(辅导班专用)九年级物理寒假讲义专题05 内能（教师版）

专题05  内能（讲义）

一、知识梳理

一、分子热运动

1.分子热运动

（1）分子动理论：物质是由分子和原子组成的，分子在永不停息地做无规则运动，分子之间有间隙。

（2）热运动：分子运动快慢与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈。

（3）扩散：不同物质相互接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散现象，固体、液体和气体都能发生扩散现象，温度越高，扩散越快。

2.分子间作用力

分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的。当固体被压缩时，分子间距离变小，分子作用力表现为斥力；当固体被拉伸时，分子间距离变大，作用力表现为引力。

如果分子间距离很大，作用力几乎为零，可以忽略不计；因此，气体具有流动性，也容易被压缩。

液体间分子之间距离比气体小，比固体大，液体分子之间的作用力比固体小，没有固定的形状，具有流动性。

考点二、内能

1.内能：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。

(1)分子动能：分子在永不停息地做着无规则的热运动。物体内大量分子做无规则热运动所具有的能量称为分子动能。物体的温度越高，分子运动得越快，它们的动能越大。同一个物体（物态不变），温度越高，内能越大。

（2）由于分子之间具有一定的距离，也具有一定的作用力，因而分子具有势能，称为分子势能。分子间距发生变化时，物体的体积也会变，其内能会发生变化。所以分子势能与物体的体积有关。

（3）物体内能的大小：物体的内能与物体的质量、温度、体积及物态有关。

一切物体中的分子都在做永不停息的做无规则运动，分子间都有分子力的作用，无论物体处于何种状态，是何形状与体积、温度是高是低都是如此。因此，一切物体在任何情况下都具有内能。

2.内能的改变：改变物体内能的方法有热传递和做功；热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。

1）做功：外界对物体做功，物体的内能会增大（例如：摩擦生热）；物体对外做功，物体内能会减小（例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”）。实质：能量从一种形式的能（其它形式的能）转化为另一种形式的能（内能）。

2）热传递：只要物体之间或同一物体的不同部分间存在着温度差，就会发生热传递，直到温度变得相同(即没有温度差)为止。物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减小。

3.热量（Q）：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量；在国际单位制中，热量单位是焦耳，符号是J。

4.内能与机械能是两种不同形式的能量，它们之间是可以相互转化的。整个物体可以处于静止状态，没有动能；整个物体也可以处于相对高度为零的位置而没有势能，但它一定具有内能。物体可以同时具有内能和机械能。

5．热量、温度和内能：“热量不能含、温度不能传、内能不能算”。

1）热量是一个过程量，只有发生了热传递过程，有了内能的转移，才能讨论热量问题。所以物体本身没有热量，不能说某个物体具有多少热量，更不能比较两个物体热量的大小。

2）内能是一个状态量，但是它具有不可测量性，所以不能说物体具有多少的内能。

3）在热传递过程中，热量从高温物体传到低温物体，而不能说将高温物体的温度传递给了低温物体。

考点三、比热容

1.比热容

（1）在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。温度不同的两个物体相互接触，高温物体内能减少，低温物体内能增大；对物体做功时，物体内能会增大，物体对外做功时，物体内能会减少。

（2）比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度和吸热、放热的多少无关。

（3）水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，表示的物理意义是：1千克的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。

2.热量的简单计算

热量的计算：(1)吸热：Q吸=cm△t=cm(t-t0)；（2）放热：Q放=cm△t= cm(t0-t)。

其中：Q吸—吸收的热量，单位：焦（J），Q放—放出的热量。

c—比热容，单位：焦每千克摄氏度（J/(kg·℃)）

m—质量，单位：千克（kg）

△t—变化的温度（升高或降低的温度），单位：摄氏度（℃）；t0—初始温度、t—末温。

二、重点与难点

★重点一：分子热运动及其应用

1.一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，这种无规则运动叫做分子的热运动。物质分子的热运动与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈。

2.分子热运动与扩散现象：扩散现象是指不同物质相互接触时，可以彼此进入对方中去的现象，扩散现象是分子热运动的结果。

（1）扩散现象只能发生在不同的物质之间，同种物质间是不能发生扩散现象的。例如：冷热水混合，虽然冷水分子和热水分子都能彼此进入对方，但不是扩散现象。

（2）扩散现象能反映分子的无规则运动。而灰尘颗粒、大雾中的微粒及烟尘中的微粒等肉眼能观察到的分子聚合体在外力下的机械运动，都不是扩散现象。

（3）扩散是人能够直接观察或感知到的宏观现象；分子的无规则运动是微观现象，人无法直接观察。因此不能说“观察到分子无规则运动”，或“分子的扩散现象”。

重点二：改变物体内能的方式

改变物体的内能的方式：做功和热传递。

1.做功可分为两种情况，一是物体对外做功，物体自身的内能会减少。如为药爆炸后产生的燃气将子弹推出后，燃气的内能会减少，将内能转化为机械能；二是外界对物体做功，物体自身的内能会增加，如压缩空气后，空气的温度会升高，将机械能转化为内能。

常见现象有：冬天搓手取暖、用砂轮磨刀、太空中的星体碎片坠入大气层成为流星、用打气筒给轮胎打气、反复弯折铁丝弯折处变热、汽缸内气体被压缩温度升高；钻木取火、水蒸汽对壶盖做功导致水的内能减小等。

2.热传递改变物体的内能。如将手放在暖气片上，手会觉得暖和；用热水袋焐手；晒太阳觉得暖和；将水烧热；铁锅烫手；将食物放人入冰箱内冷却；太阳将棉被晒得暖乎乎的等。

★重点三：比热容及其相关计算

1.一定质量的某种物质在温度升高时，吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比叫做这种物质的比热容，用符号c表示。

比热容是物质的特性之一，所以某种物质的比热容不会因为物质吸收或放出热量的多少而改变，也不会因为质量的多少或温度变化的多少而改变。也就是说，比热容的大小只与物质的种类及其状态（固态、液态和气态）有关，与物质的质量、温度的变化无关。

在国际单位制中，比热容的单位是：焦每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)。

2.比热容的大小与物质的种类和物质的状态有关。不同物质的比热容一般不同。同种物质在同一状态下，比热是一个不变的定值。如果物质的状态改变了，比热容的大小随之改变，如水变成冰。

3.水的比热容较大。这就意味着，在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化要小些。水的这个特征对气候的影响很大。在受太阳照射条件相同时，白天沿海地区比内陆地区温度升高的慢，夜晚沿海地区温度降低也少。所以一天之中，沿海地区温度变化小，内陆地区温度变化大。在一年之中，夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。

水比热容大的特点，在生产生活中也经常利用。如汽车发动机、发电机等机器，在工作时要发热，通常要用循环流动的水来冷却。冬季也常用热水取暖。

4.比热容的应用

（1）与质量相同的其他物质相比，水的比热容在常见的物质中是比较大的。动物体中70%左右是水，例如黄牛。与质量相同的其他物质相比，水吸收(或放出)相同的热量，升高(或降低)的温度相对较小。体型较大的温血动物体内水分多，对维持自身的体温有优势。

（2）水是生命之源，人的生活离不开水，冬天人们用热水流过散热器来取暖，用热水的好处是由于相同质量的水和其他物质相比，降低相同的温度，由于水的比热容大，水放出的热量多，所以用热水流过散热器来取暖。

（3）炒栗子时里面加沙子有何作用?炒栗子时，栗子表面与热锅的接触面积很小，不利于传热。沙子的颗粒小可以填塞栗子间的空隙，这些被炒热的沙子大大增加了对栗子传热的面积，使栗子能均匀受热。另外，沙子的比热容较小，吸热时升温较快，可缩短炒熟的时间。也可以节能。

（4）城市种植花草树木，提高绿地覆盖率，修建人工湖，扩大水域面积，大大改善了市民的居住环境，让全市民享受到了“绿城”带来的实惠。从物理角度讲，花草树木对声音有一定的吸收作用，起到减弱噪音的作用：人工湖的建成，由于水的比热容较大，吸收或放出热量时，水的温度变化较小，即温差小，有恒温作用。

（5）夏日，在烈日暴晒下，游泳池旁的混凝土地面热得烫脚，而池中的水却不怎么热，这是因为质量相等的水和混凝土，照射同样的时间，吸收相同热量，由于水的比热容较大，水的温度升高较小。因此，池水的温度比混凝土低，所以在烈日暴晒下，游泳池旁的混凝土地面热得烫脚，而池中的水却不怎么热。

★难点一：分子间相互作用力

邻近分子间同时存在相互作用的引力和斥力；实际表现出来的是分子引力和斥力的合力，称为分子力；分子间的引力和斥力都跟分子间距离有关系。

1．固体中分子之间的距离小，相互作用力很大，分子只能在一定的位置附近振动，所以既有一定的体积，又有一定的形状。

2．液体中分子之间的距离较小，相互作用力较大，以分子群的形态存在，分子可在某个位置附近振动，分子群却可以相互滑过，所以液体有一定的体积，但有流动性，形状随容器而变化。

3．气体分子间的距离很大，相互作用力很小，每一个分子几乎都可以自由运动．所以气体既没有固定的体积，也没有同定的形状，可以充满能够达到的整个空间。

4．同体物质很难被拉伸，是因为分子间存在着引力的缘故；液体很难被压缩，是因为分子间存在着斥力的原因。液体能保持一定的体积是因为分子间存在着引力的原因。

★难点二：物体内能的概念

1.内能是物质分子的热运动能量，是由物质内部状况决定的能量。物质由大量分子、原子组成，储存在系统内部的能量是全部微观粒子各种能量的总和，即微观粒子的动能、势能、等的总和。物体内部大量分子的无规则运动跟温度直接相关，物体内部大量做热运动的粒子之间也具有动能和势能，动能和势能的总和叫做内能。

理解物体内能时，要注意以下三点：

(1)内能是指物体的内能，不是分子的，更不能说内能是个别分子和少数分子所具有的。内能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)任何物体存任何情况下都有内能。

(3)内能具有不可测性。只能比较物体内能的大小，不能确定这个物体具有的内能究竟是多少，因为内能是物体的所有分子具有的总能量，宏观量度比较困难。

2.影响内能的因素：

(1)温度是影响物体内能最主要的因素，同一个物体，温度越高，它具有的内能就越大，物体的内能还受质量、材料、状态等因素的影响。

(2)物体的内能跟质量有关。在温度一定时，物体的质量越大，也就是分子的数量越多，物体的内能就越大。

(3)物体的内能还和物体的体积有关。存质量一定时，物体的休积越大，分子间的势能越大，物体的内能就越大。

(4)同一物质，状态不同时所具有的内能也不同。

3.内能和机械能的区别：

4.综上所述，可以用“温度不能传、热量不能含、内能不能算”作概括。

三、考查方向

1.分子热运动概念与扩散

典例一：（2020·北京）关于分子的热运动和分子之间的作用力，下列说法正确的是（  ）。

A. 扩散现象说明分子是运动的；

B. 固体之间也可以发生扩散现象；

C. 液体很难被压缩，是由于液体分子间存在引力；

D. 固体很难被拉伸，说明固体分子间只存在引力

【答案】AB。

【解析】A．扩散现象是由于分子在做不停息地无规则运动造成的，故A正确；

B．扩散现象是不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象，固体、液体、气体之间都可以发生扩散现象，故B正确。

CD．分子引力、和斥力同时存在，距离较近时，表现为斥力，距离较远时表现为引力；液体很难被压缩，是因为液体分子排列相对紧密，分子之间距离小，表现为斥力；固体很难被拉伸，是因为固体的分子排列规则且紧密，分子之间距离小，表现为斥力。故CD错误。故选AB。

典例二：（2020·山东泰安）下列现象中，说明分子在不停地做无规则运动的是（　　）。

A. 尘土飞扬   B. 茶香四溢   C. 树叶纷飞   D. 瑞雪飘飘

【答案】B。

【解析】ACD．尘土飞扬、树叶纷飞、瑞雪飘飘这三句所描述的都是物体的运动，属于机械运动，故ACD不符合题意；

B．茶香四溢是香味分子在空气中发生了扩散现象，扩散现象说明分子在不停的做无规则运动，故B符合题意。故选B。

2.分子间相互作用力

典例三：（2020·江苏泰州）关于粒子与宇宙，下列说法不正确的是（　　）。

A. 丝绸摩擦过的玻璃棒吸引纸屑，说明分子间有引力；

B. 走进公园闻到花香，说明分子在不停地运动；

C. 水和酒精混合后总体积变小，说明分子间有空隙；

D. 原子核由质子和中子构成，中子不带电

【答案】A。

【解析】A．用丝绸摩擦过的玻璃棒能吸引小纸屑是因为带电体能吸引轻小物体，故A错误，符合题意；

B．由于带花香的分子在不停地运动，所以人们走进公园就能闻到花香， 故B正确，不符合题意；

C．由于分子间存在间隙，所以水和酒精混合后总体积变小，故C正确，不符合题意；

D．原子核是由中子和质子组成，质子带正电、中子不带电，故D正确，不符合题意。

故选A。

典例四：（2020·四川甘孜州）中秋节期间，学校桂花盛开，花香扑鼻，这个现象说明（　　）。

A. 分子间存在着引力 B. 分子间存在着斥力

C. 分子在不停地运动 D. 分子间不存在空隙

【答案】C。

【解析】中秋节期间，学校桂花盛开，花香扑鼻，说明花香分子在不停地做无规则运动。

故选C。

3.内能的概念

典例五：（2020·南充）下列说法正确的是（　　）。

A．“破镜不能重圆”说明分子间没有引力；

B．发生热传递时，热量总是从内能大的物体传递到内能小的物体；

C．把0℃的冰块加热熔化成0℃的水，若不考虑水的蒸发，其内能不变；

D．若没有外界做功时，同一物体温度降低得越多，放出的热量就越多

【答案】D。

【解析】A、“破镜不能重圆”，是因为镜子碎片接触时达不到产生分子力作用的距离，不能说明分子间有斥力，故A错误；

B、发生热传递的条件是存在温度差，内能大的物体温度可能低于内能小的物体的温度，故B错误；

C、冰是晶体，把0℃的冰块加热熔化成0℃的水，若不考虑水的蒸发，其内能增加，但温度不变，故C错误；

D、若没有外界做功时，同一物体，温度降得越低，放出的热量就越多，故D正确。

故选：D。

典例六：（2020·江苏泰州）将热水倒进玻璃杯中，玻璃杯会变热，下列说法正确的是（　　）。

A. 水将温度传给了玻璃杯；

B. 水含有的热量减少；

C. 玻璃杯增加的内能大于水减少的内能；

D. 能的总量保持不变

【答案】D。

【解析】A．温度是指物体冷热的程度，温度不能传递；将热水倒进玻璃杯中，玻璃杯会变热，是水将热量传给玻璃杯，故A错误；

B．热量是一过程量，只能用“吸收”和“放出”描述，不能用“含有”描述，故B错误；

C．将热水倒进玻璃杯中，温度高的热水放出热量，温度低的玻璃杯吸收热量，水的内能减少，玻璃杯的内能增大；此过程中，热水放出的热量会有一部分被空气吸收，玻璃杯不能完全吸收热水放出的热量，所以玻璃杯增加的内能小于水减少的内能，故C错误； 

D．根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，能的总量保持不变，故D正确。故选D。

4.物体内能改变

典例七：（2020·山东泰安）下面是研究黑点标注的物体内能改变的情景，通过做功使物体内能增加的是（　　）。

A 把铁丝反复弯折，弯折处变热；B. 把钢球放入炉火中，烧一段时间；

C. 冬天，用热水袋对手进行取暖；D. 水烧开时，水蒸气将壶盖顶起

【答案】A。

【解析】A．把铁丝反复弯折，弯折处变热，是摩擦生热，属于做功改变铁丝的内能，符合题意；

B．把钢球放入炉火中，烧一段时间，是热传递改变钢球的内能，不符合题意；

C．冬天，用热水袋对手进行取暖，是热传递改变手的内能，不符合题意；

D．水烧开时，水蒸气将壶盖顶起，是热传递改变水蒸气的内能，不符合题意。故选A。

典例八：（2020·四川遂宁）宁湿地公园的建成改善了城市生活环境，提高了市民生活质量。夏天公园内鸟语花香、气温宜人，游人如织，下列对人们在湿地公园的感知解释错误的是（　　）。

A．闻到公园内阵阵花香，是分子无规则运动的结果；

B．走在五彩缤纷路，觉得路面热得发烫，而在湖边感到湖水凉爽，是因为水的比热容比沙石的比热容大；

C．摆渡船的内燃机使用的燃料属于不可再生能源；

D．游客手里的冰棒吸热内能增加，温度一定会升高

【答案】D。

【解析】A、我们能闻到花的香味，是因为花芳香分子在做无规则运动引起的，属扩散现象。故A正确；

B、水的比热容比沙子的比热容大，吸收相同的热量，水的温度变化小、沙子的温度变化大，所以觉得沙子热得发烫而河水却不怎么热。故B正确；

C、内燃机工作过程中燃烧的汽油、天然气都属于不可再生能源。故C正确；

D、冰棒吸收热量，内能一定会增大，但熔化过程中温度不变。故D错误。故选：D。

5.比热容

典例九：（2020·山东滨州）下列说法中正确的是（　　）。

A. 花香袭人说明构成物质的分子不停地做无规则运动；

B. 搓手取暖是通过热传递的方式改变内能的；

C. 常用水作冷却剂，是利用了水的比热容大这一性质；

D. 四冲程内燃机工作时，做功冲程将机械能转化为内能

【答案】AC。

【解析】A．花香袭人，属于扩散现象，说明构成物质的分子不停地做无规则运动，故A正确；

B．搓手取暖是通过做功的方式改变内能的，故B错误；

C．水具有较大的比热容，相同质量的水和其它物质相比，吸收相同的热量，温度变化小，因此水常被用来做冷却剂，故C正确；

D．四冲程内燃机工作时，做功冲程将内能转化为机械能，故D错误。故选AC。

典例十：（2020·北京）依据表格中的数据，下列说法正确的是（  ）。

A. 一杯水倒出一半，杯内剩余水的比热容变小；

B. 水和砂石放出相等热量，水的温度降低得较多；

C. 水的比热容表示水的温度升高1°C吸收的热量是4.2×103J；

D. 质量相等的水和煤油，吸收相等热量，煤油温度升高得较多

【答案】D。

【解析】A．比热容是物质特有的一种物理属性，只跟物质的种类、状态有关，所以一杯水倒出一半，杯内剩余水的比热容不变，故A错误；

B．根据可知，相同质量的水和沙石放出相等热量，由于沙石的比热容比水小，则沙石的温度降低得较多，故B错误；

C．水的比热容表示的是1kg的水温度升高（或降低）1°C时吸收（或放出）的热量是4.2×103J，故C错误；

D．根据可知，相同质量的水和煤油吸收相等热量，由于煤油的比热容比水小，则沙石的温度升高得较多，故D正确。故选D。

典例十一：（2020·镇江）在探究不同物质吸热升温的现象实验中∶

(1)小强将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图1所示，则他应将平衡螺母向____端调节；调节天平平衡后，为称取质量相等的沙子和水，小强将装有沙子和水的相同烧杯分别放在天平的左、右托盘上，称取完成后，天平平衡时的场景如图2所示，则小强在称取中存在的问题是____｡

(2)小强组装的实验装置如图3所示，他在器材安装中的一处错误是____｡

(3)实验中某时刻温度计的示数如图4所示，其读数为____℃｡

(4)实验结東后，小强根据图5所示的温度随时间变化图像，用三种方法来比较沙子和水吸热升温的快慢，从而建立比热容的概念∶①在相同的时间t内比较温度变化；②在相同的温度变化内比较时间t；③若和t均不同，则可用____来比较沙子和水吸热升温的快慢。在初中物理中，比较物体____的快慢时也用到了上述方法。

【答案】(1)右；(2)码未在左端零刻度线处；(3)温度计安装位置偏高（或温度计玻璃泡未能与水充分接触）；(4)35；(5)（或）；(6)运动（或做功）。

【解析】(1)小强将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图1所示向左偏，则他应将平衡螺母向右端调节。

天平平衡时的场景如图2所示，则小强在称取中存在的问题是移动游码未在左端零刻度线处，造成沙子和水的质量不同｡

(2)小强组装的实验装置如图3所示，他在器材安装中的一处错误是温度计安装位置偏高，或温度计玻璃泡未能与水充分接触｡

(3)实验中某时刻温度计的示数如图4所示，刻度值越往上越大，则说明是在零刻度线以上，分度值为1℃，指针位于30℃以上第5个小格处，故其读数为35℃｡

(4)实验结東后，小强根据图5所示的温度随时间变化图像，用三种方法来比较沙子和水吸热升温的快慢，从而建立比热容的概念，和t成正比关系，则可用或来比较沙子和水吸热升温的快慢。

在初中物理中，根据速度公式或功率公式，可知比较物体运动或做功的快慢时也用到了上述方法。