14.1 内能及其改变 讲义-2025-2026学年沪科版物理九年级全一册

第十四章 内能与热机 第一节 内能及其改变 4 学科网（北京）股份有限公司 一、物质的构成 1. 现代科学研究发现：常见的物质是由极其微小的粒子——分子、原子等构成的。 2. 对分子的说明 分子的直径极小，通常用10-10m为单位来量度分子。 肉眼甚至光学显微镜无法分辨分子，但靠电子显微镜能观察到。 由于分子很小，物体里含有的分子数通常是很多的。 例如：1cm³水中大约有3.35×1022个分子，如果一个同学每秒钟数80个分子，那么要把1 cm³水中的分子数完，大约需要10万亿年。 3. 下列说法中正确的是( ) A. 空气中细小的灰尘就是分子。 B. 大雾中，我们看到空气中极小的水珠就是一个个水分子。 C. 把一块铜块锉成极细的铜屑就是铜分子。 D. 分子非常小，人们无法直接用肉眼进行观察。 解析：微观世界的分子直接用肉眼是看不见的，我们肉眼能看到的也不是分子。答案：D 二、物质的扩散现象 1. 实验探究：气体的扩散 如图所示，在透明的玻璃瓶中分别装入空气和二氧化氮气体（将密度大的二氧化氮气体放在下面，密度小的空气放在上面，避免重力对实验造成影响），将中间的玻璃板抽掉，观察发生的现象。 【实验现象】两种气体均匀地混合在一起。 【实验结论】分子在永不停息地做无规则运动。 2. 实验探究：液体的扩散 如图所示，在装有清水的广口瓶底部注入硫酸铜溶液，静置一段时间后观察现象。 【实验现象】两种液体均匀地混合在一起。 【实验结论】分子在永不停息地做无规则运动。 3. 实验探究：固体的扩散 将打磨光滑的铅块和金块紧压在一起，几年后切开观察现象。 【实验现象】 将它们切开，发现铅块和金块相互渗透一些。 【实验结论】分子在永不停息地做无规则运动。 4. 扩散的概念 由于分子运动，不同的物质在互相接触时，彼此进入对方的现象，叫做扩散。 ★ 扩散现象说明： ①一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动； ②分子之间存在间隙。 ★ 扩散现象发生的条件： ①不同物质； ②相互接触，二者缺一不可。 ★ 注意： ①扩散现象既可以发生在相同状态的物质之间（如水和酒精之间）；也可以发生在不同状态的物质之间（如糖块和水之间）。 ②在相同的条件下，气体扩散最快，液体扩散较快，固体扩散最慢。 ③扩散是指‌不同种物质‌相互接触时，分子自发进入对方的现象（如香水在空气中挥发），其微观本质是分子运动。 热水与冷水混合变成温水，混合时仅是温度传递，不存在不同物质的渗透‌，这不是扩散现象， 5. 生活中的扩散现象 ①茉莉花盛开，满屋飘香（花散发出的香味分子运动到空气中）； ②汤锅中放一勺盐，整锅汤都会有咸味（食盐分子运动到汤水中）； ③煤炭堆放在石灰墙边，几年后石灰墙变黑（部分煤炭分子运动到石灰墙中） 6. 探究扩散快慢与温度的关系 准备两杯等质量的冷水和热水，同时向两杯中各滴入一滴红墨水，观察哪个烧杯中的墨水扩散得快。 【实验结论】分子运动的快慢与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈，物质扩散得越快。 注意：一切物质的分子都在不停地做无规则运动，不能错误的认为0℃以下物质的分子没有做运动。 7. 下列现象能说明分子在做无规则运动的是( ) A. 大雪纷飞 B. 稻浪起伏 C. 炊烟袅袅 D. 花香袭人 解析：分子运动属于扩散现象，是肉眼看不见的运动，机械运动是宏观上的运动，是肉眼能看见的运动；ABC的现象都是肉眼看见的运动，属于机械运动，而花香袭人是微观上的分子的无规则运动，属于扩散现象。 三、分子间的相互作用力 1. 实验探究：分子间的作用力 ①削平底面的两个铅柱压在一起，然后把一端悬挂起来，在另一端挂个较轻的钩码，观察是否会被拉开； ②用注射器抽取部分水，用手指封闭注射器的筒口，用力推压注射器的活塞，看看能否将水压缩。 【分析论证】 在实验①中，物体被悬挂起来，铅柱没有被拉开，说明两个断面的分子间存在相互作用的引力； 在实验②中，很难推动活塞，说明不容易将水压缩，说明水分子之间存在相互作用的斥力。 【探究结论】 分子之间存在着相互作用的“引力”和“斥力”。 注：分子间的引力和斥力是同时存在的，并不是有引力时就没有斥力，有斥力时就没有引力。 2.“类比法”理解分子间的作用力 分子间的相互作用力，什么时候表现为引力？什么时候表现为斥力呢？ 以下是引力、斥力的大小与分子间距的关系： 类比模型图是将分子间的作用力类比为弹簧与小球之间的作用力。 表示分子间的距离 表示分子间的平衡距离约为10－10m； ①当时 分析：相当于弹簧的自然伸长状态，，引力的斥力相互抵消，分子间作用力为零。 ②当时 分析：相当于压缩弹簧,,分子间距离变小，表现为斥力，有回到平衡位置的趋势。 ③当时 分析：相当于拉伸弹簧,, 分子间距离变大，表现为引力，有回到平衡位置的趋势。 ④当远大于时 分析：相当于弹簧被拉断，分子间的作用力十分微弱，可以忽略。 3. 物质三态的微观和宏观特性 固态：分子间距离很小，分子间的作用力很大；有一定的体积和形状，无流动性； 液态：分子间距离比固态略大，分子间的作用力较大；有一定的体积，但无固定的形状，有流动性； 气态：分子间距离很大，分子间的作用力很小，可以忽略，无固定的体积和形状，有流动性； 4. 关于分子间的作用力的说法中正确的是( ) A. 一根铁棒很难被拉断，这说明铁棒的分子间只存在引力； B. 液体容易流动，这说明液体分子间主要是斥力； C. 气体很容易被压缩的原因是气体分子间没有作用力； D. 分子间的距离减小则分子间的引力和斥力都增大。 解析：铁棒很难被拉断是因为分子间引力大于斥力，表现为较大的引力；液体容易流动，是因为液体分子间的引力较小，但液体分子间也同时存在着相互作用的引力和斥力；气体很容易被压缩，是因为气体分子间的距离很大时，引力和斥力都会变得很小，气体分子间不是没有作用力；分子间的引力和斥力都会随分子间的距离增大而减小，随分子间的距离减小而增大。 5. 同学们在学校的活动情况可以用来模拟粒子在不同物态中的活动情况，每位同学代表一个粒子。 图 可理解为组成固态物质的分子； 图 可看成液态物质的分子； 图 可看成气态物质的分子。 解析：乙图同学们正在上课，相当于固体有一定的形状和体积，分子排列紧密；丙图同学课间休息，相当于液体没有确定的形状，具有流动性；甲图同学室外活动，相当于气体具有很强的流动性。 四、物体的内能 1. 分子的动能和势能 分子动能：构成物质的分子在不停地做运动，运动的分子所具有的动能，叫作分子动能。 分子势能：由于分子之间存在相互作用的引力和斥力，所以分子也具有势能，这种势能叫作分子势能。 2. 内能 定义：物体内所有分子的动能和分子间相互作用的势能的总和，叫做物体的内能。 单位：内能是能量的一种形式，能量的单位是“焦耳”，内能的单位也是“焦耳”，符号是“J”。 对内能的理解： ①根据物体中的分子在永不停息地做无规则的运动可知，一切物体在任何情况下都具有内能。 ②内能具有不可测量性，即不能准确知道一个物体的内能的具体数值，但可以比较两个物体内能的大小。 3. 影响内能大小的因素 ①温度 温度越高，物体内部分子的无规则运动越剧烈，分子动能越大，物体的内能就越大。 ②质量 同种物质组成的物体在温度、状态一定时，物体的质量越大(分子的数量越多),物体的内能就越大。 ③物质的种类 不同物质的分子大小、结构不同，在温度、状态相同时，它们的分子动能、分子势能一般都不同，物体的内能一般也不同。 ④状态 相等质量的同种物质，在温度相同时，若其状态不同，分子间的距离也不同，相互作用力也不同，因此，内能的大小就不同。 如：1kg、0℃的水的内能大于1kg、0℃的冰的内能 4. 内能改变对物体的影响 内能的改变，会引起物体内部分子的运动及结构的变化，从而引起膨胀、熔化、凝固、蒸发等各种热现象。 5. 如图所示，a杯中水量较少，b、c、d杯中的水量相同，分析比较各杯水的内能大小。 ① 杯中水的内能最大，因为 ② 两杯中水的内能不好比较，因为 答案：①d，d杯中水的质量与b、c杯中的相同，比a杯中的多，且温度最高；②a、b，a杯中水的质量比b杯中的少，但温度比b杯中的高。 6. 改变内能的方式 ①实验探究：让笔杆热起来 →将铅笔放在热水中、太阳下或火炉边。热水、太阳、火炉是高温物体，笔杆是低温物体，内能从高温物体传递到低温物体。笔杆温度升高，内能增加。 →将铅笔放在衣服上、手掌上摩擦，没有高温物体和低温物体存在，笔杆的温度升高是通过克服摩擦做功的方法实现的。 ②探究结论 改变物体的内能，可以归结为两种方式： 一种是以内能的形式“从一个物体向另一个物体转移”，叫做“热传递”。 注：发生热传递时，能量一定是从高温物体传向低温物体，而不一定是从内能多的物体传向内能少的物体。直到温度相等为止。 另一种是从“其他形式的能量转化为内能或内能转化为其他形式的能量”，叫做“做功”。 注：外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，则物体的内能减少。 物体的内能发生改变，既可以通过“热传递”的方式，也可以用“做功”的方式。它们对于改变物体的内能是等效的。 7. 周末小红给家人做了一顿丰盛的晚餐。她在厨房烹饪食物时，主要是通过 （选填“做功”或“热传递”）方式增大食物的内能，家人在客厅闻到食物的香气，这是 现象；拿一根铜线去掉胶皮，反复在一个位置弯折，弯折处会热起来，是通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式改铜线的内能。 答：热传递，扩散，做功。 8. 古时候人们常钻木取火，下列情境中改变内能的方式与其相同的是( ) A. 吃饭时，金属勺放在热汤中会烫手； B. 冬天，搓手可以使手暖和； C. 发烧时，冷毛巾敷额头可以降温； D. 夏天，喝冷饮使人感到凉爽。 解析：钻木取火是克服摩擦做功，属于通过做功改变物体的内能；A.吃饭时金属勺放在热汤中会吸收热量，是通过热传递改变内能的；B.冬天搓手时克服摩擦做功，机械能转化为内能，属于通过做功改变物体的内能；C.发烧时，冷毛巾敷额头可以降温，是因为冷毛巾可以吸收热量，是通过热传递改变内能的；D.喝冷饮使人感到凉爽，冷饮会从人体吸收热量，是通过热传递改变内能的。 9. 下列关于如图的实验说法正确的是（　 ） A．胶塞冲出时看到“白气”说明物体对外做功，内能增加； B．“白气”是水蒸气液化生成，说明物体对外做功，内能减小； C．酒精灯燃烧的过程，内能转化为化学能； D．胶塞冲出时看到“白气”，水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能增加，这个过程中内能转化为机械能。 解析：A. 物体对外做功，内能减小；B.“白气”是水蒸气液化生成，说明物体对外做功内能减小；C.酒精灯燃烧的过程，化学能转化为内能；D.水蒸气对橡皮塞做功，内能减小。 10. 下列关于内能和温度的关系说法正确的是（　 ） A．温度越高的物体，内能越大； B．同一物体的质量和状态一定时，物体温度越高，内能越大； C．温度越高的物体，含有的热量越多； D．物体内能增加，一定吸收了热量。 解析：A.内能的大小与物体的质量、温度、状态等有关，只知道温度高低不能判断内能的大小；B.同一物体的质量和状态一定时，温度越高，内能越大；C.只能说物体吸收或放出的多少热量，而不能说含有多少热量；D.做功和热传递都改变物体的内能，物体内能增加，可能是吸收的热量，也可能是外界对物体做了功。 11. 下列内能和温度的关系说法正确的是（　 ） A．物体的内能增加了，温度一定升高； B．物体的温度升高了，不一定是吸热了； C．物体吸收了热量，它的温度一定升高，内能一定增加； D．物体的温度升高，内能一定增大，一定是吸收了热量。 解析：A.物体的内能增加了，温度不一定升高，如晶体熔化时不断吸热，内能增大，但是温度保持不变；B.物体的温度升高了，不一定是吸热了，还可能外界物体对它做功，故B正确；C.物体吸收了热量，内能一定增加，但温度不一定升高，如水沸腾时吸热内能增大，但是温度保持不变；D.物体的温度升高，内能一定增大，不一定是吸收了热量，还可能外界对它做功。 12. 在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了少许酒精的棉花，把活塞反复多次迅速压下去，你会观察到什么现象，请解释这种现象，该实验说明了什么？ 解析：当快速向下压活塞的过程中，活塞对筒内的空气做功，使得筒内空气的内能增加，温度升高，当温度达到其棉花的着火点时，筒内的棉花就会燃烧，这是通过做功改变了物体的内能。 13. 晴朗的夜空，我们常看见流星拖着一条长长的尾巴划过夜空，产生这种现象的原因是什么？ 答： 解析：流星是陨石和空气摩擦生热，将机械能转化为陨石的内能，使其温度升高，在空气中氧气的作用下发出的火光，它是通过做功的方法改变内能的。 14. 建筑工人用钻孔机钻孔时，钻头会发热，要不断给钻头浇水降温以保护钻头。请解释钻孔时钻头发热和浇水能给钻头降温的原因。 解析：钻头和墙相互摩擦，机械能转化为内能，钻头内能增大，温度升高，故钻头会发热。给钻头浇水，水的温度低于钻头的温度，水和钻头间发生热传递，从而降低钻头的温度避免钻头烧坏。 五、中考真题 1. 如图甲装置所示，探究“做功改变物体内能”，该装置由圆底烧瓶、温度传感器、橡皮塞、橡皮管、打气筒等组成。向圆底烧瓶内注入适量酒精，使用打气筒向烧瓶内打气，根据传感器数据采集的数据，电脑处理得到如图乙所示图像。 ①结合乙图分析，描述打气筒打气5秒后出现的实验现象： 答案：橡皮塞弹出，瓶口冒白雾，温度传感器显示温度下降。 ②有同学认为，图乙中BC段气体内能减少，温度降低是将内能转化为机械能的过程。以下改变内能的方式中，与BC段不相同的是： A．用锤子敲打钉子时，钉子变热； B．水沸腾时，水蒸气将壶盖顶起； C．从滑滑梯上处滑落，臀部变热； D．用通电的电炉加热水，水温升高； 解析：A.用锤子敲打钉子时，钉子发热，是通过做功的方式改变物体内能，机械能转化为内能；B.水沸腾时，水蒸气将壶盖顶起，是内能转化为机械能；C.从滑滑梯上处滑落，臀部变热，克服摩擦力做功，是机械能转化为内能；D.用通电的电炉加热水，水温升高，是通过热传递使水的内能增加。 ③用本装置进行实验时能否去掉瓶内的酒精，请判断并说明理由。 答： 解析：实验的目的是为了探究做功可以改变物体的内能，如果去掉酒精，则温度传感器可以测量瓶内空气的温度的变化，也可以完成实验探究。 2. 如图甲，把两实心铝块（质量）紧紧挨在一起，铝块N传递热量到铝块M，则（　 ） A. 铝块N的内能一定大于铝块M的内能； B．铝块N的分子热运动一定比铝块M的分子热运动更剧烈； C．这个过程中，铝块N的内能不断增大； D．若把铝块N、M的位置交换（如图乙），则热量将从铝块M传递热量到铝块N。 解析：热传递的条件是要有温度差，铝块N传递热量到铝块M，说明铝块N的温度比铝块M高，所以铝块N的分子热运动一定比铝块M的分子热运动更剧烈。 $$