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2.2 物体的内能
九上 · 第2章 能的转化与能量守恒
01 情境导入·学习目标
情境导入　运动的子弹能击穿苹果，热汤能把手烫伤，搓手能取暖，钻木能取火——炽热的铁水与冰冷的冰块，谁的内能更大？本节学习内能的概念、改变内能的两种方法、热量与比热容、燃料的热值，揭开热现象背后的能量规律。
目标导航 方法指导
· 了解内能的概念，理解做功和热传递是改变内能的两种方法，知道做功和热传递过程中能的转化和转移的实质。 · 用类比法理解微观概念：分子动能类比运动子弹，分子势能类比弹性形变弹簧。
· 知道热量的概念，知道在热传递过程中用热量来量度内能的变化。 · 用"过程量/状态量"区分热量与内能；用转换法（温度计示数、白雾）观察做功改变内能。
· 通过实验认识比热容的概念与单位，尝试用比热容解释有关自然现象。
· 知道燃料的热值，了解提高燃烧效率的措施。
【预习导航】教材 P54—P63。预习重点：①内能；②物体内能的改变；③比热容；④热量的计算；⑤燃料的热值。
02 教材精研·内容全解
一、内能的概念
分子动能：构成物质的分子永不停息地做无规则的热运动。同一切运动着的物体具有动能一样，物体内运动着的分子也具有动能，称为分子动能。物体的温度越高，分子热运动越快，它们具有的动能也就越大。分子势能：分子间存在相互作用的引力和斥力，当分子间距离发生变化时，相当于发生"弹性形变"，所以分子具有势能，这种势能叫作分子势能。内能的概念：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫作物体的内能。对内能的理解：①内能是指物体的内能，是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，是一个宏观量，所以单纯讨论一个分子的内能是没有意义的。②因为分子的热运动永不停息，所以物体的内能不会为0，一切物体在任何情况下都具有内能。
图1 分子动能：运动着的子弹具有动能，运动着的分子也具有动能 图2 分子势能：发生弹性形变的弹簧具有势能，相互作用的分子也具有势能
二、影响物体内能大小的因素
温度：温度越高，分子热运动越剧烈，内能越大。质量：质量越大，分子数目越多，分子动能和势能的总和越大，物体的内能越大。状态（物态）：同种物质，温度、质量不变时，状态改变，内能改变。例如 0℃ 且质量相同的冰和水，冰的内能小于水的内能。体积：物体体积发生变化时，分子间距离变化，分子势能变化，内能变化。物质种类：不同物质的分子，分子间作用力不同，在温度、质量相同时，它们的分子势能不同，内能不同。物体内能改变的宏观表现：①温度变化——物体的温度升高，内能增大；温度降低，内能减小。②物态变化——例如晶体熔化时内能增加，晶体凝固时内能减少。
图3 影响内能大小的因素：温度、质量、状态、体积、物质种类
三、内能和机械能的区别与联系
区别——定义：内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和；机械能是整个物体具有的动能和势能的总和。区别——影响因素：内能受物体的温度、质量、状态、体积、物质种类影响；机械能受物体的质量、速度、高度和弹性形变程度影响。区别——研究对象：内能研究微观世界的大量分子；机械能研究宏观世界的所有物体。区别——存在条件：内能永远存在（一切物体都有内能）；机械能只有在物体做机械运动时、被举高时、发生弹性形变时才具有。联系：①物体无论是否具有机械能，一定具有内能；②物体的内能和机械能之间可以相互转化。思考与讨论（教材第55页）：不管是高温物体还是低温物体，分子的热运动总是存在的，尽管其他形式的能（如机械能）可能为零，但内能总是存在的，即一切物体在任何情况下都具有内能。
四、热传递改变物体的内能
现象探究：热水袋取暖（热水袋温度降低、内能减少，人体温度升高、内能增加，热量从热水袋传给人）；工件冷却（工件温度降低、内能减少，冷水温度升高、内能增加，热量从工件传给水）；烧水（水的温度升高、内能增加，热量从火焰传给铁锅和水）。归纳：温度不同的物体相互接触时会发生热传递，低温物体温度升高、内能增加，高温物体温度降低、内能减少，即内能从高温物体传递到低温物体，所以热传递可以改变物体的内能。对热传递（内能的转移，能的形式未发生改变）的理解：①条件——不同物体或同一物体的不同部分之间存在温度差；②方向——由高温物体传递到低温物体，或由物体的高温部分传递到低温部分，直至温度相同（没有温度差）；③微观本质——高温物体放热，分子热运动减缓，内能减少、温度降低；低温物体吸热，分子热运动加剧，内能增加、温度升高。热量理解的两个误区：误区1——热量是能转移多少的量度，是一个过程量，它存在于热传递过程中，只有发生了热传递、有了能的转移，才能讨论热量问题，离开热传递谈热量是没有意义的。误区2——因为热量是热传递过程中转移能的多少，所以热量只能用"吸收"或"放出"来表述，而不能用"具有"或"含有"来表述，不能说"某物体具有多少热量"，只能说"吸收了多少热量"或"放出了多少热量"。
图4 热水袋取暖：热传递使低温物体（人）内能增加 图5 工件冷却：热传递使低温物体（冷水）内能增加 图6 烧水：火焰放热、水吸热内能增加 图7 热传递原理：高温物体放热分子热运动减缓，低温物体吸热分子热运动加剧
五、做功改变物体的内能
钻木取火：钻木时克服摩擦力做功，使木柴的内能增加、温度升高，当温度升高到木柴的着火点时，木柴就会燃烧起来。教材第56页探索活动——两种情况：对物体做功 / 物体对外界做功。①对物体做功：向外拉动针筒活塞使针筒内空气体积达到最大，再堵住针筒口用力压缩针筒内的空气，探针温度计示数变大，说明针筒活塞压缩空气做功，使空气内能增加。②物体对外界做功：向瓶内打气，瓶内气压越来越大直至冲开瓶塞；此时瓶内的空气推动瓶塞做功，内能减少、温度降低，瓶内空气中的水蒸气液化成小水滴，形成白雾。得出结论：做功可以改变物体的内能——外界对物体做功，物体的温度升高、内能增加；物体对外界做功，物体的温度降低、内能减少。
图8 压缩气体做功实验：注射器+温度计探究对物体做功使内能增加 图9 瓶塞跳起实验：气体膨胀对外做功，内能减少温度降低，水蒸气液化成白雾
六、热传递和做功改变物体内能的区别与联系
区别——实质：热传递是能的转移，做功是其他形式的能与内能之间的相互转化。区别——方式（方法）：热传递如生活中的烧、烤、烙、炒，生产中的"淬火"等；做功如压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体等（打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折铁丝、装开水的暖水瓶内气体将瓶塞冲开等）。联系：焦耳通过实验探究了做功与热传递在改变物体内能上是等效的。某物体的内能发生改变，可能是通过热传递改变的，也可能是通过做功改变的，或者两者都有；若不知道具体过程，则无法确定内能的改变方式。实质再说明：做功改变物体内能的实质是能的转化（内能与其他形式的能的相互转化）；热传递改变物体内能的实质是能的转移（无不同形式能的相互转化）。注意：不是任何情况下对物体做功都能改变物体的内能——例如用手托起课本，虽然人对课本做了功，但课本的内能没有增加，增加的是课本的机械能。
七、温度、热量、内能三者之间的区别与联系
概念区别：温度是宏观上表示物体的冷热程度，微观上反映物体中分子热运动的剧烈程度；热量是在热传递过程中传递能的多少；内能是构成物体的所有分子，其分子热运动的动能与分子势能的总和。联系：物体吸收热量，内能会增加，温度不一定升高（如晶体熔化）；物体放出热量，内能会减少，但物体温度不一定降低（如晶体凝固）。归纳总结——一个一定：物体的温度升高（或降低）时，其内能一定增加（或减少）。归纳总结——四个不一定：①一个物体的内能增加（或减少）时，其温度不一定升高（或降低），如晶体的熔化（或凝固）过程。②一个物体的内能增加（或减少）时，不一定是因为吸收（或放出）热量，也可能是外界对物体做功（或物体对外界做功）。③一个物体吸收（或放出）热量时，内能增加（或减少），其温度不一定升高（或降低），如晶体的熔化（或凝固）过程。④一个物体的温度升高（或降低）时，不一定是因为吸收（或放出）热量，也可能是因为做功（或对外做功），如摩擦生热（或气体膨胀）。
八、比热容
比热容概念：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫作这种物质的比热容。比热容用符号 c 表示，单位 J/(kg·℃)。一些常见物质的比热容（教材第58页表）：不同物质的比热容一般不同，水的比热容较大（4.2×10 J/(kg·℃)）。关于水的比热容：水的比热容比较大，相同质量的水和其他物质相比，在吸收或放出相同热量的情况下，水的温度变化量要小一些。这一特性使水在吸放热时温度变化平缓，对气候调节和工农业生产有重要意义（如沿海昼夜温差小、汽车用水作冷却剂等）。
九、热量的计算公式
吸热公式：Q吸 = cm(t t0)；放热公式：Q放 = cm(t0 t)。式中 c 为比热容，m 为质量，t0 为初温，t 为末温。统一写法：Q = cmΔt（Δt 为温度变化量，吸热取末温减初温，放热取初温减末温）。教材第59页思考与讨论：①物体吸收或放出热量的多少与物质的比热容 c、质量 m、温度变化量 Δt 有关；②水的比热容大，相同质量的水和其他物质升高（或降低）相同温度时，水吸收（或放出）的热量更多，所以用水作冷却剂、取暖介质效果好。
十、燃料的热值
燃料的种类：燃料是指可燃烧的物质，最常见按物理状态分为固体燃料（木柴、煤炭、秸秆等）、液体燃料（汽油、柴油、酒精等）、气体燃料（氢气、煤气、天然气等）。燃料燃烧时能的转化：燃料在燃烧时将化学能转化为内能。热值概念：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（或体积）之比，叫作这种燃料的热值，用符号 q 表示。对燃料热值的理解：①热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧、放出热量多少均无关；②不同燃料热值一般不同，热值高的燃料相同质量完全燃烧放出热量更多。热值的意义：燃料热值的高低是衡量燃料优劣的重要标准。燃料燃烧放热计算：固体/液体燃料 Q放 = mq；气体燃料 Q放 = Vq（V 为体积）。
燃料的分类：固体（木柴、煤炭、秸秆）/液体（汽油、柴油、酒精）/气体（氢气、煤气、天然气）
十一、教材第61页探索活动：化学反应中能的变化
实验现象：①向试管中加入某种试剂并触摸试管外壁，试管外壁发热（试管温度升高）；②另一装置中小烧杯底部玻璃片由于水结冰粘在了小烧杯底部（小烧杯温度不断降低）。实验结论与归纳总结：化学反应在生成新物质的同时，伴有能的变化，而能的变化通常表现为吸收热或放出热。像燃烧这样的化学反应能放出热，而有些化学反应则需要吸收热。
化学反应放热：试管外壁发热 化学反应吸热：小烧杯温度降低、玻璃片被冰粘住
03 方法提炼·易错提醒
【温馨提示】 1. 内能不为0——一切物体在任何情况下都具有内能（分子热运动永不停息），与温度高低无关。 2. 温度与内能——温度升高内能一定增大；但内能增大温度不一定升高（晶体熔化）。 3. 热量是过程量——热量只能用"吸收/放出"表述，不能说"具有/含有热量"。 4. 改变内能两方式——热传递——能的转移；做功——能的转化（其他形式能与内能相互转化）。两者等效。 5. 做功未必改内能——手托起课本做了功，增加的是机械能不是内能——做功要转化为内能才改内能。 6. 温度/热量/内能——三者不同：温度是状态（冷热），热量是过程量（转移多少），内能是状态量（总和）。 7. 比热容特性——比热容是物质特性，与质量、吸放热、温度变化无关；同种物质状态不同比热容不同（水与冰）。 8. 热值是特性——热值只与燃料种类有关，与质量、是否完全燃烧无关；Q放=mq（固液）或 Vq（气体）。
04 随堂检测·分层练习
实战演练
1. 【典例1】关于物体的内能，下列说法中正确的是（ ）
A．一切物体在任何情况下都具有内能
B．温度为0℃的物体没有内能
C．物体运动得越快，内能越大
D．只有炽热的物体才有内能
2. 【典例2】下列属于通过做功的方式改变物体内能的是（ ）
①冬天，搓手会让手变暖和 ②冬天，对手哈气取暖 ③炒菜时，铁锅热得烫手 ④水蒸气把软木塞冲开时，温度会降低
A．①②
B．②③
C．③④
D．①④
3. 【典例3】关于比热容，下列说法中正确的是（ ）
A．物质的比热容跟物质吸收或放出的热量有关
B．同温度、同质量的不同物体，比热容大的物体含有的热量多
C．比热容是物质的特性，所以同种物质的比热容一定相同
D．物质的比热容与物质的吸、放热及温度和质量都没有关系
4. 【典例5】关于燃料的热值，以下说法正确的是（ ）
A．燃料的热值只与燃料的种类有关，与质量、是否完全燃烧无关
B．燃料燃烧越充分，其热值越大
C．热值大的燃料完全燃烧放出的热量一定多
D．容易燃烧的燃料热值一定大
5. 一把质量为0.5 kg的钢刀，温度为800℃，放入质量为2 kg、温度为20℃的水中冷却（不计热量损失）。已知钢的比热容 c钢=0.46×10 J/(kg·℃)，水的比热容 c水=4.2×10 J/(kg·℃)。
（1）钢刀在冷却过程中是通过什么方式、怎样改变内能的？
（2）若钢刀最终与水达到共同温度 t=30℃，求这把钢刀在冷却过程中放出了多少热量？
6. 改变物体内能的两种方法是______和______；其中______的实质是能的转移，______的实质是其他形式的能与内能的相互转化。
05 答题技巧·知识梳理
答题模板 1. 内能判断：一切物体都有内能；温度升→内能增；质量/状态/体积/种类也影响内能大小。 2. 改变方式：看实质：热传递=能的转移（有温差）；做功=能的转化（压缩/摩擦/膨胀）。 3. 热量计算：Q=cmΔt；吸热 Δt=t t0，放热 Δt=t0 t；单位 c:J/(kg·℃)、m:kg、Δt:℃。 4. 燃料放热：固液 Q放=mq；气体 Q放=Vq；热值只与燃料种类有关。 5. 比热容解释：水的比热容大→吸放热温度变化小→作冷却剂/调节气候。
板块 核心结论
分子动能/势能 分子永不停息热运动有动能（温度越高越大）；分子间作用力有势能
内能 所有分子动能+势能总和；一切物体任何情况都有；受温度/质量/状态/体积/种类影响
改变内能 热传递（能的转移）/做功（能的转化），二者等效
热量 过程量，热传递中转移能的多少；只说吸收/放出，不说含有
温度/热量/内能 三个一定+四个不一定；温度是状态、热量是过程量、内能是状态量
比热容 c=Q/(mΔt)；物质特性；水的比热容大，吸放热温度变化小
热量计算 Q吸=cm(t t0)；Q放=cm(t0 t)
燃料热值 q=Q放/m（或V）；特性只与种类有关；Q放=mq（固液）或 Vq（气体）
化学能变化 燃烧放热，有些反应吸热；化学反应伴能变化
参考答案
1. 答案：A 【一切物体在任何情况下都具有内能；0℃物体、不炽热物体也有内能；机械运动快慢影响机械能不影响内能。】
2. 答案：D 【搓手（摩擦生热）与气体膨胀冲开瓶塞（对外做功）属做功；哈气取暖、铁锅烫手属热传递。】
3. 答案：D 【比热容是物质特性，与质量、温度、吸放热多少无关；但同种物质状态不同比热容不同（水与冰）；热量是过程量不能说"含有"。】
4. 答案：A 【热值只与燃料种类有关，与质量、是否完全燃烧、是否易燃烧无关；相同质量完全燃烧放热才更多。】
5. 答案：（1）热传递；钢刀与外界（水）发生热传递，将热量传给低温物体，自身温度降低、内能减少。
（2）Q放 = c钢 m钢 (t0 t) = 0.46×10 × 0.5 × (800 30) = 1.771×10 J 【钢刀冷却通过热传递减少内能；按末温30℃算放热，不计热损时等于水吸收热量。】
6. 答案：热传递；做功；热传递；做功 【改变内能两种方法及其实质区别。】

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