13.2内能(导学案)九年级物理全一册(人教版)2

第2节 内能（导学案）

【学习目标】

1. 会用类比的方法建立内能的概念，能简单描述温度和内能的关系。

2. 知道热传递可以改变物体的内能。

3. 知道热量的概念和单位。

4. 知道做功可以使物体内能增加或减少的一些实例。

【学习重点】

1. 内能、热量概念的建立。2. 改变物体内能的两种途径。

【学习难点】

用类比的方法建立内能的概念。

【自主预习】

阅读教材，完成以下问题：

1. 内能的概念：分子由于不停地做热运动而具有的动能叫做分子动能；分子之间由于存在类似弹簧形变时的相互作用力而具有的势能叫做分子势能。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做物体的内能。内能的单位是焦耳（J），各种形式能量的单位都是焦耳。

2. 内能的影响因素：物体的内能与物体内部分子的热运动和分子之间的相互作用情况有关。一切物体都具有内能，当物体的温度升高时，内能增加；温度降低时，内能减少。此外，物体的内能还与物体的质量、状态等因素都有关。

3. 热传递改变物体的内能：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量，热量的单位是焦耳。发生热传递时，高温物体放出热量，内能减少；低温物体吸收热量，内能增加。

4. 做功改变物体的内能：对物体做功，物体的内能会增加；物体对外做功，物体的内能会减少.

【合作探究】

探究一、内能

1. 分子具有动能与势能

（1）分子动能

【想一想】运动的物体（如篮球、车辆等）具有动能；物体内的分子在做热运动，是否也具有能量？

【结论】运动的分子也具有动能，叫作分子动能。

（2）分子势能

【想一想】一根被压缩的弹簧各部分互相排斥，被拉伸的弹簧各部分互相吸引，具有弹性势能。分子间既相互吸引又相互排斥，是否也具有能量？

【结论】分子间也具有势能，叫作分子势能。 2. 内能

（1）构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。

（2）内能的单位是焦（J）。

（3）飞在空中的足球，具有重力势能；足球在空中飞行，还具有动能。空中运动的足球除了整体具有机械能外，同时还具有内能。机械能与整个物体的机械运动情况有关，而内能与物体内部分子的热运动和分子之间的相互作用情况有关，内能是不同于机械能的另一种形式的能。

（4）一切物体，不论温度高低，都具有内能。

炙热的铁水具有内能；冰冷的冰块，温度虽然低，其中的水分子仍然在做热运动，所以也具有内能。

3. 影响内能大小的因素

【想想议议】物体内能的大小与哪些因素有关？

（1）内能大小与温度的关系

对一杯水加热时，水的温度越高，水内部分子运动越剧烈，内能越大。反之，温度越低， 内能越小.

（2）内能大小与质量的关系

【想一想】温度相同、质量不同的水，内能相同吗？为什么？

【分析】温度相同、质量不同的水，质量越大，水分子数目越多（多/少），所以分子动能和势能的总和也会越大，即水的内能也越大。所以在温度相同、状态相同时，物质的质量越大，内能越大。

（3）内能大小与状态（体积）的关系

【想一想】一块0℃的冰熔化成0℃的水时内能是否改变?

【分析】因为0℃的冰熔化成0℃的水时，要吸收热量，体积变小，分子间的距离变小，作用力变大，所以水的内能变大。可见物体的内能跟物体的状态（体积）有关.

【结论】物体的内能跟物体的温度、质量、状态等因素有关.

4. 内能与机械能的区别

内能 机械能

概念 物体内部所有分子动能

与分子势能的总和 物体所具有的动能

和势能的总和

影响因素 物体的温度、体积、

质量、状态等 物体的质量、速度、

高度（或形变程度）

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

【例题1】（多选）四只相同的烧杯中装有水，水量及温度如图所示。关于四只烧杯中水的内能的大小，下列判断正确的是（ ）

A．a烧杯中水的内能大于b烧杯中水的内能

B．c烧杯中水的内能大于d烧杯中水的内能

C．c烧杯中水的内能大于a烧杯中水的内能

D．d烧杯中水的内能大于c烧杯中水的内能

【答案】CD。

【解析】选项A. a与b质量相同，b的温度高，所以b的内能大，A错误；

选项BD. c与d质量相同，d的温度高，所以d的内能大，故B错误，D正确；

选项C. c与a的温度相同，c的质量大，所以c的内能大，故C正确。

所以选CD。

探究二、物体内能的改变

【想一想】寒冷的冬天，为什么人们喜欢抱热水袋？人从热水袋中得到了什么？

【分析】这是因为发生了热传递，热水把内能传递给人，人们获得了内能，而热水减少了内能。

1. 热量

（1）在热传递过程中，传递能量的多少叫热量，单位是焦。

（2）发生热传递的一些实例：

用火烧水做饭；冬天对手呵气感到暖和；棉被太阳晒得暖呼等.

2. 热传递改变物体的内能

（1）发生热传递时，低温物体吸收热量，内能增加；高温物体放出热量，内能减少。物体吸收或放出的热量越多，它的内能改变越大。

（2）热传递的过程：实质是内能转移的过程。内能从高温物体向低温物体转移。

可见热传递可以改变物体的内能。

3. 做功改变物体的内能

【思考】除了热传递外，还有什么途径可以改变物体的内能？

（1）实例分析：人从滑梯下滑时的情景。 【分析】人从滑梯下滑时屁股有点发烫，说明摩擦可以产生热，这部分内能是哪里来的呢？很明显这部分内能并不是热传递得到的。原来，人下滑时要克服摩擦力做功，把一部分机械能转化为了内能。

可见，做功也可以改变物体的内能。

（2）演示实验

①如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，观察发生的现象。

【分析】棉花会燃烧起来，是因为活塞压缩气体做功，使空气的内能增大，温度升高，达到硝化棉的燃点。可见对物体做功，可以增大物体的内能。

②如图所示，烧瓶（或可乐瓶）内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。在上述实验中，通过什么途径改变了玻璃筒和烧瓶内空气的内能？

【分析】图中瓶内水上方存在着无色透明、无法看到的水蒸气；当塞子跳起来时，可以看到瓶内出现白雾，说明水蒸气液化成了可以看到的小水滴。在这个过程中，气体膨胀对外做功，温度降低，内能减小。可见，物体对外做功，内能减小.

结论：外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少。

（3）生活及自然界中利用做功改变内能的现象

①冬天人们搓手感到暖和；②从滑梯下滑时屁股有点发烫；③汽车急刹车时，轮胎克服地面间的摩擦做功，内能增加，温度升高，轮胎表面被烧焦；④流星穿越大气层时，克服空气阻力做功，内能增加，温度太高，达到流星燃点，流星燃烧。

【例题2】如图的实验或事例都揭示了一定的物理知识，关于它们的说法正确的是（ ）

A．甲图中，使小孩臀部发热是通过热传递的方式来实现的

B．乙图中，人搓手发热说明物体对外做功，内能增大

C．丙图钻木取火过程是机械能转化为内能

D．丁图中水蒸气将塞子冲出的过程中，水蒸气通过做功的方式使自己内能增大

【答案】C.

【解析】A．坐滑梯时，臀部与滑梯相互摩擦做功，机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；故A错误；

B．人搓手时相互摩擦，克服摩擦对手做功，手的内能变大，故B错误；

C．钻木取火过程是克服摩擦做功的过程，机械能转化为内能，故C正确；

D．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，温度降低，D错误。

故选C.

【例题3】如图所示，在烧瓶内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳起来时，可以看到瓶内出现了____，说明水蒸气_______（填物态变化名称）成了可以看到的小水滴。在这个过程中，气体膨胀对外 _____ ，温度 ______ 内能______。

【答案】白雾，液化，做功，降低，减少.

【解析】给瓶内打气，瓶内气体内能增大，温度升高，气体膨胀，使瓶塞跳起来，同时高温的水蒸气遇冷液化为小水滴，就是我们看到瓶内出现了白雾，说明水蒸气发生了液化。在上述过程中，气体膨胀对瓶塞，使得瓶内气体温度降低，内能减少。

探究三、温度、热量与内能

1. 温度、热量与内能

（1）温度

温度表示物体的冷热程度。

是一个状态量，一个物体在某一时刻对应一定的温度。描述温度时，一般说“物体的温度高或低、是多少、降低或升高了多少“等。例如：夏天天气热，这个“热”表示温度.

（2）内能 内能表示物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。是一个状态量，所有物体都有内能。描述物体的内能一般说“物体具有内能、改变了内能、传递了内能等”。例如：“摩擦生热”，表示克服摩擦力做功，把机械能转化为内能，所以这个“热”表示内能.

（3）热量

热量表示热传递过程中传递内能的多少。热量是一个过程量，只有发生热传递时，才能用热量来量度内能的变化量（物体吸收或放出的能量的多少）。 不发生热传递，讲热量就没有意义。描述热量时，只能说物体“吸收、放出”热量，不能讲“物体具有热量”。

2. 温度与热量

（1）物体吸收热量，温度不一定变化（选填“一定”或“不一定”）。晶体熔化时，吸收热量，温度不变。晶体凝固时，放出热量，温度不变。

（2）物体温度变化时，不一定要吸收或放出热量。物体温度降低，可能是物体对外界做功。物体温度升高，可能是外界对物体做功。

3. 温度与内能

（1）物体温度变化时，内能一定变化（选填“一定”或“不一定”）。物体温度降低，内能减少；物体温度升高，内能增加。

（2）物体内能变化时，温度不一定变化。晶体熔化时，吸收热量，内能增加，温度不变。晶体凝固时，放出热量，内能减少，温度不变。

4. 热量与内能

（1）物体吸热或放热，一定会引起内能的变化（选填“一定”或“不一定”）。物体吸收热量，内能增加。物体放出热量，内能减少。

（2）物体内能改变，不一定是由于物体吸收或放出热量。物体内能增加，可能是外界对物体做功。物体内能减少，可能是物体对外界做功。

【例题4】关于温度、热量、内能，下列说法正确的是（ ）

A．温度高的物体比温度低的物体内能大

B．一杯水的内能比一桶水的内能小

C．物体吸收热量，温度升高，内能增加

D．水放出热量凝固成冰过程中，温度不变，内能减小

【答案】D.

【解析】A．影响内能大小的因素除了温度以外，还有物体的质量、体积和状态。只凭温度高低，无法比较内能的大小，A错误；