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第十三章 內能
第2節 內能
要點一、內能
①分子動能：分子在不停地作無規則的運動，同一切運動的物體一樣，運動的分子也具有動能。分子由于運動而具有的能叫做分子動能。物體的溫度越高分子熱運動的速度越大，動能越大。
②分子勢能：由于分子之間存在類似彈簧形變時的相互作用，因而分子具有勢能叫做分子勢能。
③物體的內能：構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內能。單位：焦耳（J），各種形式能量的單位都是焦耳。
要點詮釋：
（1）從五個方面理解物體的內能
①內能是指物體的內能，不是分子的內能，更不能說是個別分子和少數分子所具有的能量，而是物體內部所有分子共同具有的分子動能和分子勢能的總和。
②一切物體在任何情況下都具有內能。根據分子動理論可知，一切物體中的分子都在不停地做無規則運動，分子間都有分子力的作用，無論物體處于何種狀態、是何形狀、溫度是高是低都是如此。因此，一切物體在任何情況下都具有內能。例如，50℃的水具有內能，0℃的水具有內能，-10℃的冰仍然具有內能，只是對于同樣的水，溫度降低時其內能減少了而已。
③內能具有不可測量性，即不能準確知道一個物體的內能的具體數值。
④物體的內能可以發生改變，內能發生變化時，物體的表現方式有溫度改變和物態改變兩種。
⑤內能是不同于機械能的另一種形式的能，機械能與整個物體的機械運動情況有關，而內能與物體內部分子的熱運動和分子之間的相互作用情況有關。
（2）影響物體內能大小的因素
決定因素 物體內能大小的解釋
物體的質量 它反映了物體內部分子數的多少。在其他條件相同的情況下，分子數目越多，分子動能和分子勢能的總和越大。例如同樣是20℃的一桶水和一杯水，一桶水的內能就比一杯水的內能大的多。所以，同溫度、同物態、同一種物質組成的物體的內能與它的質量有關，質量越大，內能就越大；質量越小，內能就越小
物體的溫度 它一方面反映了物體內部分子運動的劇烈程度，溫度越高，分子平均速度越大，分子動能就越大。另一方面，對于固體和液體，分子平均速度越大，分子偏離平衡位置的距離也越大，也就是熱脹冷縮現象，此時物體體積變大，分子勢能也變大。所以物體的溫度越高，內能越大。
物體的體積 它反映了分子間平均距離的大小，因此分子間距離的大小變化引起分子力大小的變化，從而影響到分子勢能的大小，也影響了物體內能的大小。
物質的種類 因為不同物質的分子大小、結構不同，分子間作用力也不同，在溫度相同時，它們的分子動能、分子勢能也不相同。
物體的物態 物體的物態不同，其分子間的距離不同，相互作用力也不同，分子勢能就會不同。因此，物體的物態不同，其內能也不同。例如，100g0℃的冰與100g0℃的水比較，冰熔化成水時需吸收熱量，故水的內能更大
要點二、物體內能的改變
（1）熱傳遞改變物體的內能
條件 不同物體或同一物體的不同部分之間存在溫度差
方向 由高溫物體轉移到低溫物體或由同一物體的高溫部分轉移到低溫部分
過程 高溫物體→放出熱量→內能減少→溫度降低；低溫物體→吸收熱量→內能增加→溫度升高
結果 不同物體或同一物體的不同部分溫度升高
實質 內能發生了轉移，能的形式并未發生改變
（2）做功改變物體的內能
做功可以改變物體內能，對物體做功，物體的內能會增加；物體對外界做功，物體內能會減少。
要點詮釋：
（1）熱傳遞和做功的區別
實質 條件 方式（方法） 舉例
熱傳遞 內能的轉移過程 不同的物體或物體的不同部分之間存在溫度差 熱傳導、熱對流、熱輻射 燒紅的鐵塊放入冷水中，內能從高溫鐵塊轉移到低溫的水，鐵塊的內能減少，水的內能增加
做功 其他形式的能與內能之間的相互轉化過程 外界對物體做功，物體的內能增加 壓縮體積、摩擦生熱、鍛打物體、擰彎物體 打氣筒打氣、鉆木取火、來回多次彎折細金屬絲
物體對外界做功，物體的內能減少 體積膨脹等 裝著開水的暖水瓶內的水蒸氣將瓶蓋頂起來，水蒸氣的內能減少
（2）做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的
改變物體內能的途徑有兩個：做功和熱傳遞。一個物體內能的改變，可以通過做功的方式，也可以通過熱傳遞的方式來實現，即做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的。
要點3、熱量
（1）定義：在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫做熱量。熱量用符號Q表示。
（2）單位：熱量和功都可以用來量度物體內能的改變，所用的單位相同，功的單位是焦耳，熱量的單位也是焦耳，內能的單位也是焦耳，符號是J。
要點詮釋：
（1）理解熱量的概念應注意以下三點
①熱量是內能轉移多少的量度，是一個過程量，可以用“吸收”或“放出”來表述
②物體放出了多少熱量，內能就減少多少；物體吸收了多少熱量，內能就增加多少。但要注意，內能減少或增加并不只與放出或吸收熱量有關，做功也可以改變物體的內能。
③熱量的多少與物體能量（內能）的多少、物體溫度的高低沒有關系。
（2）溫度、熱量、內能是熱學中的三個基本物理量，應正確理解三者之間的區別與聯系。
溫度 熱量 內能
定義不同 宏觀上：表示物體的冷熱程度。微觀上：反應物體內大量分子無規則運動的劇烈程度 在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少 構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和
量的性質 狀態量 過程量 狀態量
表述 可以用“降低”“升高”“降低到”“升高到”“是”等表述 可以用“吸收”或“放出”等表述 可以用“有”“具有”“改變”“增加”“減少”等表述
單位 攝氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J）
關系 熱傳遞可以改變物體的內能，使其內能增加或減少，但溫度不一定改變（如晶體的熔化、凝固過程），即物體吸熱，內能會增加，物體放熱，內能會減少，但物體的溫度不一定發生改變
（3）易混點：內能與機械能
內能 機械能
區別 概念 構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和 動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能
影響因素 物體的溫度、體積、質量、物態、材料等 物體的質量、速度、被舉高的高度或彈性形變的程度
研究對象 微觀世界的大量分子 宏觀世界的所有物體
存在條件 永遠存在 運動或在高處或發生彈性形變
聯系 物體的內能與物體的運動狀態、所處的高度以及是否發生彈性形變無關，所以具有機械能的物體同時一定具有內能，但具有內能的物體卻不一定具有機械能。
3.3.1了解內能和熱量。
【例題1】仔細觀察圖中（a）、（b）、（c）三杯水，判斷下列說法正確的是（　　）
A．（a）杯中水的內能最大
B．（b）杯中水的內能最大
C．（c）杯中水的內能最大
D．（b）、（c）杯中水的內能一樣大
【分析】
物體的內能與溫度、體積（質量）和物質的狀態等因素有關。
【解答】
解：物質的質量越大，溫度越高，內能越大；（c）杯中水的質量大、溫度高，所以該杯中水所具有的內能最大，故C正確，ABD錯誤。
故選：C。
【例題2】如圖所示的兩個集氣瓶的容積相等，二氧化氮的密度大于空氣，抽開玻璃板一段時間后，可以看到兩個集氣瓶的氣體混合到一起。在此過程中，整個氣體的內能 （選填“變小”、“變大”或“不變”），你的判斷依據是 。
【分析】
（1）不同的物質相互接觸時，彼此進入對方的現象叫做擴散，擴散現象說明了分子在不停地做無規則運動；
（2）整個氣體由靜止變為運動，動能增大；整個氣體原來的重心位置較低，密度較大的二氧化氮氣體向上運動過程中，整個氣體的重心上升，重力勢能增大；結合機械能的定義分析機械能的變化；機械能和內能之間可以發生相互轉化。
【解答】
解：二氧化氮的密度大于空氣密度，但是它也會運動到上面的瓶子內，使得兩個瓶子中的顏色是均勻的；這說明氣體分子在不停地做無規則運動，這屬于擴散現象；整個氣體由靜止變為運動，動能增大；整個氣體原來的重心位置較低，密度較大的二氧化氮氣體向上運動過程中，整個氣體的重心上升，重力勢能增大，所以整個氣體的機械能增大；增大的機械能是由氣體的內能轉化而來，所以整個氣體的內能減小。故答案為：變小；混合之后氣體的機械能變大。
【例題3】明末科學家宋應星編寫的《天工開物》是一部百科全書式的科學巨著。書中全面、系統地記錄了我國古代農業和手工業的生產技術，在科學史上具有很高的價值。書中《冶鑄》篇記錄了鑄造銅鐘的過程，大致分為“制模一熔煉一澆鑄一脫模—打磨”的過程。下列說法中錯誤的是（　　）
A．整個鑄造過程中，金屬經歷了熔化和凝固的物態變化
B．熔煉過程中，金屬溫度不斷升高，直到全部變為液態
C．澆鑄過程中，金屬向外放熱，內能不斷降低
D．打磨過程中，銅鐘的質量不斷減小
【分析】（1）凝固是指物質由液態變成固態的過程，凝固放熱；熔化是指物質由固態變成液態的過程，熔化吸熱；晶體的熔化過程吸熱溫度不變；（2）打磨過程中，有質量損失。
【解答】A、整個鑄造過程中，金屬經歷了先熔化成液態的銅水，再凝固成固態的銅塊，故A正確；
B、銅是晶體，熔化過程中吸熱溫度不變，故B錯誤；
C、澆鑄過程中，是液態到固態，凝固放熱，內能不斷降低，故C正確；
D、打磨過程中，有質量損失，銅鐘的質量不斷減小，故D正確。
故選：B。
【例題4】《天工開物》集合了我國勞動人民的智慧結晶，圖中真實描繪了我國古代冶鑄生產的情景。失蠟法是青銅等金屬器物的精密鑄造方法之一，這種方法的流程分為三步，分別是用易熔化的石蠟和細泥漿制成蠟模并硬化成鑄形，之后將鑄形烘燒陶化，再往內部澆注銅水制成器物。關于青銅器鑄造過程中的物理知識正確的是（　　）
A．失蠟法中蠟模用的石蠟是晶體
B．石蠟形成鑄形過程中先熔化后凝固
C．銅原料熔化過程中含有的熱量變多
D．向鑄形內注入銅水時，上方出現的“白氣”是高溫蒸氣
【分析】（1）晶體有固定的熔點，在熔化過程中，溫度始終保持不變。
（2）熔化指物質由固態轉變成液態；凝固指物質由液態轉變為固態。
（3）熱量是過程量，不能說含有熱量。
（4）液化指物質由氣態轉變成液態，液化要放熱。
【解答】A、石蠟熔化時沒有固定的熔點，故A錯誤；
B、石蠟形成鑄形過程中先熔化后凝固，故B正確；
C、銅原料熔化過程中含有的內能變多，故C錯誤；
D、向鑄形內注入銅水時，上方出現的“白氣”是高溫蒸氣液化成的小水滴，故D錯誤。
故選：B。
1. 2023年6月4日“神十五”航天員乘組安全返回地球。返回艙在下落的過程中，重力勢能不斷 ；在軌期間，他們首次出色地完成斯特林熱電轉化實驗，實現了將內能高效轉化為 能，減少了對傳統太陽能的依賴，為將來擴大太空探索的深度和廣度提供能源保障。
2. 如圖所示，開封的民間藝人會制作一種“糖人”，先把糖加熱到流體狀態，用它畫成各種小動物圖案，再慢慢晾干變硬。把糖加熱，糖會 變成流體狀態，這個過程需要 熱量，糖的內能 。
3. 廣西恭城油茶至今已有一千多年歷史。小明向父母展示在學校學到的油茶制作過程，用油炒制老葉紅茶至焦香，再放生姜和水熬煮而成。將煮好的油茶用碗盛出，端起時覺得碗很燙手，熱氣騰騰的油茶聞起來很香，冷了的油茶香味沒那么香。請用所學的物理知識解釋碗燙手和熱油茶聞起來更香的原因。
4. 茶是世界三大飲品之一，起源于中國，盛行于世界。2020年5月21日是聯合國確定的首個“國際茶日”，農業農村部與聯合國糧農組織開展系列宣傳活動，國家主席習近平致信表示熱烈祝賀。
（1）如圖所示的茶壺利用了 原理，方便倒水飲茶。
（2）用熱水沖泡茶葉時，茶葉隨水而動，說明力可以改變物體的 ；茶葉的溫度升高，內能增加，這是通過 的方式改變了茶葉的內能。
（3）泡茶時茶香四溢說明分子 。
（4）懸浮在水中的茶葉受到的重力和茶葉受到的浮力是一對 （選填“平衡力”或“相互作用力”）。
5. 圖甲是長征系列火箭搭載夢天實驗艙發射時的情景，火箭點火升空將實驗艙送入到預定軌道后，末級火箭與實驗艙分離，墜入大氣層，與大氣劇烈摩擦使末級火箭絕大部分燒蝕銷毀。在預定軌道上實驗艙使用電推系統向不同方向噴射氣體實現多次變軌，最終與“天宮號”空間站完成對接，如圖乙所示。
（1）夢天實驗艙加速升空過程中，重力勢能 ，機械能 。（均選填“變大”“變小”或“不變”）
（2）末級火箭與實驗艙分離，掉入大氣層與空氣劇烈摩擦溫度升高，是通過 （選填“熱傳遞”或“做功”）方式改變內能；實驗艙使用電推系統向不同方向噴射氣體實現變軌，說明力的作用 （選填“是”或“不是”）相互的；實驗艙靠近空間站過程中，以空間站為參照物，實驗艙是 （選填“運動”或“靜止”）的。
（3）在空間站，航天員能完成的實驗是 。
A.探究液體壓強與哪些因素有關 B.探究浮力大小與哪些因素有關
C.驗證牛頓第一定律 D.用托里拆利實驗測量實驗艙的氣壓
6. 小軍喜歡喝咖啡，在沖調咖啡時總能聞到一股濃濃的香味。圖是一杯剛沖調的咖啡，關于這杯咖啡的說法錯誤的是（　　）
A．咖啡在冷卻的過程中，對外做功，內能減少
B．咖啡在冷卻的過程中，內能減少，溫度降低
C．咖啡在冷卻的過程中，通過熱傳遞方式改變了內能
D．剛沖調的咖啡，由于溫度較高，分子熱運動更劇烈
1. 閱讀下面的短文，回答問題。
為什么熱水會使玻璃破裂
將熱水倒進玻璃杯中時，老練的主婦會先在杯中放一個湯匙，湯匙若是銀制的則更佳。這雖然是日常生活中的普通常識，但究竟根據的是什么原理呢？
根本原因是玻璃的膨脹不均勻，所以會破裂。當熱水進入杯子時，杯子的側壁無法一下子全被加熱。首先，側壁內側會被加熱，而外側仍保持著較低的溫度，因此，內側部分迅速膨脹，而外側部分依然維持原狀。在這種情況下，外側會受到內側的強壓而被脹破。
有些人以為較厚的杯子不容易破裂，其實這是錯誤的認識。倒進熱水時，厚杯子更容易破，薄杯子反而不易破裂。原因是薄杯子的外側可以較快地被加熱，使內外溫度相等，膨脹均勻；相反厚杯子的外側不可能較快地被加熱，從而形成內外較大的溫差，導致膨脹不均勻，杯子破裂。但是，薄杯子側壁薄還不夠，杯底也必須要薄。因為，在倒進熱水時，首先被加熱的是杯底。如果杯底很厚，即使側壁很薄也沒用，杯子依舊會破。此外，底部附帶著厚臺的玻璃杯也比較容易破裂。玻璃器皿愈薄，盛熱水時就愈不易破裂。例如非常薄的燒杯，在杯中放水，直接用瓦斯爐來加熱，也不會破裂。加熱時能完全不膨脹，這才是最理想的容器。
玻璃杯不但在突然加熱時不耐用，就是在突然冷卻時也很容易破裂，理由是收縮不均勻。換言之，在冷卻時，外側已開始收縮，內側卻尚未收縮，外側擠壓內側，從而導致破裂。所以，在把熱果醬放入瓶中后，切忌將瓶子放進水中冷卻。
說到這里，我再來分析杯中放進湯匙的作用。
因為在熱水倒入玻璃杯時，湯匙會吸收一部分熱量，假如湯匙是金屬制成的，而金屬是熱的良導體，它能使熱水的溫度降低，使熱水變成溫水，在這種情況下，杯子當然不會破裂。接著，我們繼續倒入開水，就不會有太大的危險，因為玻璃杯的溫度只是升高一點點而已。
那么，銀匙為什么更好呢？……
回答問題：
（1）玻璃杯破裂的基本原因是 。
（2）什么玻璃杯不易破裂 （選填“薄的”或“厚的”）。
（3）為什么放入湯匙后，玻璃杯不易破裂 。
（4）猜想一下銀匙為什么更好呢？ 。
2. 4月16日，神舟十三號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸。搭載著翟志剛、王亞平、葉光富三名航天員躍入天際，穩穩降落在東風著陸場。如圖所示是“神舟十三號”飛船的返回艙。返回艙重返地球時，為避免與大氣劇烈摩擦產生的高熱燒穿艙壁，返回艙表面涂有防熱材料。返回艙的總質量為3.2×103kg。表面防熱材料的質量為500kg,比熱容為4×103J/（kg ℃），回答下列問題：
（1）返回艙進入地球大氣層時與大氣劇烈摩擦，通過 方式增加了返回艙表面的內能，該過程與內燃機的 沖程能量轉化相同。
（2）返回艙在大氣層中下落15000m,重力做功多少焦？
（3）若返回艙進入大氣層后，下落時減少的重力勢能轉化為內能的40%被防熱材料吸收。則防熱材料升高的溫度是多少？
3. 閱讀分析題
熱阻
當物體或物體的不同部分之間存在溫度差時，就會發生熱傳遞。熱傳導是熱傳遞的一種方式，物體對熱量的傳導有阻礙作用，稱為熱阻，用R表示。物體的熱阻與物體在熱傳導方向上的長度L成正比、與橫截面積S成反比，還與物體的材料有關，關系式為R=，式中λ稱為材料的導熱系數，不同材料的導熱系數一般不同。房屋的墻壁為了保溫，往往使用導熱系數較小的材料。如果墻壁一側是高溫環境，溫度始終為t1，另一側是低溫環境，溫度始終為t2，墻壁溫度變化隨著厚度改變而均勻遞增（或遞減），所以在墻壁中形成穩定的熱量流動，則單位時間內從高溫環境傳導到低溫環境的熱量Q與墻壁兩側的溫度差成正比，與墻壁的熱阻成反比。
（1）發生熱傳導的條件是相互接觸的物體之間存在 。
（2）熱量傳導過程和電流相似，溫度差相當于電路中 。
A.電流； B．電壓； C．電阻； D．電功率
（3）銅湯勺放在熱湯中，把手很快就會燙手，而塑料把手的湯勺不會燙手。由此可知銅和塑料的導熱系數大小：λ銅 λ塑料（填“＞”“＜”或“=”）。
（4）如圖甲所示，熱量在墻壁中傳導，虛線標出的墻壁正中間處的溫度為 。
（5）圖乙中圖像與文中信息描述一致的是 。
參考答案：
熱身訓練：
1. 減小；電；
2. 熔化；吸收；增加；
3. 答：碗的溫度高于手的溫度，碗和手之間發生熱傳遞，手的內能增加溫度升高，所以覺得碗燙手。聞到香味說明分子不停地做無規則運動，是擴散現象，溫度越高，分子無規則運動越劇烈，擴散現象越明顯，熱油茶聞起來更香；
4. （1）連通器；（2）運動狀態；熱傳遞；（3）在不停地做無規則運動；（4）平衡力；
5. （1）增大；增大；（2）做功；是；運動；（3）C；
6. A。
拓展閱讀：
1. （1）玻璃的膨脹不均勻；（2）薄的；（3）金屬是熱的良導體，它能使熱水的溫度降低，使熱水變成溫水；（4）因為銀匙的導熱性能更好；
2. （1）做功；壓縮；
（2）返回艙在大氣層中下落15000m,重力做功4.8×108J；
（3）防熱材料升高的溫度是96℃。
3. （1）溫度差；（2）B；（3）＞；（4）(t1+t2)/2；（5）B。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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