初三物理内能专项讲义资料

一、走进内能：从微观世界看物体的能量我们知道，运动的物体具有动能，被举高的物体具有重力势能，发生弹性形变的物体具有弹性势能。这些都是物体在宏观层面所具有的机械能。那么，构成物体的微观粒子——分子，它们是否也具有能量呢？答案是肯定的。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，我们称之为内能。内能是能量的一种重要形式，任何物体在任何情况下都具有内能。（一）分子动能：分子永不停息的无规则运动一切物质的分子都在不停地做无规则的热运动。这种运动是自发的、永不停息的，与物体整体的机械运动无关。分子由于运动而具有的能量，叫做分子动能。温度是描述物体冷热程度的物理量，从分子动理论的角度看，温度是分子热运动剧烈程度的标志。物体的温度越高，分子的无规则运动就越剧烈，分子的平均动能就越大；反之，温度越低，分子的平均动能就越小。因此，分子动能与物体的温度密切相关。（二）分子势能：分子间相互作用的纽带分子之间存在着相互作用力，这种作用力类似于弹簧连接的小球之间的力，既有引力也有斥力。分子由于它们之间存在着相互作用力而具有的能量，叫做分子势能。分子势能的大小与分子间的距离有关。当分子间距离发生变化时，分子力做功，分子势能也随之改变。例如，当物体被拉伸或压缩时，分子间的距离发生变化，分子势能就会改变。对于固体和液体，分子间距离较小，分子势能的变化相对复杂；对于气体，在通常情况下，分子间距离较大，分子力非常微弱，分子势能可以忽略不计，此时气体的内能主要表现为分子动能。二、内能的特性：它与哪些因素有关？内能是物体的固有属性，任何物体在任何状态下都具有内能。那么，物体内能的大小由哪些因素决定呢？（一）温度：内能的“晴雨表”如前所述，温度直接影响分子的平均动能。对于同种物质，在质量和状态相同的情况下，温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均动能越大，物体的内能就越大。一杯热水的内能比同质量的冷水的内能大，就是这个道理。（二）质量（分子数）：内能的“基数”物体的质量越大，意味着构成物体的分子数目越多。在温度和状态相同的情况下，分子数目越多，物体的内能也就越大。一桶20℃的水比一杯20℃的水内能大，就是因为一桶水含有的水分子数远多于一杯水。（三）物质的种类：不同分子，能量特性不同不同物质的分子结构、分子间作用力等存在差异，因此，即使质量、温度、状态都相同的不同物质，其内能也可能不同。这一点在初中阶段我们可以初步了解，知道物质种类是一个影响因素即可。（四）物体的状态：分子间距与作用力的变化同种物质在不同状态下，分子间的距离和相互作用力的强弱不同，分子势能也会有显著差异。例如，0℃的冰熔化成0℃的水，虽然温度没有变化（分子平均动能不变），但分子间的距离和作用力发生了改变，分子势能增加，因此水的内能比同质量同温度的冰的内能大。小结：物体的内能大小是由其温度、质量（分子数）、物质种类及状态共同决定的。不能简单地说“温度高的物体内能一定大”，也不能说“内能大的物体温度一定高”。三、内能与机械能：两种不同形式的能量内能和机械能是两种不同形式的能量，它们既有区别又有联系。*研究对象不同：内能是物体内部所有分子的能量总和，研究的是微观层面；机械能是物体作为一个整体所具有的能量（动能和势能），研究的是宏观层面。*影响因素不同：内能与物体的温度、质量、种类、状态有关；机械能与物体的质量、速度、高度、形变程度有关。*存在状态不同：一切物体在任何情况下都具有内能；机械能可以为零（例如，静止在水平地面上的物体，动能为零，重力势能为零，机械能为零）。一个物体可以同时具有内能和机械能。例如，飞行的飞机，既有因整体运动而具有的机械能，其内部的分子也在做热运动，因此也具有内能。当飞机在空中匀速飞行时，如果不考虑燃料燃烧等因素，其机械能可能不变，但其内能会因为与空气摩擦生热而发生改变。四、改变内能的两种方式：做功和热传递物体的内能是可以改变的。生活中，我们常常需要改变物体的内能，比如冬天取暖要增加身体的内能，夏天降温要减少物体的内能。改变物体内能的方式有两种：做功和热传递。（一）做功可以改变物体的内能当我们对物体做功时，物体的内能会增加；物体对外做功时，物体的内能会减少。*对物体做功，内能增加：例如，摩擦双手会感到发热，这是因为克服摩擦力做功，使手的内能增加，温度升高；用打气筒给自行车轮胎打气，打气筒壁会发热，这是因为压缩气体做功，使气体内能增加，温度升高，同时气体也将一部分热量传递给了筒壁。*物体对外做功，内能减少：例如，当瓶内的气体膨胀时，会推动瓶塞做功，气体的内能减少，温度降低，瓶口处可能会出现“白气”（水蒸气液化成的小水珠）。实质：做功改变物体内能的实质是其他形式的能（如机械能）与内能之间的相互转化。（二）热传递可以改变物体的内能热传递是生活中最常见的改变内能的方式。冬天我们靠近暖气会感到暖和，一杯热水放在桌上会慢慢变凉，这些都是热传递的例子。定义：热传递是能量从高温物体传到低温物体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分的过程。发生条件：物体间或物体的不同部分之间存在温度差。传递方向：能量总是从温度高的物体（或部分）向温度低的物体（或部分）传递。终止标志：当参与热传递的物体（或部分）温度相同时，热传递停止，此时它们达到了热平衡。热量：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量，用符号Q表示。热量的单位与能量的单位相同，都是焦耳（J）。物体吸收热量时内能增加，放出热量时内能减少。注意：热量是一个过程量，它描述的是在热传递过程中能量转移的多少。我们不能说“某个物体含有多少热量”或“某个物体具有多少热量”，而应该说“某个物体吸收了多少热量”或“放出了多少热量”。实质：热传递改变物体内能的实质是内能的转移，即内能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，能量的形式不发生改变。（三）两种方式的等效性与区别做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。也就是说，要使物体的内能发生相同的改变，可以通过做功的方式，也可以通过热传递的方式。例如，要使一块铁块的温度升高，既可以用铁锤敲打（做功），也可以放在火上烤（热传递）。它们的区别在于：做功是能量的转化过程，而热传递是能量的转移过程。五、知识梳理与拓展思考（一）核心概念回顾*内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和。一切物体都有内能。*影响内能的因素：温度、质量、物质种类、状态。*改变内能的方式：*做功：能量转化（如机械能→内能）。*热传递：能量转移（高温→低温），条件是存在温度差，用热量量度。*温度、内能、热量的关系：*温度是分子热运动剧烈程度的标志，是状态量。*内能是物体内部所有分子能量的总和，是状态量。*热量是热传递过程中内能转移的多少，是过程量。*物体温度升高，内能一定增加（不考虑状态变化时），但内能增加，温度不一定升高（如晶体熔化过程）。*物体吸收热量，内能一定增加（不对外做功时），但内能增加，不一定是吸收了热量（可能是外界对物体做了功）。（二）拓展思考1.“物体的温度越高，内能就越大”，这种说法是否绝对正确？为什么？2.0℃的冰和0℃的水