2.2.1 物体的内能-内能 物体内能的改变(举一反三·讲义)科学新教材浙教版九年级上册
2026-09-15
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精品
摘要:
本讲义聚焦物体的内能及改变这一核心知识点,先梳理内能的构成(分子动能和势能)、特点(一切物体都有内能,与温度、质量有关),再对比内能与机械能的区别联系,最后讲解改变内能的两种方式(热传递和做功)及温度、热量、内能的辨析,构建完整学习支架。
该资料以知识框架+归纳结构化呈现,通过表格对比强化科学思维,结合南极冰山、古代省油灯等情境例题及压缩气体实验活动培养探究实践能力,课后分层作业助力学生查漏补缺,有效提升科学观念应用与知识巩固效果。
内容正文:
2.2.1 物体的内能——内能 物体内能的改变
【新教材浙教版】
【知识框架+知识精讲(1个知识归纳)+课后作业(8基础7强化题)】
模块二 知识精讲
知识归纳
【知识点1 内能】
1.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,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,它们具有的动能就越大。
2.分子势能
分子间存在相互作用的引力和斥力,且分子间有空隙,所以分子具有势能,称为分子势能。
3.物体的内能
(1)定义
构成物质的所有分子,其热运动的动能和分子势能的总和,叫作物体的内能,俗称热能。内能的单位是焦耳(J)。
(2)特点
①一切物体在任何情况下都具有内能。
一切物体,不论温度高低,处于什么状态,都具有内能。炽热的钢水具有内能,寒冷的冰雪也具有内能。这是因为分子热运动和分子间的相互作用力始终存在。
②物体内能的大小与温度有关。
物体温度升高,分子热运动加快,内能增加;反之,物体内能减少。
③物体内能的大小与质量有关。
相同状况下的同种物质,质量越大,内能越大。如相同状况下的一杯水和一桶水,后者内能更大。
【注意】
(1)内能是指物体的内能,不是分子的内能,更不能说是个别分子和少数分子所具有的,而是物体内部所有分子共同具有的动能和势能的总和,所以单纯考虑一个分子的动能和势能是没有现实意义的。
(2)内能具有不可测量性,即不能准确地知道一个物体内能的具体数值,但我们可以比较同一物体在不同状态或者不同温度下的内能大小。
(3)因为构成物质的微粒在永不停息地做无规则运动,所以一切物体,不论温度高低,都具有内能。对同一物质,温度升高、分子热运动加快、内能增大。
【点拨】机械能和内能是完全不同的两种形式的能量。
4.内能和机械能的区别和联系
项目
内能
机械能
不同点
影响
因素
与物体的温度、质量等有关
与物体的质量、速度、被举高的高度、弹性形变有关
大小
内能=分子动能+分子势能
内能不可能为零
机械能=动能+势能
机械能可以为零
相同点
都是能的形式,具有能的物体都能够对外做功
联系
一个物体可以同时具有机械能和内能,机械能和内能可以相互转化
【例1】(2026·宁波慈溪期末)关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A.同一物体温度升高,它的内能一定增大
B.温度为0℃的物体没有内能
C.具有内能的物体一定具有机械能
D.温度相等的一杯水和一桶水的内能相同
【答案】A
【解析】A、同一物体温度升高,分子无规则运动加剧,分子动能变大,所以内能增大,故A正确;B、因为一切物体都具有内能,0℃的冰同样具有内能,故B不正确;C、一切物体在任何情况下都具有内能,具有机械能的物体也一定具有内能,但具有内能的物体不一定具有机械能,故B不正确;D、影响物体内能大小因素的有温度、质量和状态,一桶水和一杯水虽然温度相同,但是质量不相同,故内能也不同,故D不正确。
【变式1-1】南极是世界上最冷的地方,常年平均气温为−30℃。一天,南极上的小企鹅豆豆和丁丁(如图)之间发生了一次有趣的对话,它们的部分对话如下,其中正确的是( )
A.豆豆:这里太冷了,冰山肯定没有内能了
B.丁丁:再冷,组成冰山的分子也在做热运动呀,所以冰山也有内能
C.豆豆:冰天雪地的,空气中肯定没有水蒸气了
D.丁丁:冰山熔化成水,质量不变,内能也不会变化
【答案】B
【解析】一切物体在任何情况下都有内能;即使是冰天雪地,空气中也会有水蒸气;冰山熔化成水,此过程中吸收热量,内能变大,故A、C、D错误。组成物质的分子在永不停息地做无规则运动,所以冰山也有内能,故B正确。
【变式1-2】下列说法中正确的是( )
A.静止在地面上的冰块没有内能
B.空中飞行的飞机比地面上静止的火车的内能大
C.动能大的物体内能一定大
D.自然界中任何状态下处于任何位置的物体都有内能
【答案】D
【解析】一切物体都具有内能,静止在地面上的冰块也有内能,A错误,D正确;内能的大小和温度、质量、状态等有关,空中飞行的飞机和地面上静止的火车的内能无法比较,B错误;内能和动能是两种不同形式的能,两者的大小没直接关系,所以动能大的物体内能不一定大,C错误。
【知识点2 物体内能的改变】
物体内能改变的方法有两种:热传递和做功。
1.热传递可以改变物体的内能
(1)对热传递的理解
(2)热量
①热量指在热传递过程中,传递内能的多少。物体从外界吸收多少热量,内能就增加多少;物体向外界放出多少热量,内能就减少多少。所以可以用热量来量度内能的变化。
②正确理解热量
热量是热传递过程中物体内能的改变量,因此,热量是个过程量。只有在热传递过程中,才能谈论热量,离开热传递过程谈热量是毫无意义的。
【注意】
(1)不能说某个物体具有或含有多少热量,更不能比较两个物体的热量的多少。热量只能与表示过程的词语连用,如“吸收热量”“放出热量”等。
(2)吸收或放出热量的多少与物体内能的多少、温度高低无关。
2.做功可以改变物体的内能
(1)探索活动:做功能否改变物体的内能
活动一
活动二
(2)做功改变内能的实质
做功改变物体内能的实质是其他形式的能与物体内能相互转化。外界对物体做了多少功,就有多少其他形式的能转化为内能;物体对外做了多少功,就有多少内能转化为其他形式的能。功可以用来量度物体内能改变的多少。
(3)做功和热传递对改变物体的内能是等效的
物体的内能发生改变,可能是通过热传递实现的,也可能是通过做功实现的,若不知道具体过程,则无法确定具体的改变方式。
【方法技巧】改变物体内能的方式的识别方法
(1)抓住关键词判断内能改变方式:凡是带有“加热”“遇冷”等词语来描述物体温度变化的情景,一般是通过热传递的方式来改变物体的内能;凡是带有“压缩”“搓手”“摩擦”“拧弯”“钻木”等词语来描述运动形式的情景,一般是通过做功的方式来改变物体的内能。
(2)利用能量变化方式判断内能改变方式:物体间若发生了内能与其他形式的能之间的转化,就是通过做功改变物体的内能;物体间若只发生了能的转移,就是通过热传递改变物体的内能。
3.温度、热量、内能之间的区别与联系
项目
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,传递内能的多少
构成物质的所有分子,其热运动的动能和分子势能的总和
量的性质
状态量
过程量
状态量
表述
“降低”“升高”或“是”
“放出”或“吸收”
“有”“具有”“改变”“增加”“减少”
单位
摄氏度(℃)
焦耳(J)
焦耳(J)
联系
温度的变化,可以改变一个物体的内能,传递热量的多少可以量度物体内能改变的多少。物体吸收或放出热量,它的内能会发生改变(如果吸收热量的同时也对外做功,则内能不一定增加),但它的温度不一定改变。如冰熔化时要吸收热量,内能增加,但温度却保持在0℃不变。同样,物体放出热量时,温度也不一定降低。
【拓展】辨别生活中“热”的不同含义
温度、热量和内能是热学中三个基本的物理量,在日常生活中都用“热”来表示,但三者的实质又有不同,十分容易混淆。
1.“天气热”表示气温高,这里的“热”指温度高。
2.“摩擦生热”表示克服摩擦力做功消耗了机械能,增加了内能,这里的“热”指内能。
3.“液化放热”是指液化时放出热量,这里的“热”指热量。
【例2-1】如图,小明将数字温度计测温探头置于注射器内并密封,向左推动活塞并观察温度计示数变化。关于此过程说法正确的是( )
A.温度计示数变小
B.通过热传递改变气体内能
C.保持活塞不动,取下橡皮帽,温度计示数不变
D.撤去外力,活塞快速向右运动,温度计示数减小
【答案】D
【解析】向左推动活塞并压缩气体做功,活塞的机械能转化为密封气体的内能,则密封气体内能一定增加,温度一定升高,所以温度计示数变大,AB错误;保持活塞不动,取下橡皮帽,气体对外做功,内能减小,温度降低,温度计示数减小,C错误。撤去外力,活塞快速向右运动,气体对外做功,内能减小,温度降低,温度计示数减小,D正确。
【例2-2】下列关于温度、内能和热量的描述中,正确的是( )
A.物体吸收热量时,温度一定升高
B.做功和热传递都能改变物体的内能
C.物体的内能越大,其含有的热量就越多
D.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
【答案】B
【解析】物体吸收热量时,温度不一定升高,如冰熔化时吸热,但温度保持不变,A错误;热量是过程量,只能描述为“吸收热量”或“放出热量”,C错误;热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递,D错误。
【变式2-1】如图是古代省油灯的示意图。它下层盛水,能减慢上层油的消耗。将灯芯点燃后,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
【答案】A
【解析】将灯芯点燃后,水在升温的过程中,吸收热量,水的温度升高,内能增加。故选A。
【变式2-2】下列各项都能使图中瓶内铁屑的内能增加,其中属于做功改变铁屑内能的是( )
A.不断晃动瓶子 B.用酒精灯加热 C.用手捂瓶子 D.在烈日下照射
【答案】A
【解析】不断晃动瓶子,铁屑与瓶壁之间有摩擦,铁屑在此过程中要克服摩擦做功,使铁屑的内能增加,温度升高,属于做功改变铁屑的内能,故A符合题意;B、C、D中,瓶内铁屑分别从酒精灯火焰、手和太阳中吸收热量,都属于通过热传递增加铁屑的内能,故B、C、D不符合题意。
【变式2-3】如图所示,对于图片中所描述的物理过程,下列分析中正确的是( )
A.图甲,厚玻璃内的空气被压缩时,空气的内能减少
B.图乙,瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气的内能增大
C.图丙,试管内的水蒸气推动了塞子冲出时,水蒸气的内能减少
D.图丁,汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大
【答案】C
【解析】A.图甲,厚玻璃内的空气被压缩时,活塞对空气做功,瓶内空气温度升高,空气的内能增加;故A错误;B.图乙,瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气对活塞做功,空气的内能减小;故B错误;C.图丙,试管内的水蒸气推动了塞子冲出时,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能减少;故C正确;D.图丁,汽缸内的气体推动活塞向下运动时即做功冲程,内能转化为机械能,气缸内气体的内能减少;故D错误。
模块三 课后作业
基础巩固
1.关于内能,下列说法正确的是( )
A.0℃的物体没有内能
B.内能大小与温度无关
C.具有机械能的物体不一定有内能
D.物体具有内能,也可以同时具有机械能
【答案】D
【解析】一切物体都有内能,温度为的物体也具有内能,故A、C错误;内能的大小与物体的温度、质量、状态等有关,故B错误;内能是指构成物质的所有分子,其热运动的动能和分子势能的总和,机械能是指物体由于机械运动而具有的能,两者可以同时具有,故C错误,D正确。故选D。
2.(2025·宁波江北区二模)某同学用不锈钢水壶烧水,下列做法能缩短水烧开时间的是( )
A.用小火持续加热
B.烧水时不盖壶盖
C.仅装入半壶常温的水
D.使用刚从冰箱取出的冷水
【答案】C
【解析】用小火持续加热,提供的热量较少,单位时间内水吸收的热量也少,会延长水烧开的时间,故A不符合题意;烧水时不盖壶盖,热量容易散失到周围空气中,导致水吸收的热量减少,从而延长水烧开的时间,故B不符合题意;仅装入半壶常温的水,水的质量减半,根据在相同的热源下,升高相同的温度,质量越小,需要吸收的热量越少,所以能缩短水烧开的时间,故C符合题意;使用刚从冰箱取出的冷水,水的初始温度较低,与常温的水相比,要升高到沸点需要吸收更多的热量,会延长水烧开的时间,故D不符合题意。故选C。
3.(2025·杭州拱墅区期末)关于温度、热量和内能,下列说法正确的是( )
A.温度高的物体内能一定大,温度低的物体内能一定小
B.物体的内能与温度有关,只要温度不变,物体的内能就一定不变
C.内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
D.物体的温度越高,所含热量越多
【答案】C
【解析】内能的大小与物体的质量、温度、状态有关,温度不是决定物体内能大小的唯一因素,故A、B错误;发生热传递的条件是存在温度差,与内能的大小无关,内能小的物体也可能是温度高的物体,所以内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体,故C正确;热量是一个过程量,不能说某物体含有或具有多少热量,故D错误。故选C。
4.(2026浙江杭州期中)“淬火”是金属热处理工艺之一,即把金属制品加热到一定温度后放在水、油或空气中迅速冷却,以提高金属的硬度和强度。当金属和水热传递停止时,说明它们具有相同的( )
A.温度 B.热量 C.质量 D.内能
【答案】A
【解析】发生热传递的条件是存在温度差;当金属和水热传递停止时,说明它们具有相同的温度。热量是过程量,不能说“具有”热量。无法判断水和金属的质量及内能是否相同,故A正确,B、C、D错误。故选A。
5.(2025·金华东阳二模)如图所示,瓶内装有少量水和酒精,用气筒打气,瓶塞跳出,同时瓶内出现大量白雾。瓶塞跳出时,瓶内气体做功和温度变化情况描述正确的是( )
A.气体对外界做功,温度升高
B.气体对外界做功,温度降低
C.外界对气体做功,温度升高
D.外界对气体做功,温度降低
【答案】B
【解析】在瓶塞跳出的过程中,瓶内气体对活塞做功,其内能转化为瓶塞的机械能,则瓶内气体的内能减少、温度降低。
6.冬日取暖要注意安全,下列四种取暖方式仅发生能量转移的是( )
A.用热水袋暖手 B.用电暖器取暖 C.烧柴火取暖 D.搓手取暖
【答案】A
【解析】能量转移过程中,能量的形式没有发生改变;能量转化过程中,能量的形式发生了改变。:A、用热水袋暖手,是内能发生了转移,故A符合题意;B、用电暖器取暖,是电能转化为内能,故B不合题意;C、烧柴火取暖,是化学能转化为内能,故C不合题意;D、搓手取暖,是机械能转化为内能,故D不合题意。
7. (2025·嘉兴南湖区一模)《天工开物》是我国古代的科学著作,书中记载着大量的古代机械或工具。
(1)筒车是一种以水流作动力,用来取水的机械(图1)。其工作原理(图2)是将水的______能转化为水的重力势能。
(2)图3是我国古代发明的取火器的模型图。取火时,一手握住套筒,另一手猛推推杆,艾绒立刻燃烧起来。其原理是通过______的方式改变内能,使筒内空气内能______,温度升高,达到艾绒的着火点。
【答案】(1)动 (2)做功 增大
【解析】(1)水流具有一定的质量和速度,具有一定的动能,水流对筒车做功,使水筒内水的高度增大,重力势能增大,所以是将动能转化为重力势能。(2)封闭的气体被推杆压缩过程中,活塞对气体做功,所以气体内能增大,则温度升高,达到艾绒的着火点,使艾绒着火。
8.如图所示,将盛有少量酒精的矿泉水瓶瓶盖拧紧,接着两手分别握住瓶的上下部分,使劲拧瓶的下部,使其严重变形;然后迅速旋开瓶盖,可看到瓶盖被弹出数米远,同时瓶口和瓶内出现白雾。
(1)用力拧瓶子,是用______的方式改变瓶内气体的内能。
(2)瓶口出现白雾说明气体对外做功,内能______(填增大减小或不变)。
【答案】(1)做功 (2)减小
【解析】(1)用力拧瓶子,将机械能转化为内能,是用做功的方式改变瓶内气体的内能。(2)瓶口出现白雾说明气体对外做功,内能减小。
强化提升
9.炎热无风的夏天,小宇走在被晒得发烫的柏油路上,看见前面的路面已被一辆洒水车洒水淋湿了。他认为走在淋湿了的路面上一定比走在干燥的路面上感到凉爽,于是赶快走过去,结果在洒过水的路面上,他却感到更加闷热了。你认为产生这种感觉的主要原因是( )
A.洒水车中的水经过曝晒后,内能增大,温度很高
B.地面上的水使被反射的阳光增多,身体获得更多热量
C.洒水后使附近的空气湿度增加,身上的汗液蒸发变慢
D.地面上的水蒸发时把热量带到了人的身上
【答案】C
【解析】炎热无风的夏天,被晒得发烫的柏油路温度很高,洒上水后,加快了水的蒸发,蒸发的水蒸气再液化,变成水,自然就要放热,热量都被散发到周围的空气里,使周围空气温度增加,防止了一部分汗液蒸发。故选C。
10.(2025·杭州萧山区模拟)中国是茶文化之乡,中国茶文化被列入联合国教科文组织非物质文化遗产代表作名录。煮茶过程中蕴含着丰富的科学知识。下列说法正确的是( )
A.茶水沸腾时,吸收热量,温度升高
B.茶水入嘴时很烫是因为茶水含有的热量多
C.壶嘴冒出的白气是汽化形成的现象
D.茶香扑鼻,表明分子在不停地做无规则运动
【答案】D
【解析】水沸腾时吸收热量,温度不变,故A错误;热量是过程量,不能说含有热量,故B错误;水沸腾时壶嘴冒出的白气,即高温水蒸气遇到外部较冷的空气液化而成的小水滴,故C错误;茶香扑鼻是茶分子扩散的结果,表明分子在不停地做无规则运动,故D正确。故选D。
11.(2025·台州温岭二模)下列实验反映气体对外做功的是( )
A.图1:用气筒往瓶内打气,塞子跳出
B.图2:钻木取火
C.图3:快速压下活塞,棉花燃烧
D.图4:振荡烧瓶,瓶内铁屑温度升高
【答案】A
【解析】图1用气筒往瓶内打气,塞子跳出,气体对外做功,内能转化为塞子的机械能,故A符合题意;图2钻木取火,对物体做功,将机械能转化为内能,故B不符合题意;图3快速下压活塞,外界对气体做功,气体内能增大,温度升高,达到棉花着火点,棉花燃烧,故C不符合题意;图4振荡烧瓶,对铁屑做功,将机械能转化为内能,瓶内铁屑温度升高,故D不符合题意。故选A。
12.(2026浙江温州期末)如图为小明利用家里的废旧玻璃瓶自制花瓶的过程,其中能使玻璃瓶内能增加的是( )
【答案】B
【解析】把绳子放置在玻璃瓶外,不能增加玻璃瓶的内能,故A不符合题意;拉紧绳子快速反复摩擦同一位置,通过做功的方式使玻璃瓶的内能增加了,故B符合题意;将玻璃瓶放入冷水中,玻璃瓶放出热量,内能减小,故C不符合题意;玻璃瓶断裂成两半,不能增加玻璃瓶的内能,故D不符合题意。故选B。
13.如图为一种引火方式,用铁球甲撞击包裹铝箔的生锈铁球乙,铁球乙上的木屑就会被引燃。其原因是撞击使生锈铁球乙温度升高,引发氧化铁与铝箔发生反应放出大量热,引燃木屑。甲球撞击乙球时( )
A.甲球对乙球做功,乙球内能增大
B.甲球对乙球做功,乙球内能减小
C.乙球对甲球做功,乙球内能增大
D.乙球对甲球做功,乙球内能减小
【答案】A
【解析】由题意可知,甲球撞击乙球时,甲球对乙球做功,乙球内能增大,温度升高。故选A。
14.洲际导弹的飞行过程分为初段、中段、末段三个阶段,如图所示。
飞行初段:发动机内燃料燃烧推动导弹加速上升。
飞行中段:发动机关闭,导弹依靠惯性在钱学森弹道飞行。
飞行末段:发动机再次打开,急速坠落的导弹还会释放多个干扰弹,大大降低拦截成功率。
(1)洲际导弹飞行初段,导弹因与空气摩擦而使其温度升高,这是通过__________的方式改变导弹的内能。
(2)洲际导弹飞行中段,距离地面等高的、两点速度的大小关系:_______________。
(3)洲际导弹飞行末段,除干扰弹外,导弹不断加速俯冲,从被发现到命中攻击点仅需十几秒。若某拦截弹发射点距离攻击点,推力为,最大功率为,该拦截导弹能否成功拦截该洲际导弹,请计算说明。(写出计算过程)
【答案】(1)做功 (2)点速度点速度 (3)因为导弹从被发现到命中攻击点仅需十几秒,而拦截导弹需,所以不会被拦截
【解析】(1)导弹与空气摩擦时,机械能转化为内能,使导弹温度升高,这是通过做功(摩擦做功)的方式改变导弹的内能。(2)导弹飞行过程中,与空气不断摩擦,则机械能会转化为内能,那么机械能会逐渐减小,距离地面等高的、两点,它们的重力势能相等,根据机械能动能重力势能可知,点的动能大于点的动能,即点速度点速度。(3)到达攻击点导弹的推力做功,拦截导弹飞行的时间,因为导弹从被发现到命中攻击点仅需十几秒,所以不会被拦截。
15.(2025·温州鹿城区期中)巡航导弹(图1)从发射到击中目标可以分为如图2所示的三个阶段。经过前两个阶段的加速,导弹的速度可以增大到接近音速甚至超音速。在第一阶段末端采用掠海飞行,发动机的推力与阻力平衡,弹翼的升力与重力平衡。可以实现匀速、超低空飞行,直至击中目标。
(1)巡航导弹在发射升空阶段,飞行轨迹为曲线,在该过程中导弹是否处于平衡状态?__________________。
(2)在俯冲加速阶段,燃料持续燃烧,导弹速度继续增大。请从功或能量转化的角度来解释此现象:_______________________________。
(3)在末端采用掠海飞行阶段,若该导弹的发动机提供的推力为,导弹以的速度匀速飞行。则计算内发动机的功率。
【答案】(1)否 (2)在俯冲加速阶段,燃料持续燃烧,内部高温高压燃气对外做功,内能转化为机械能,导弹速度继续增大 (3)
【解析】(1)巡航导弹在发射升空阶段,飞行轨迹为曲线,运动状态发生改变,没有处于平衡状态。(2)在俯冲加速阶段,燃料持续燃烧,内部高温高压燃气对外做功,内能转化为机械能,导弹速度继续增大。(3)导弹的速度,发动机的功率。
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2.2.1 物体的内能——内能 物体内能的改变
【新教材浙教版】
【知识框架+知识精讲(1个知识归纳)+课后作业(8基础7强化题)】
模块二 知识精讲
知识归纳
【知识点1 内能】
1.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,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,它们具有的动能就越大。
2.分子势能
分子间存在相互作用的引力和斥力,且分子间有空隙,所以分子具有势能,称为分子势能。
3.物体的内能
(1)定义
构成物质的所有分子,其热运动的动能和分子势能的总和,叫作物体的内能,俗称热能。内能的单位是焦耳(J)。
(2)特点
①一切物体在任何情况下都具有内能。
一切物体,不论温度高低,处于什么状态,都具有内能。炽热的钢水具有内能,寒冷的冰雪也具有内能。这是因为分子热运动和分子间的相互作用力始终存在。
②物体内能的大小与温度有关。
物体温度升高,分子热运动加快,内能增加;反之,物体内能减少。
③物体内能的大小与质量有关。
相同状况下的同种物质,质量越大,内能越大。如相同状况下的一杯水和一桶水,后者内能更大。
【注意】
(1)内能是指物体的内能,不是分子的内能,更不能说是个别分子和少数分子所具有的,而是物体内部所有分子共同具有的动能和势能的总和,所以单纯考虑一个分子的动能和势能是没有现实意义的。
(2)内能具有不可测量性,即不能准确地知道一个物体内能的具体数值,但我们可以比较同一物体在不同状态或者不同温度下的内能大小。
(3)因为构成物质的微粒在永不停息地做无规则运动,所以一切物体,不论温度高低,都具有内能。对同一物质,温度升高、分子热运动加快、内能增大。
【点拨】机械能和内能是完全不同的两种形式的能量。
4.内能和机械能的区别和联系
项目
内能
机械能
不同点
影响
因素
与物体的温度、质量等有关
与物体的质量、速度、被举高的高度、弹性形变有关
大小
内能=分子动能+分子势能
内能不可能为零
机械能=动能+势能
机械能可以为零
相同点
都是能的形式,具有能的物体都能够对外做功
联系
一个物体可以同时具有机械能和内能,机械能和内能可以相互转化
【例1】(2026·宁波慈溪期末)关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A.同一物体温度升高,它的内能一定增大
B.温度为0℃的物体没有内能
C.具有内能的物体一定具有机械能
D.温度相等的一杯水和一桶水的内能相同
【变式1-1】南极是世界上最冷的地方,常年平均气温为−30℃。一天,南极上的小企鹅豆豆和丁丁(如图)之间发生了一次有趣的对话,它们的部分对话如下,其中正确的是( )
A.豆豆:这里太冷了,冰山肯定没有内能了
B.丁丁:再冷,组成冰山的分子也在做热运动呀,所以冰山也有内能
C.豆豆:冰天雪地的,空气中肯定没有水蒸气了
D.丁丁:冰山熔化成水,质量不变,内能也不会变化
【变式1-2】下列说法中正确的是( )
A.静止在地面上的冰块没有内能
B.空中飞行的飞机比地面上静止的火车的内能大
C.动能大的物体内能一定大
D.自然界中任何状态下处于任何位置的物体都有内能
【知识点2 物体内能的改变】
物体内能改变的方法有两种:热传递和做功。
1.热传递可以改变物体的内能
(1)对热传递的理解
(2)热量
①热量指在热传递过程中,传递内能的多少。物体从外界吸收多少热量,内能就增加多少;物体向外界放出多少热量,内能就减少多少。所以可以用热量来量度内能的变化。
②正确理解热量
热量是热传递过程中物体内能的改变量,因此,热量是个过程量。只有在热传递过程中,才能谈论热量,离开热传递过程谈热量是毫无意义的。
【注意】
(1)不能说某个物体具有或含有多少热量,更不能比较两个物体的热量的多少。热量只能与表示过程的词语连用,如“吸收热量”“放出热量”等。
(2)吸收或放出热量的多少与物体内能的多少、温度高低无关。
2.做功可以改变物体的内能
(1)探索活动:做功能否改变物体的内能
活动一
活动二
(2)做功改变内能的实质
做功改变物体内能的实质是其他形式的能与物体内能相互转化。外界对物体做了多少功,就有多少其他形式的能转化为内能;物体对外做了多少功,就有多少内能转化为其他形式的能。功可以用来量度物体内能改变的多少。
(3)做功和热传递对改变物体的内能是等效的
物体的内能发生改变,可能是通过热传递实现的,也可能是通过做功实现的,若不知道具体过程,则无法确定具体的改变方式。
【方法技巧】改变物体内能的方式的识别方法
(1)抓住关键词判断内能改变方式:凡是带有“加热”“遇冷”等词语来描述物体温度变化的情景,一般是通过热传递的方式来改变物体的内能;凡是带有“压缩”“搓手”“摩擦”“拧弯”“钻木”等词语来描述运动形式的情景,一般是通过做功的方式来改变物体的内能。
(2)利用能量变化方式判断内能改变方式:物体间若发生了内能与其他形式的能之间的转化,就是通过做功改变物体的内能;物体间若只发生了能的转移,就是通过热传递改变物体的内能。
3.温度、热量、内能之间的区别与联系
项目
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,传递内能的多少
构成物质的所有分子,其热运动的动能和分子势能的总和
量的性质
状态量
过程量
状态量
表述
“降低”“升高”或“是”
“放出”或“吸收”
“有”“具有”“改变”“增加”“减少”
单位
摄氏度(℃)
焦耳(J)
焦耳(J)
联系
温度的变化,可以改变一个物体的内能,传递热量的多少可以量度物体内能改变的多少。物体吸收或放出热量,它的内能会发生改变(如果吸收热量的同时也对外做功,则内能不一定增加),但它的温度不一定改变。如冰熔化时要吸收热量,内能增加,但温度却保持在0℃不变。同样,物体放出热量时,温度也不一定降低。
【拓展】辨别生活中“热”的不同含义
温度、热量和内能是热学中三个基本的物理量,在日常生活中都用“热”来表示,但三者的实质又有不同,十分容易混淆。
1.“天气热”表示气温高,这里的“热”指温度高。
2.“摩擦生热”表示克服摩擦力做功消耗了机械能,增加了内能,这里的“热”指内能。
3.“液化放热”是指液化时放出热量,这里的“热”指热量。
【例2-1】如图,小明将数字温度计测温探头置于注射器内并密封,向左推动活塞并观察温度计示数变化。关于此过程说法正确的是( )
A.温度计示数变小
B.通过热传递改变气体内能
C.保持活塞不动,取下橡皮帽,温度计示数不变
D.撤去外力,活塞快速向右运动,温度计示数减小
【例2-2】下列关于温度、内能和热量的描述中,正确的是( )
A.物体吸收热量时,温度一定升高
B.做功和热传递都能改变物体的内能
C.物体的内能越大,其含有的热量就越多
D.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
【变式2-1】如图是古代省油灯的示意图。它下层盛水,能减慢上层油的消耗。将灯芯点燃后,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
【变式2-2】下列各项都能使图中瓶内铁屑的内能增加,其中属于做功改变铁屑内能的是( )
A.不断晃动瓶子 B.用酒精灯加热 C.用手捂瓶子 D.在烈日下照射
【变式2-3】如图所示,对于图片中所描述的物理过程,下列分析中正确的是( )
A.图甲,厚玻璃内的空气被压缩时,空气的内能减少
B.图乙,瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气的内能增大
C.图丙,试管内的水蒸气推动了塞子冲出时,水蒸气的内能减少
D.图丁,汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大
模块三 课后作业
基础巩固
1.关于内能,下列说法正确的是( )
A.0℃的物体没有内能
B.内能大小与温度无关
C.具有机械能的物体不一定有内能
D.物体具有内能,也可以同时具有机械能
2.(2025·宁波江北区二模)某同学用不锈钢水壶烧水,下列做法能缩短水烧开时间的是( )
A.用小火持续加热
B.烧水时不盖壶盖
C.仅装入半壶常温的水
D.使用刚从冰箱取出的冷水
3.(2025·杭州拱墅区期末)关于温度、热量和内能,下列说法正确的是( )
A.温度高的物体内能一定大,温度低的物体内能一定小
B.物体的内能与温度有关,只要温度不变,物体的内能就一定不变
C.内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
D.物体的温度越高,所含热量越多
4.(2026浙江杭州期中)“淬火”是金属热处理工艺之一,即把金属制品加热到一定温度后放在水、油或空气中迅速冷却,以提高金属的硬度和强度。当金属和水热传递停止时,说明它们具有相同的( )
A.温度 B.热量 C.质量 D.内能
5.(2025·金华东阳二模)如图所示,瓶内装有少量水和酒精,用气筒打气,瓶塞跳出,同时瓶内出现大量白雾。瓶塞跳出时,瓶内气体做功和温度变化情况描述正确的是( )
A.气体对外界做功,温度升高
B.气体对外界做功,温度降低
C.外界对气体做功,温度升高
D.外界对气体做功,温度降低
6.冬日取暖要注意安全,下列四种取暖方式仅发生能量转移的是( )
A.用热水袋暖手 B.用电暖器取暖 C.烧柴火取暖 D.搓手取暖
7. (2025·嘉兴南湖区一模)《天工开物》是我国古代的科学著作,书中记载着大量的古代机械或工具。
(1)筒车是一种以水流作动力,用来取水的机械(图1)。其工作原理(图2)是将水的______能转化为水的重力势能。
(2)图3是我国古代发明的取火器的模型图。取火时,一手握住套筒,另一手猛推推杆,艾绒立刻燃烧起来。其原理是通过______的方式改变内能,使筒内空气内能______,温度升高,达到艾绒的着火点。
8.如图所示,将盛有少量酒精的矿泉水瓶瓶盖拧紧,接着两手分别握住瓶的上下部分,使劲拧瓶的下部,使其严重变形;然后迅速旋开瓶盖,可看到瓶盖被弹出数米远,同时瓶口和瓶内出现白雾。
(1)用力拧瓶子,是用______的方式改变瓶内气体的内能。
(2)瓶口出现白雾说明气体对外做功,内能______(填增大减小或不变)。
强化提升
9.炎热无风的夏天,小宇走在被晒得发烫的柏油路上,看见前面的路面已被一辆洒水车洒水淋湿了。他认为走在淋湿了的路面上一定比走在干燥的路面上感到凉爽,于是赶快走过去,结果在洒过水的路面上,他却感到更加闷热了。你认为产生这种感觉的主要原因是( )
A.洒水车中的水经过曝晒后,内能增大,温度很高
B.地面上的水使被反射的阳光增多,身体获得更多热量
C.洒水后使附近的空气湿度增加,身上的汗液蒸发变慢
D.地面上的水蒸发时把热量带到了人的身上
10.(2025·杭州萧山区模拟)中国是茶文化之乡,中国茶文化被列入联合国教科文组织非物质文化遗产代表作名录。煮茶过程中蕴含着丰富的科学知识。下列说法正确的是( )
A.茶水沸腾时,吸收热量,温度升高
B.茶水入嘴时很烫是因为茶水含有的热量多
C.壶嘴冒出的白气是汽化形成的现象
D.茶香扑鼻,表明分子在不停地做无规则运动
11.(2025·台州温岭二模)下列实验反映气体对外做功的是( )
A.图1:用气筒往瓶内打气,塞子跳出
B.图2:钻木取火
C.图3:快速压下活塞,棉花燃烧
D.图4:振荡烧瓶,瓶内铁屑温度升高
12.(2026浙江温州期末)如图为小明利用家里的废旧玻璃瓶自制花瓶的过程,其中能使玻璃瓶内能增加的是( )
13.如图为一种引火方式,用铁球甲撞击包裹铝箔的生锈铁球乙,铁球乙上的木屑就会被引燃。其原因是撞击使生锈铁球乙温度升高,引发氧化铁与铝箔发生反应放出大量热,引燃木屑。甲球撞击乙球时( )
A.甲球对乙球做功,乙球内能增大
B.甲球对乙球做功,乙球内能减小
C.乙球对甲球做功,乙球内能增大
D.乙球对甲球做功,乙球内能减小
14.洲际导弹的飞行过程分为初段、中段、末段三个阶段,如图所示。
飞行初段:发动机内燃料燃烧推动导弹加速上升。
飞行中段:发动机关闭,导弹依靠惯性在钱学森弹道飞行。
飞行末段:发动机再次打开,急速坠落的导弹还会释放多个干扰弹,大大降低拦截成功率。
(1)洲际导弹飞行初段,导弹因与空气摩擦而使其温度升高,这是通过__________的方式改变导弹的内能。
(2)洲际导弹飞行中段,距离地面等高的、两点速度的大小关系:_______________。
(3)洲际导弹飞行末段,除干扰弹外,导弹不断加速俯冲,从被发现到命中攻击点仅需十几秒。若某拦截弹发射点距离攻击点,推力为,最大功率为,该拦截导弹能否成功拦截该洲际导弹,请计算说明。(写出计算过程)
15.(2025·温州鹿城区期中)巡航导弹(图1)从发射到击中目标可以分为如图2所示的三个阶段。经过前两个阶段的加速,导弹的速度可以增大到接近音速甚至超音速。在第一阶段末端采用掠海飞行,发动机的推力与阻力平衡,弹翼的升力与重力平衡。可以实现匀速、超低空飞行,直至击中目标。
(1)巡航导弹在发射升空阶段,飞行轨迹为曲线,在该过程中导弹是否处于平衡状态?__________________。
(2)在俯冲加速阶段,燃料持续燃烧,导弹速度继续增大。请从功或能量转化的角度来解释此现象:_______________________________。
(3)在末端采用掠海飞行阶段,若该导弹的发动机提供的推力为,导弹以的速度匀速飞行。则计算内发动机的功率。
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