第3章

能量的轉化與守恒第5節(jié)

物體的內能學習目標1.了解內能的概念，理解做功和熱傳遞是改變內能的兩種方法，知道做功和熱傳遞過程中能量轉化和轉移的實質。2.知道熱量的概念，知道在熱傳遞過程中用熱量來量度內能的變化。3.通過實驗認識比熱容的概念與單位，嘗試用比熱容解釋有關自然現象。4.知道熱機的工作原理，了解汽油機的工作過程。5.知道燃料的熱值，了解提高燃燒效率的措施。知識點1

內能1.分子動能和分子勢能分子動能

構成物質的分子在永不停息地做無規(guī)則的熱運動。同一切運動著的物體具有動能一樣，物體內運動著的分子具有動能，稱為分子動能。物體的溫度越高，分子運動得越快，它們具有的動能越大分子勢能分子間存在相互作用的引力和斥力，當分子間距離發(fā)生變化時，相當于發(fā)生“彈性形變”，所以分子具有勢能定義物體內部所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內能，俗稱熱能單位2.內能3.對內能的理解（1）內能是指<zzd>物體的</zzd>內能，是物體內部所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，是一個宏觀量，所以，單純討論一個分子的內能是沒有意義的。

（3）內能具有不可測量性，即不能準確知道一個物體內能總量的具體數值。4.影響物體內能大小的因素物體內能改變的宏觀表現（1）溫度變化：物體的溫度升高，內能增大；溫度降低，內能減小。（2）物態(tài)變化：例如，晶體熔化時內能增加，晶體凝固時內能減小。5.內能和機械能的區(qū)別與聯(lián)系內能機械能區(qū)別定義物體內部所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和整個物體具有的動能和勢能的總和影響因素物體的溫度、質量、狀態(tài)、體積、物質種類物體的質量、速度、高度和彈性形變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物體運動時、被舉高時、發(fā)生彈性形變時聯(lián)系（1）物體無論是否具有機械能，一定具有內能；（2）物體的內能和機械能之間可以相互轉化典例1

關于物體的內能，下列說法中正確的是(

)A

知識點2

物體內能的改變1.熱傳遞改變物體的內能（1）現象探究：熱傳遞改變物體的內能現象現象分析熱水袋的溫度降低，內能減少；人體溫度升高，內能增加，能量從熱水袋傳給人體工件溫度降低，內能減少；冷水溫度升高，內能增加，能量從工件傳給水燒水時，水的溫度升高，內能增加，能量從火焰?zhèn)鹘o鐵鍋和水探究歸納溫度不同的物體相互接觸時發(fā)生熱傳遞，低溫物體的溫度升高，內能增加，高溫物體的溫度降低，內能減少，即內能從高溫物體轉移到低溫物體，所以熱傳遞可以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物體的高溫部分轉移到低溫部分，直至溫度相同，即沒有溫度差微觀本質（2）對熱傳遞的理解2.熱量

（2）單位：熱量的單位與內能的單位相同，都是焦耳（J）。熱量理解的兩個誤區(qū)誤區(qū)1：熱量是能量轉移多少的量度，是一個過程量，它存在于熱傳遞過程中，只有發(fā)生了熱傳遞，有了能量的轉移，才能討論熱量問題，離開熱傳遞談熱量是沒有意義的。誤區(qū)2：因為熱量是熱傳遞過程中轉移能量的多少，所以熱量只能用“吸收”或“放出”來表述，而不能用“具有”或“含有”來表述，不能說“某物體具有多少熱量”，只能說“吸收了多少熱量”或“放出了多少熱量”。3.教材第101頁、第102頁活動：做功改變物體的內能兩種情況對物體做功物體對外界做功探究過程與現象兩種情況對物體做功物體對外界做功分析與論證圖釘的溫度升高了，這是因為克服摩擦力做功使得圖釘的內能增加，溫度升高迅速下壓活塞，活塞對筒內的空氣做功，使筒內空氣的內能增加，溫度升高，當溫度達到硝化棉的燃點時，硝化棉迅速燃燒向瓶內打氣，瓶內氣壓越來越大，直至沖開瓶塞。此時，瓶內的空氣推動瓶塞做功，內能減少，溫度降低，瓶內空氣中的水蒸氣液化成小水滴，形成白霧得出結論做功可以改變物體的內能:對物體做功，物體的溫度升高，內能增加；物體對外做功，物體的溫度降低，內能減少4.熱傳遞和做功改變物體內能的區(qū)別與聯(lián)系

區(qū)別聯(lián)系實質方式（方法）舉例熱傳遞能量的轉移高溫物體放熱，低溫物體吸熱生活中的燒、烤、烙、炒，生產中的“淬火”等做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，且效果相同。某物體的內能發(fā)生改變，可能是通過熱傳遞改變的，也可能是通過做功改變的，或者兩者都有，若不知道具體過程，則無法確定內能的改變方式做功其他形式的能與內能之間的相互轉化壓縮體積、摩擦生熱、鍛打物體、彎折物體等打氣筒打氣、鉆木取火、來回多次彎折鐵絲等體積膨脹等裝開水的暖水瓶內的氣體將瓶塞沖開等做功、熱傳遞改變物體內能的實質（1）做功改變物體內能的實質是能量的轉化，即內能與其他形式能量的相互轉化；熱傳遞改變物體內能的實質是能量的轉移，無不同形式能量的相互轉化。（2）不是任何情況下對物體做功都能改變物體的內能。例如，用手托起物理課本，雖然人對課本做了功，但課本的內能沒有增加，增加的是課本的機械能。5.溫度、熱量、內能三者之間的區(qū)別與聯(lián)系

溫度熱量內能區(qū)別概念宏觀上：表示物體的冷熱程度。微觀上：反映物體中分子熱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，其分子熱運動的動能與分子勢能的總和表述用“降低”“升高”“降低到”“升高到”“是”等表述用“放出”“吸收”等表述用“有”“具有”“改變”“增加”“減少”等表述

溫度熱量內能區(qū)別單位焦耳（J）焦耳（J）聯(lián)系______________________________________________________________________________________________________________________________物體吸收熱量，內能會增加，溫度不一定升高，如晶體熔化；物體放出熱量，內能會減少，但物體溫度不一定降低，如晶體凝固歸納總結一個一定物體的溫度升高（或降低）時，其內能一定增加（或減少）

溫度熱量內能歸納總結四個不一定（1）一個物體的內能增加（或減少）時，其溫度不一定升高（或降低），如晶體的熔化（或凝固）過程。（2）一個物體的內能增加（或減少）時，不一定是因為吸收（或放出）熱量，也可能是對物體做功（或物體對外界做功）。（3）一個物體吸收（或放出）熱量時，內能增加（或減少），其溫度不一定升高（或降低），如晶體的熔化（或凝固）過程。（4）一個物體的溫度升高（或降低）時，不一定是因為吸收（或放出）熱量,也可能是因為做功（對外做功），如摩擦生熱（或氣體膨脹）典例2

下列屬于通過做功的方式改變物體內能的是(

)①冬天，搓手會讓手變暖和②冬天，對手哈氣取暖③炒菜時，鐵鍋熱得燙手④水蒸氣把軟木塞沖開時，溫度會降低DA.①②

B.②③

C.③④

D.①④[解析]

①做功改變內能②熱傳遞改變內能③熱傳遞改變內能④做功改變內能知識點3

比熱容1.比熱容概念單位水的比熱容的意義水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃），表示1千克的水溫度升高（或降低）1℃吸收（或放出）的熱量為4.2×103J正確理解比熱容

（2）物質的比熱容與物質的種類、狀態(tài)有關，與物質的質量、溫度、吸收或放出的熱量無關，如一杯水與一桶水，它們的比熱容相同。2.一些常見物質的比熱容物質物質水鋁酒精干泥土煤油鐵、鋼冰銅色拉油水銀沙石鉛3.關于水的比熱容特點水的比熱容比較大，相同質量的水和其他物質相比，在吸收或放出相同熱量的情況下，水的溫度變化量要小一些現象與應用典例3

關于比熱容，下列說法中正確的是(

)DA.物質的比熱容跟物質吸收或放出的熱量有關B.同溫度、同質量的不同物體，比熱容大的物體含有的熱量多C.比熱容是物質的特性，所以同種物質的比熱容一定相同D.物質的比熱容與物質的吸、放熱及溫度和質量都沒有關系[解析]

比熱容是物質的一種特性，每種物質都有自己的比熱容，與物體的質量、物體的溫度變化和物體吸收熱量的多少均無關，但同種物質的狀態(tài)不同，比熱容不同，如水和冰，所以D符合題意。知識點4

熱量的計算1.熱量的計算公式（含教材第103頁思考與討論答案）公式吸熱公式放熱公式一般式說明運用熱量計算公式時的注意事項

2.熱量公式的適用范圍公式適用于物態(tài)不發(fā)生變化時物體升溫（或降溫）過程中吸收（或放出）熱量的計算。如果過程中存在著物態(tài)變化，不能使用該公式。例如，冰熔化為水時，冰的溫度（或冰水混合物的溫度）沒有變化，但需要從外界吸收熱量，并且冰和水的比熱容也不同。

（1）鋼刀在冷卻過程中是通過________的方式______（選填“增加”或“減少”）內能的。熱傳遞減少[解析]

鋼刀在空氣中和空氣發(fā)生熱傳遞，將能量傳遞給空氣，自身的溫度降低，內能減少。（2）這把鋼刀在冷卻過程中放出了多少熱量？

知識點5

熱機1.熱機概念利用內能做功的機械。汽車、輪船和飛機等的發(fā)動機都是利用燃料燃燒時釋放的內能做功的裝置，都是熱機種類蒸汽機、內燃機、燃氣輪機、噴氣式發(fā)動機等特點通過做功把內能轉化為機械能能量轉化過程2.常見熱機——內燃機現代生活中常見的汽車并不靠水蒸氣來提供汽車動力，而是利用汽油或柴油作為燃料，產生高溫、高壓的燃氣，利用燃氣做功將內能轉化為機械能。（1）定義：燃料直接在發(fā)動機汽缸內燃燒產生動力的熱機稱為內燃機。（2）分類：內燃機分為汽油機和柴油機兩大類，分別用汽油和柴油作為燃料。3.汽油機（1）工作原理利用汽缸內汽油燃燒時生成的高溫、高壓的燃氣來推動活塞做功，將內能轉化為機械能。（2）構造①主要結構：如圖所示，汽油機的主體是一個汽缸，汽缸上部有進氣門和排氣門，頂部有火花塞,腰部有活塞，活塞通過連桿與曲軸相連。②沖程：汽油機在工作時，活塞在汽缸內往復運動，活塞從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。（3）工作過程①汽油機的一個工作循環(huán)由吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程四個沖程組成,通過四個沖程的不斷循環(huán)來連續(xù)工作。②每完成一個工作循環(huán)，曲軸和飛輪均轉動兩周，活塞往返兩次，對外做功一次。在四個沖程中，只有做功沖程中氣體對外做功，其他三個沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來帶動活塞完成，周而復始，使汽油機能連續(xù)轉動下去。汽油機的工作過程如表所示。<ib>1.吸氣沖程</ib>__________________________________________________________________<ib>2.壓縮沖程</ib>___________________________________________________________<ib>3.做功沖程</ib>________________________________________________________________<ib>4.排氣沖程</ib>________________________________________________________________③汽油機工作過程中的能量轉化情況可用下圖來表示：典例5

（2022·桐鄉(xiāng)校級期中）關于四沖程汽油機的工作過程有以下幾種說法，其中正確的是(

)①在做功沖程中，機械能轉化為內能；②在做功沖程中，內能轉化為機械能；③只有做功沖程是燃氣對外做功；④在做功沖程中，進氣門是打開的。AA.②③

B.①③

C.②④

D.②③④[解析]

在做功沖程中，進氣門和排氣門都關閉，高溫、高壓燃氣的內能轉化為機械能，燃氣對外做功，其他三個沖程均是依靠飛輪的慣性完成的，不對外做功，②③正確，故選A。知識點6

燃料的熱值1.燃料（1）燃料的種類燃料是指可燃燒的物質，根據不同標準，燃料可分為不同的種類，最常見的是按物理狀態(tài)分類。（2）燃料燃燒時能量的轉化燃料在燃燒時將化學能轉化為內能。2.熱值定義1千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的熱值單位意義反映了一定質量的不同燃料完全燃燒過程中，化學能轉化為內能的本領大小燃料燃燒放熱的計算

3.對燃料熱值的理解熱值是燃料的一種固有性質對完全燃燒的理解熱值的意義燃料熱值的高低是衡量燃料優(yōu)劣的重要標準

典例6

關于燃料的熱值，以下說法正確的是(

)A

題型

1

內能與機械能的辨析

★★典例7

下列關于內能和機械能的說法中，正確的是(

)BA.物體的機械能越大，它的內能也越大B.物體內能的大小與機械能的大小無關C.物體的溫度升高時，內能增大，機械能也增大D.物體的運動速度減小，則機械能減小，內能也減小

題型

2

改變物體內能的兩種方式角度1

做功改變物體的內能

★★★典例8

將裝有酒精的金屬管固定在桌子上，用塞子塞緊管口?？焖賮砘乩瓌永@在管上的繩子，使繩子不斷摩擦金屬管，過了一會兒塞子跳了起來，如圖所示。則(

)DA.塞子跳起前，金屬管的溫度升高，內能減小B.塞子跳起前，管內氣體受熱膨脹，使管內壓強減小C.塞子跳起時，管內氣體的溫度升高，內能增加D.塞子跳起時，管內氣體的一部分內能轉化為塞子的機械能[解析]

塞子跳起前，在拉動繩子的過程中，繩子對金屬管做功，金屬管的溫度升高，內能增加，管內氣體受熱膨脹，使管內壓強增大；塞子跳起時，管內氣體對塞子做功，管內氣體的一部分內能轉化為塞子的機械能，其內能減小，溫度降低。角度2

熱傳遞改變物體的內能

★★典例9

在如圖所示的現象中，屬于用熱傳遞的方式改變物體內能的是(

)DA.鉆木取火B(yǎng).鋸木頭時鋸片發(fā)熱C.空氣被壓縮D.燒水

角度3

綜合說理題

★★★典例10

（2023·臨海期末）科學課上老師表演了“跳舞的瓶蓋”實驗。操作過程如下：取一個空礦泉水瓶，將其瓶蓋倒置沾水后放于瓶口，雙手快速摩擦后捂住瓶身，瓶蓋跳起。請運用所學知識解釋瓶蓋跳起的原因。[答案]

將瓶蓋倒置沾水后放于瓶口起到密封作用。雙手快速摩擦，克服摩擦力做功（機械能轉化為內能），手的內能增大，溫度升高。手捂住瓶身后與礦泉水瓶發(fā)生熱傳遞，礦泉水瓶及瓶內氣體的內能增加，溫度升高。瓶內氣體受熱膨脹（氣壓增大），氣體對瓶蓋做功（氣體的內能轉化為瓶蓋的機械能），瓶蓋跳起。題型

3

比熱容角度1

對比熱容的理解

★★典例11

下列關于比熱容的說法錯誤的是(

)D

角度2

比熱容圖像

★★★★

D