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第3节　内能
学习目标
1. 理解物体内能的概念，知道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；
2. 知道内能不同于机械能，能列举影响内能大小的因素（温度、质量、体积、物态、种类）；
3. 掌握改变物体内能的两种方式——热传递和做功，理解二者的实质（能量转移/能量转化）；
4. 能区分温度、热量、内能三个物理量的含义，能判断常见的实例是通过热传递还是做功改变内能。
课前·自主预习
一、内能
阅读教材,完成下列问题。
1.构成物体的所有分子,其热运动的____________与____________的总和,叫作物体的内能。
2.内能的单位是____________。
3.内能是不同于机械能的另一种形式的能。机械能与整个物体的_______情况有关,而内能与物体内部分子的____________和分子之间的____________情况有关。一切物体,不论温度高低,都具有内能。
二、热传递与内能的改变
阅读教材,完成下列问题。
1.热传递可以改变物体的内能。发生热传递时,高温物体放出热量、内能____________,低温物体吸收热量、内能____________。物体吸收或放出的热量越多,它的内能改变____________。
2.日常生活中,有哪些应用热传递改变物体内能的实例,请你列举2个。
三、做功与内能的改变
阅读教材,完成下列问题。
1.做功可以改变物体的内能。对一个物体做功,物体的内能____________;物体对外做功,物体的内能____________。
2.人从滑梯上滑下时,内能是如何改变的
课堂·互动理解
一、对内能的理解
1.从三个角度理解内能。
(1)内能是物体的内能,不是分子的内能,更不是某一个分子的动能和势能的总和。
(2)一切物体在任何情况下都具有内能,物体的内能不可能为0。无论物体处于何种状态,是何形状,体积的大小或温度的高低如何变化,物体中的分子都在永不停息地做无规则运动,物体都具有内能。
(3)内能具有不可测量性,即不能准确知道一个物体内能的具体数值。
2.影响物体内能大小的因素。
影响因素 与内能的关系
温度 同一物体,温度越高,内能越大
质量 同种物质,当质量不同、其他条件相同时,质量越大,内能越大
体积 同种物质,当其他条件不变时,物体的体积变化,物体的内能也会发生变化,但不一定体积越大,内能越大
物态 同种物质,当其他条件相同时,物态不同,其分子间的距离不同,相互作用力也不同,内能不同
种类 在质量、体积、温度及状态都相同时,物质的种类不同,内能一般也不同
3.内能和机械能的区别与联系。
比较项 内能 机械能
区别 概念 构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和 物体所具有的动能和势能,统称为机械能
影响因素 物体的温度、体积、质量、物态、材料等 物体的质量、速度、高度或弹性形变程度
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 运动或在高处或发生弹性形变时存在
联系 物体的内能与物体的运动状态、所处的高度,以及是否发生弹性形变无关,所以具有机械能的物体一定具有内能,具有内能的物体不一定具有机械能;物体的内能和机械能可以相互转化
跟踪训练1
下列关于内能和机械能的说法正确的是(　　)
A.静止的物体没有内能
B.0 ℃的物体没有内能
C.机械能大的物体其内能一定大
D.任何状态下处于任何位置的物体都有内能
二、正确理解改变物体内能的两种方式
1.改变物体内能的两种方式。
【拓展延伸】理解热传递改变物体内能的实质
(1)在热传递过程中,能量的形式没有发生改变,只是能量发生了转移,如用暖手袋取暖,能量由暖手袋转移到手上,暖手袋的内能减少,手的内能增加。
(2)热量从高温物体传递到低温物体,而不是由内能多的物体传递给内能少的物体;传递的是热量,而不是温度。
2.温度、热量、内能三个物理量的区别和联系。
比较项 温度 热量 内能
定义 宏观上:表示物体的冷热程度;微观上:反映物体中大量分子无规则运动的剧烈程度 在热传递过程中,传递的热的多少 构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和
物理量的性质 状态量 过程量 状态量
表述 降低或升高 只能说吸收或放出 有、具有、改变、增加、减少
联系 热传递可以改变物体的内能,使物体的内能增加或减少,但温度不一定改变(如晶体的熔化、凝固)
跟踪训练2(2024·福建中考)
"煮"的篆体写法如图所示,表示用火烧煮食物。下列实例与"煮"在改变物体内能的方式上相同的是(　　)
A.热水暖手　B.钻木取火　C.搓手取暖　D.擦燃火柴
跟踪训练3(多选)
关于温度、内能、热量、功的说法正确的是(　　)
A.物体温度升高,一定吸收了热量
B.物体温度升高,内能一定增加
C.物体内能增加,一定是外界对它做了功
D.物体吸收热量,温度可能不变
基础巩固
1.(2024·广东中考)下图是古代某种省油灯的示意图。它下层盛水,能减慢上层油的消耗。点灯后,水在升温的过程中(　　)
A.吸热,内能增加 B.吸热,内能减少
C.放热,内能增加 D.放热,内能减少
2.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。关于物体内能的理解,下列说法正确的是(　　)
A.温度为0 ℃的物体的内能为0
B.温度高的物体比温度低的物体内能多
C.温度相同的两块铁,它们具有的内能相同
D.温度和质量都相同的两杯水具有的内能相同
3.(2025·江苏淮安中考)图中是美食“油端子”,它是将面糊装入模具放入热油锅内炸出来的美食,下列情境在改变内能的方式上与之相同的是(　　)
4.(2024·山西中考)二氧化碳(CO2)爆破技术是现代工程建设中非常环保的技术,起爆前高压泵将CO2压缩成高压气体,液化后输入爆破筒内。如图所示,爆破时电加热管发热。使筒内的液态CO2迅速汽化,形成的高压气体从泄气孔中喷出,实施爆破。下列说法正确的是(　　)
A.高压泵压缩CO2,气体内能增大,温度降低
B.高压泵压缩CO2,气体内能减小,温度升高
C.高压CO2气体喷出时,内能增大,温度升高
D.高压CO2气体喷出时,内能减小,温度降低
5.小明将凝固点为47 ℃的某液态合金放在室温为25 ℃的实验室中,该合金从70 ℃降至47 ℃并保持47 ℃一段时间再降至35 ℃,合金在此过程(　　)
A.对外放热,内能一直减少
B.存在液化现象,内能一直增加
C.温度保持47 ℃时,不吸热也不放热
D.存在凝固现象,内能先减少后不变再减少
6.(多选)关于温度、热量和内能,下列说法正确的是(　　)
A.内能越大的物体所含有的热量一定越多
B.温度相同的物体接触时不发生热传递
C.热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移
D.同一物体温度降低,它的内能减少
7.(2024·云南中考)民间艺人制作“糖画”时,把糖块加热成糖浆,这属于物态变化中的　　　　现象;熬制糖浆的过程是通过　　　　的方式改变糖的内能的。
素养提升
8.(2024·潍坊中考)(多选)如图所示,用气缸、固定隔板和活塞密闭甲、乙两部分气体,气缸和活塞均不导热,隔板导热良好。迅速将活塞向左推至图中虚线位置并固定,静置一段时间。下列说法正确的是(　　)
A.与推动活塞前相比,甲、乙内能均变大
B.与推动活塞前相比,甲内能不变、乙内能变大
C.乙内能改变的方式只有做功
D.乙内能改变的方式既有做功又有热传递
9.一个圆形铁片由“冷若冰霜”变成“炙手可热”。甲同学认为一定是通过加热方式实现的,乙同学认为不一定是通过加热方式实现的,还有其他的实现方式。你认为哪位同学正确 请简要说明理由。
拓展探究
10.小松同学在老师的指导下利用气压式喷雾器和数字式温度计验证做功与物体内能变化的关系,如图所示,喷雾器中装一定量的水。
(1)先安装好器材,关闭喷雾器的阀门,用数字温度计测出喷雾器内空气的温度,如图甲所示;手压活塞快速打气,如图乙所示。实验现象:　　　　　　　。这个实验说明:　　　　　　　　　。
(2)然后,打开喷嘴处的阀门,迅速放出喷雾器内的气体,如图丙所示。实验现象:数字式温度计示数变小。这个实验说明:　　　　　　　　　　　　。
(3)图甲、乙、丙中三瓶中的水内能最大的是　　　　瓶。
参考答案
课前·自主预习
一、1.动能；分子势能。2.焦耳。3.机械运动；热运动；相互作用。
二、1.减少；增加；越大。2.冬天用热水袋暖手,热水袋温度降低,内能减少;手部温度升高,内能增加。人轻度发热时用冷毛巾给头部降温,过一段时间后,毛巾温度升高,内能增加;头部温度降低,内能减少。其他合理也可。
三、1.增加；减少。2.人从滑梯上滑下时,克服摩擦力做功,部分机械能转化为内能,内能增加。
课堂·互动理解
跟踪训练1：D。解析:内能是物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和,一切物体在任何情况下都有内能,所以静止的物体、0 ℃的物体都有内能,A、B错误,D正确。内能与机械能是两种不同形式的能量,机械能大的物体的内能不一定大,内能大的物体的机械能也不一定大,C错误。
跟踪训练2：A。解析:用火烧煮食物,食物吸收热量,温度升高,内能增大,是通过热传递改变物体的内能的。用热水暖手,是通过热传递改变物体的内能的,A符合题意。钻木取火、搓手取暖、擦燃火柴,都是通过做功改变物体的内能的,B、C、D不符合题意。
跟踪训练3：BD。解析:物体温度升高,不一定吸收了热量,也可能是外界对它做了功,A错误。同一物体温度升高,内能一定增加,B正确。物体内能增加,可能是外界对它做了功,也可能是吸收了热量,C错误。物体吸收热量,温度可能不变,如晶体熔化时,吸热但温度不变,D正确。
课后练习
1.A　解析 点灯后,水吸收热量,温度升高,内能增加。
2.D　解析 一切物体都有内能,温度为0 ℃的物体的内能也不为0,A错误。内能的大小不仅与温度有关,还与质量和状态有关,所以温度高的物体不一定比温度低的物体内能多,B错误。温度相同的两块铁,由于质量未知,所以它们具有的内能不一定相同,C错误。内能与物体的质量、温度和状态有关,温度和质量都相同的两杯水具有的内能相同,D正确。
3.D　解析 “油端子”制作过程中,是通过热传递的方式改变内能。弯折铁丝时,对铁丝做功,机械能转化为内能,是通过做功的方式改变内能;压缩空气时,对空气做功,机械能转化为内能,是通过做功的方式改变内能;钻木取火,是通过做功的方式改变内能;加热试管中的水时,火焰的热量传递给试管内的水,使水的内能增加、温度升高,是通过热传递的方式改变内能。故选D。
4.D　解析 高压泵压缩CO2,对气体做功,气体内能增大,温度升高,A、B错误。高压CO2气体喷出时,气体对外做功,气体内能减小,温度降低,C错误,D正确。
5.A　解析 该合金从70 ℃降至47 ℃时放热降温,内能减少,保持47 ℃一段时间的过程中是凝固过程,凝固过程中温度不变,但内能减少,再降至35 ℃的过程中放热降温,内能减少,所以在整个过程中该合金对外放热,内能一直减少,A正确,C、D错误。液化是指物质由气态变为液态的过程,在整个过程中该合金不存在液化现象,B错误。
6.BD　解析 热量是热传递过程中传递能量的多少,不能用含有表示,A错误。发生热传递的条件是有温度差,温度相同的物体接触时不发生热传递,B正确。热量总是从温度高的物体向温度低的物体转移,或者从物体的高温部分传到低温部分,但是不一定从内能大的物体向内能小的物体转移,C错误。同一物体质量一定,温度降低,内能会减少,D正确。
7.熔化　热传递
解析 由固态直接变为液态,是熔化现象;熬制糖浆是通过热传递的方式改变内能的。
8.AD　解析 迅速将活塞向左推至图中虚线位置时,活塞压缩气体乙做功,气体乙的内能增加,温度升高,甲的体积不变,气体乙不对甲做功,由于隔板导热良好,气体乙将热量传递给气体甲,使得气体甲的内能增加,温度升高,最终甲、乙气体达到热平衡状态,A、D正确,B、C错误。
9.乙同学的说法正确。铁片由“冷若冰霜”变成“炙手可热”,铁片的温度升高,内能变大,而改变内能的方式除了热传递还有做功,所以还可以通过做功的方式来实现铁片的温度升高,如摩擦铁片,将机械能转化为内能,铁片的温度也会升高,故乙同学的说法正确。
10.(1)数字式温度计示数变大　外界对物体做功,物体内能增大
(2)物体对外界做功,物体内能减少
(3)乙
解析 (1)手压活塞,活塞对瓶内气体做功,观察到数字式温度计示数变大,说明瓶内气体的温度上升,内能增大,由此可知,外界对气体做功,气体的内能增加。(2)图丙中,打开喷嘴处的阀门,迅速放出喷雾器内的气体,观察到数字式温度计示数变小,由此可知丙瓶内气体的温度降低,内能减少,可见,气体对外做功,内能会减小。(3)比较图甲、乙、丙中三瓶中气体的温度,图乙瓶中水的温度最高,水的内能最大。
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