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14.1 内能及其改变
第十四章 内能与热机
沪科版2024版物理九年级全册
14.1 内能及其改变教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
深入理解内能的概念，明确内能是构成物体的所有分子热运动动能与分子势能的总和，能从微观和宏观两个角度阐述内能的含义。
准确掌握改变物体内能的两种方式 —— 做功和热传递，能够通过实例清晰说明这两种方式如何改变物体的内能。
理解热量的概念，知道热量是在热传递过程中传递的能量多少，单位是焦耳（J），并能正确区分内能、热量和温度这三个物理量。
学会运用内能、做功、热传递和热量的知识解释生活和自然界中的相关现象，如摩擦生热、热机工作原理、物体的加热与冷却等。
（二）过程与方法目标
通过观察和分析生活中的实例，如压缩空气引火实验、加热物体使其温度升高、热传递现象等，培养学生从具体现象中归纳总结物理规律的能力。
借助实验探究，如探究做功改变物体内能、热传递过程中内能的转移等实验，提高学生的实验设计、操作技能和观察分析能力，让学生体验科学探究的过程和方法。
组织学生进行小组讨论和交流，分享对物理现象的理解和看法，培养学生的团队协作能力和语言表达能力，促进学生思维的碰撞和拓展。
引导学生运用类比、推理等科学思维方法，理解内能与机械能的区别和联系，以及做功和热传递在改变物体内能上的等效性，提升学生的逻辑思维能力。
（三）情感态度与价值观目标
以生活中丰富的内能及其改变的现象为切入点，激发学生对物理学科的浓厚兴趣，培养学生对生活的观察力和对科学的探索精神。
通过实验探究和知识的应用，让学生体会到物理知识与生活实际的紧密联系，认识到物理科学对人类生活和社会发展的重要作用，增强学生学习物理的自信心和成就感。
在实验操作和小组合作过程中，培养学生严谨认真的科学态度、实事求是的科学精神以及遵守实验规则和爱护实验器材的良好习惯。
引导学生关注能源利用和环境保护等社会热点问题，如热机的效率与能源浪费、内能的合理利用与节能减排等，培养学生的社会责任感和环保意识。
二、教学重难点
（一）教学重点
深刻理解内能的概念，掌握内能与分子热运动、分子势能的关系。
明确改变物体内能的两种方式 —— 做功和热传递，理解它们的本质和区别，以及在改变物体内能上的等效性。
理解热量的概念，学会正确运用热量的计算公式进行简单计算，能准确区分内能、热量和温度这三个易混淆的物理量。
能够运用内能及其改变的知识解释生活和自然界中的常见现象，如摩擦生热、热传递现象、物态变化过程中的内能变化等。
（二）教学难点
从微观角度理解内能的本质，即分子热运动动能和分子势能的总和，突破学生对微观世界抽象概念的理解障碍。
理解做功和热传递改变物体内能的本质过程，如做功是如何将其他形式的能与内能相互转化的，热传递是如何实现内能在物体间的转移的，以及两者在改变物体内能上的等效性的微观解释。
准确区分内能、热量和温度这三个物理量的概念和含义，避免学生在理解和应用中出现混淆。例如，理解物体吸收热量，内能增加，但温度不一定升高（如晶体熔化过程）；物体内能增加，不一定是吸收了热量（还可能是外界对物体做功）等情况。
运用内能及其改变的知识解决较为复杂的实际问题，如分析热机工作过程中的能量转化和效率问题，以及结合生活实际提出合理利用内能、提高能源利用效率的建议等，培养学生综合运用知识的能力和创新思维。
三、教学方法
讲授法、实验法、讨论法、类比法、多媒体辅助教学法
四、教学过程
（一）情境导入（5 分钟）
播放一段冬天人们通过搓手取暖、用火炉加热水、汽车发动机工作等生活场景的视频。视频播放结束后，提问学生：“在这些场景中，物体的状态或能量发生了怎样的变化？” 引导学生观察和思考，让学生自由发言分享自己的观察和想法。
展示一个压缩空气引火仪，向学生介绍其结构和原理。然后进行演示实验，快速下压活塞，观察到棉花燃烧起来。提问学生：“为什么快速下压活塞，棉花会燃烧？这个过程中能量是如何变化的？” 引发学生的好奇心和探究欲望，从而导入本节课的主题 —— 内能及其改变。
（二）新课讲授
内能的概念（10 分钟）
微观角度讲解：利用多媒体展示物质分子做无规则热运动的动画，向学生解释物体是由大量分子组成的，分子在不停地做无规则运动，且分子之间存在相互作用力。结合动画，讲解分子由于热运动而具有动能，分子间由于存在相互作用力而具有势能。内能就是构成物体的所有分子热运动动能与分子势能的总和。强调内能是物体内部具有的能量，与物体的宏观运动状态无关。
宏观角度举例：以一杯热水为例，说明热水中的水分子在不停地做无规则运动，分子具有动能；同时水分子之间存在相互作用，具有分子势能，这杯热水所具有的内能就是所有水分子的动能和势能之和。再通过对比一杯冷水和一杯热水，让学生思考哪杯水的内能大，引导学生理解物体的内能与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈，分子动能越大，物体的内能也就越大。
内能与机械能的区别：通过举例，如一个在水平地面上静止的物体，它没有机械能（动能和势能都为零），但它内部的分子仍在不停地做无规则运动，具有内能；而一个在空中飞行的物体，既具有机械能（动能和重力势能），也具有内能。引导学生分析比较，总结出内能与机械能的区别：机械能与物体的宏观运动状态有关，而内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用有关。
改变内能的方式 —— 做功（15 分钟）
实验探究 1：压缩空气做功：再次演示压缩空气引火仪的实验，让学生仔细观察实验现象。实验前提问学生：“在快速下压活塞的过程中，能量是如何转化的？” 引导学生思考。实验后，组织学生进行小组讨论，分析实验现象，得出压缩空气做功，使空气的内能增加，温度升高，达到棉花的着火点，从而使棉花燃烧的结论。向学生解释在这个过程中，外界对空气做功，将机械能转化为空气的内能。
实验探究 2：克服摩擦做功：展示一个装有少量水的厚玻璃筒，用塞子塞紧。将一根铁丝一端插入玻璃筒内的水中，另一端固定在铁架台上。用手快速转动铁丝，让学生观察玻璃筒内水的变化。学生可以看到水的温度升高，甚至有少量水蒸气冒出。引导学生分析这个过程中能量的转化，得出克服摩擦做功，将机械能转化为水的内能，使水的温度升高的结论。
生活中的实例分析：引导学生列举生活中通过做功改变物体内能的实例，如钻木取火、用砂轮磨刀时刀具发热、打气筒打气时筒壁发热等。让学生分组讨论这些实例中是如何通过做功改变物体内能的，每个小组推选一名代表进行发言。教师对学生的回答进行点评和补充，强化学生对做功改变物体内能的理解。
做功改变物体内能的本质：从微观角度解释做功改变物体内能的本质过程。当外界对物体做功时，如压缩空气、克服摩擦等，物体内部分子的无规则运动加剧，分子动能增加，从而使物体的内能增加；反之，当物体对外做功时，物体内部分子的无规则运动减缓，分子动能减小，物体的内能减小。做功的过程是其他形式的能与内能相互转化的过程。
改变内能的方式 —— 热传递（15 分钟）
热传递的概念和条件：展示一个装有热水的烧杯和一个装有冷水的烧杯，将它们用金属棒连接起来。一段时间后，让学生触摸两个烧杯，感受温度的变化。提问学生：“为什么两个烧杯的温度会发生变化？” 引导学生思考热传递的现象。讲解热传递的概念：热传递是指当两个物体存在温度差时，热量会从高温物体传递到低温物体，或者从物体的高温部分传递到低温部分的过程。强调热传递发生的条件是存在温度差。
热传递的三种方式：利用多媒体展示图片和动画，分别介绍热传递的三种方式 —— 热传导、热对流和热辐射。热传导是指热量通过直接接触的物体从高温部分传递到低温部分的过程，例如用铁锅炒菜时，热量从锅底传递到菜上；热对流是指流体（液体或气体）中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递的过程，例如烧开水时，水的上下循环使整壶水变热；热辐射是指物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，例如太阳向地球传递热量。通过生活中的实例，让学生进一步理解三种热传递方式的特点和应用。
热量的概念：在热传递过程中，物体吸收或放出能量的多少叫做热量。热量的单位是焦耳（J）。向学生强调热量是一个过程量，它只存在于热传递过程中，不能说物体 “含有” 或 “具有” 多少热量，只能说物体 “吸收” 或 “放出” 了多少热量。
热传递改变物体内能的本质：从微观角度解释热传递改变物体内能的本质是内能的转移。当高温物体与低温物体发生热传递时，高温物体内部分子的平均动能较大，低温物体内部分子的平均动能较小。在热传递过程中，高温物体内部分子的动能逐渐减小，低温物体内部分子的动能逐渐增大，直到两者温度相等，热传递停止。这个过程中，内能从高温物体转移到了低温物体，而能量的形式并没有发生改变。
做功和热传递在改变物体内能上的等效性：举例说明，如将一杯水从 20℃加热到 50℃，既可以通过对水加热（热传递）的方式实现，也可以通过搅拌水（做功）的方式实现。让学生思考这两种方式对水的内能改变有什么相同之处，引导学生得出做功和热传递在改变物体内能上是等效的结论。但要向学生强调，虽然做功和热传递在改变物体内能上效果相同，但它们的本质不同，做功是能量的转化，热传递是能量的转移。
内能、热量和温度的区别与联系（10 分钟）
区别：利用表格的形式，对内能、热量和温度这三个物理量进行对比总结。从概念、单位、描述的对象、与物体状态的关系等方面进行详细阐述。例如，内能是物体内部所有分子热运动动能与分子势能的总和，单位是焦耳（J），描述的是物体内部能量的状态，物体在任何状态下都具有内能；热量是在热传递过程中传递的能量多少，单位也是焦耳（J），它是一个过程量，只有在热传递过程中才有意义；温度是表示物体冷热程度的物理量，单位是摄氏度（℃），它反映了物体内部分子热运动的剧烈程度。通过具体的例子，如一块 0℃的冰，它具有内能，但此时它没有吸收或放出热量，温度为 0℃，帮助学生理解三者的区别。
联系：讲解内能与温度的联系，物体的温度升高，分子热运动加剧，分子动能增加，物体的内能增大；物体的温度降低，分子热运动减缓，分子动能减小，物体的内能减小。但要强调物体的内能增加，温度不一定升高，例如晶体在熔化过程中，吸收热量，内能增加，但温度保持不变。再讲解内能与热量的联系，在热传递过程中，物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减小。同时，热量的计算公式 Q = cmΔt（其中 Q 表示热量，c 表示比热容，m 表示物体的质量，Δt 表示温度的变化量）也体现了热量与物体的质量、比热容和温度变化量之间的关系。通过具体的计算实例，让学生进一步理解三者的联系。
课堂讨论：组织学生进行课堂讨论，提出一些问题，如 “物体吸收热量，温度一定升高吗？”“物体内能增加，一定是吸收了热量吗？”“温度高的物体内能一定大吗？” 等，让学生分组讨论，每个小组推选一名代表进行发言。通过讨论，加深学生对内能、热量和温度这三个物理量的区别与联系的理解，纠正学生可能存在的错误认识。
（三）课堂小结（5 分钟）
引导学生回顾本节课所学的主要内容，包括内能的概念、改变内能的两种方式（做功和热传递）、热量的概念以及内能、热量和温度的区别与联系。可以让学生自己先进行总结，然后教师进行补充和完善，形成系统的知识框架。
强调内能及其改变是热学中的重要知识，与我们的生活息息相关。鼓励学生在日常生活中继续观察和发现与内能相关的现象，并用所学的物理知识进行思考和分析。
（四）课堂练习（5 分钟）
给出一些与内能及其改变相关的练习题，如：
填空题：物体内部所有分子热运动的______与分子______的总和，叫做物体的内能。改变物体内能的方式有______和______。在热传递过程中，物体吸收或放出能量的多少叫做______，其单位是______。
选择题：下列现象中，通过做功改变物体内能的是（ ）
A. 用热水袋暖手 B. 冬天在户外晒太阳 C. 钻木取火 D. 把烧红的铁块放入冷水中，铁块温度降低
简答题：解释为什么用锯条锯木头时，锯条会发热？
让学生在课堂上独立完成练习题，教师巡视检查学生的答题情况，及时发现学生存在的问题，并进行有针对性的辅导。对于学生普遍存在的问题，教师进行集中讲解和分析，帮助学生掌握正确的解题方法和思路，强化对本节课知识的理解和应用。
（五）布置作业（课后完成）
书面作业：让学生完成教材课后与内能及其改变相关的习题，进一步巩固本节课所学的知识，加深对概念和规律的理解和应用能力。
实践作业：让学生回家后，观察家里的用电器（如电热水器、电饭锅、微波炉等）或生活中的其他热现象（如冬天取暖、夏天制冷等），分析其中涉及到的内能及其改变的知识，并记录下来，下节课与同学们进行交流分享。通过实践作业，培养学生观察生活、发现物理问题的能力，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。
拓展作业：查阅资料，了解热机（如汽油机、柴油机等）的工作原理和能量转化过程，以及热机的发展对人类社会的影响。写一篇简短的科普报告，介绍热机的相关知识，拓宽学生的知识面，培养学生自主学习和探究的能力。
五、教学资源
多媒体课件，包含与内能及其改变相关的图片、视频、动画、数据图表、示意图等资料，以及练习题、知识总结等内容。
实验器材：压缩空气引火仪、装有少量水的厚玻璃筒、铁丝、塞子、金属棒、两个装有不同温度水的烧杯、温度计、酒精灯、火柴等。
相关的科普书籍、杂志、网站等资源，供学生课后查阅和拓展学习。
六、教学反思
在教学过程中，要注重引导学生从生活实际出发，通过观察、实验、分析等方法，深入理解内能及其改变的概念和规律。对于微观概念的讲解，要充分利用多媒体辅助教学，将抽象的知识形象化、具体化，帮助学生突破理解障碍。在实验探究环节，要注重培养学生的实验操作技能和科学探究精神，引导学生积极思考、主动参与，提高学生的学习积极性和主动性。同时，根据学生在课堂练习和作业中的反馈，及时调整教学策略，针对学生的薄弱环节进行强化训练，提高教学效果。此外，要鼓励学生将物理知识应用到生活实际中，培养学生解决实际问题的能力和创新思维，让学生体会到物理学科的实用性和趣味性。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
物理观念
1. 知道内能概念，物体的内能是不同于机械能的另一种形式的能；
2.知道物体温度与内能的关系；
3. 知道热量的初步概念及热量单位。
科学思维
1.用类比的方法建立内能概念；
2.认识改变物体内能途径的等效性；
3.形成热量是热传递过程中物体内能改变量的认识。
科学探究
通过探究活动认识做功和热传递可以改变物体内能。
科学态度与责任
1.通过科学探究，培养实事求是的科学态度和尊重事实的精神；
2.通过对知识的学习，感知内能的变化对人类生产和生活的意义，激发应用科学造福人类
的社会责任。
重点
难点
观看视频：认识自然界的不同能量形式
火箭发射
火车行驶
打台球
弹簧运动
观看动画：感知人类对内能的利用
为什么橡皮塞被冲开了？
复习回顾
1.物体由于______具有的能叫做动能。决定动能大小的因素：物体的_____和_____。
2.物体由于________而具有的能叫做重力势能。决定重力势能大小的因素：物体的_____和____________________。
3.物体由于______________而具有的能叫做弹性势能。决定弹性势能大小的因素________________________________。
速度
质量
运动
被举高
物体被举高的高度
质量
发生弹性形变
弹性形变的大小
还记得《分子动理论》吗？
物体是由大量的_______组成的；分子在不停地作无规则的_______；分子之间存在着____________
____________。分子间存在________。
分子
运动
相互作用的
间隙
引力和斥力
那分子有能量吗？
运动着的篮球具有动能。
运动着的分子呢
结论：运动着的分子也具有动能。
分子作无规则运动而具有的能叫做分子动能。
弹簧形变时具有势能。
讨论：互相吸引或排斥的分子之间有没有势能？
结论：互相吸引或排斥的分子也具有势能。
由于分子间存在着相互作用力而具有的能叫做分子势能。
探究新知
物体的内能
物体内所有分子无规则运动的动能，以及分子势能的总和。
内能=分子动能+分子势能
思考：热运动的剧烈程度与什么因素有关呢？
温度有关
物体的内能跟温度有关吗？为什么？
内能跟温度有什么关系？
等量热水和冷水的内能，内能是否相同？
同一灯泡在不发光和发光两种情况下，内能是否相同？
哪种情况下内能比较大？为什么？
温度越高
分子无规则运动越剧烈
分子动能越大
组成这个物体的所有分子的动能总和增加
这个物体的内能增大
等量热水的内能比冷水的内能大
灯丝炽热时的内能比未通电时的内能大
结论：同一物体的温度越高，内能越大。反之，同一物体的温度越低，内能越小。
思考：温度相同的一杯水的内能，跟一桶水的内能一样吗？
不同，质量大的含分子数多内能大，质量小的分子数少内能小。
（1）内能与温度有关，同一物体，温度越高，内能越大，温度越低，内能越少。
（2）内能还与物体的体积（或质量、状态） 有关，同种物质，温度相同时，体积（ 质量）越大，内能越大。
（3）不同的物体不能比较内能。
炽热的铁水有内能吗？
北极的冰山也有内能吗？
　　因为所有的物体的分子都在不停地做无规则运动，所以一切物体，不论温度高低，都具有内能。
内能与机械能的区别与联系
内能 机械能
区别 定义 物体内所有分子，动能和分子间相互作用的势能的总和 物体所具有的动能和势能的总和
影响因素 物体的温度、质量、状态和物质种类 物体的质量、速度、高度（或弹性形变的程度）
研究对象 微观世界的大量分子 宏观世界的所有物体
存在条件 永远存在 有一定质量、速度、高度、弹性形变
联系 （1）具有机械能的物体一定具有内能，但是具有内能 的物体不一定具有机械能 （2）物体的内能和机械能之间可以相互转化 思考：普通的一根铁丝，我们能通过哪些方法使它的温度升高？（即使它的内能增加）
A.放在太阳下晒 B.在石头上摩擦
C.放在热水中烫 D.放在火上烧
E.用锤子敲 F.放在手中捂
G.用力反复弯折 ……
你能对它们进行分类吗？
改变物体内能的两种途径
使铁丝温度升高
A.放在太阳下晒
C.放在热水中烫
D.放在火上烧
F.放在手中捂
用温度更高的物体使铁丝温度升高
热传递
B.在石头上摩擦
E.用锤子敲
G.用力反复弯折
温度升高的过程，往往伴随着运动
做 功
实验探究
做功改变内能
点击图片播放实验视频
做功改变物体内能
1.我们观察到的实验现象是：_________________________。
2.物体燃烧的条件是温度________，达到着火点。
3.迅速向下压活塞，空气的内能________，这是通过________的方式改变空气的内能。
棉花燃烧起来
升高
增大
做功
压缩空气做功，使空气的内能增大，温度升高。
实验探究
做功改变内能
如图所示，将一根铁丝快速反复弯折数十次，感受铁丝弯折处温度的变化。
铁丝弯折处温度明显升高。铁丝温度升高，表明其内能增大，这是由于人对铁丝做了功。
实验探究
热传递改变内能
铁锅热得烫手
暖风机开了，房间温度升高了
棉被被晒得热乎乎的
热传递：温度不同的两个物体互相接触时，低温物体温度升高，高温物体温度降低，这个过程叫做热传递。
改变物体内能的方式
方式 内能如何变化 能的种类是 否改变 实质
热传递
做功
物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
不变
内能的转移
对物体做功，物体内能会增加；物体对外做功，本身内能减少
改变
机械能与内能相互转化
热传递和做功改变物体内能是等效的
热传递的三种方式
热传导
热对流
热辐射
热传递改变物体内能
A.物体吸热
内能增加
温度升高
B.物体放热
温度降低
内能减少
热传递方向：
内能从高温物体向低温物体传递。
思考：内能改变多少可以用什么来量度呢？
热 量
1.定义：在热传递过程中，物体间内能传递的多少。用符号Q表示。
2.热量的单位：焦耳（J）
3.实验研究表明，1kg水温度升高1℃要吸收热量4.2
×103J，温度降低 1 ℃ 要放出热量 4.2×103J。
4.热量是内能转移的量度。
注意：
热量是热传递过程中传递的内能，是内能的一部分，有热传递才有热量。
只能说“放出热量”、“吸收热量”、“传递热量”，而不能说“某物体具有热量”、“某物体的热量”、“所含的热量”。
温度、热量、内能的区别
温度 热量 内能
意义 状态量 过程量 状态量
单位 摄氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J）
表述 是、降低、升高 吸收、放出 有、具有、改变
联系 热传递可以改变物体的内能，使内能增加或减少，但温度不一定改变 知识点1 物体的内能
1. 关于物体的内能，下列说法正确的是( )
D
A. 物体内所有分子动能与物体势能的总和称为物体的内能
B. 物体运动越快，物体的内能越大
C. 高温的铁水具有内能， 的冰块没有内能
D. 同一物体温度越高，物体内能越大
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2.如图所示，三杯成分配比相同的奶茶，甲杯中奶茶质量为
、温度为,乙杯中奶茶质量为、温度为 ,
丙杯中奶茶质量为、温度为 ,则____杯奶茶的内能
最大，____杯奶茶的内能最小。
丙
甲
【点拨】内能是物体所有分子无规则运
动的分子动能与分子势能的总和，因此
同种物质相比较，分子数目越多、温度
越高（分子动能越大），物体的内能就越大。比较甲、乙两
杯中的奶茶，温度相同，乙杯奶茶的质量大，所以乙杯奶茶
的内能大；比较乙、丙两杯中的奶茶，质量相同，但丙杯奶
茶的温度高，所以丙杯奶茶的内能大。
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知识点2 改变物体内能的两种途径
3. ［2024·宁夏］下列实例中属于做功改变物体内能的是
( )
B
A. 图甲中，炉火烧水
B. 图乙中，搓手取暖
C. 图丙中，用暖手宝暖手
D. 图丁中，热鸡蛋放在冷水中冷却
【点拨】炉火烧水，水吸收热量，内能增加，是通过热传递
来改变物体的内能；搓手取暖，是克服摩擦做功，使手的内
能增大，温度升高，是通过做功改变物体的内能；用暖手宝
暖手，手吸收热量，内能增加，是通过热传递来改变物体的
内能；热鸡蛋放在冷水中冷却，鸡蛋放出热量，内能减少，
是通过热传递来改变物体的内能，故选B。
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4.［2025·新乡期末节选］古代著作《天工开
物》记载到“凡炒诸麻菜子，宜铸平底锅，深
止六寸者，投子仁于内，翻拌最勤”
（即古代榨油时的情景），如图所示，这里
是利用________的方法来改变物体的内能。
热传递
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5.农村广泛使用塑料地膜种菜。来自太阳的热量主要通过
________的方式传递进去，以提高土壤的温度，同时，由于
薄膜隔开地膜上下的空气，所以防止了热量以________方式
的散失。（均填“热传导”“热对流”或“热辐射”）
热辐射
热对流
【点拨】来自太阳的热量主要通过热辐射方式进行传递，以
提高土壤的温度；由于薄膜隔开地膜上下的空气，减少土地
与空气之间的热对流，从而减少了热量的散失。
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知识点3 热量
6. 下列关于热量的说法正确的是( )
A
A. 热量是热传递过程中传递内能的多少
B. 热水比冷水含热量多
C. 一大桶水比一小桶水含热量多
D. 发生热传递时，热量总是从内能大的物体转移到内能小
的物体
课堂小结
1.物体内所有分子无规则运动的动能，以及分子势能的总和。内能的大小跟物体的温度、质量、体积、状态及物质的种类有关。
2.改变内能的方式：做功和热传递。
物体对外界做功，内能减少；外界对物体做功，内能增大。
高温物体放出热量，内能减少；低温物体吸收热量，内能增大。
3.热量。
谢谢观看！

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