能，通过热传递的方式传给水，水吸热升温，汽化变成高温高压的水蒸气，水蒸气对橡皮塞做功，将其内能转化为橡皮塞的机械能，水蒸气的内能减小，温度降低，液化成小水滴，浮于空中，使得管口出现“白气”。
方法点拨
常见的通过做功改变物体内能的有：克服摩擦力做功(如摩擦生热、钻木取火)、压缩气体、锻打、弯折铁丝、气体膨胀对外做功等。
常见的通过热传递改变物体内能的有：加热物体、晒太阳等。
1．关于分子、原子，下列说法正确的是(　　)
A．物质是由分子或原子构成的
B．原子就是分子
C．一粒灰尘就是一个分子
D．分子的直径约为1 mm
A
2．[2023·甘孜州]下列关于川西美景的描述中，能说明分子在不停地做无规则运动的是(　　)
A．折多山上雪花飞舞 B．巴郎山顶云卷云舒
C．小金梨花飘香扑鼻 D．神奇九寨溪流潺潺
C
3．下列关于内能的说法中，正确的是(　　)
A．静止的物体没有内能
B．0 ℃以下的物体没有内能
C．体积大的物体一定比体积小的物体内能大
D．内能与物体的温度有关
D
4．[2023·海南]下列生活实例中，利用做功改变物体内能的是(　　)
D
分子热运动
影响因素
影响因素
分子
内能
物质
作用力
改变方式
扩散现象
热传递
做功

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