人教版九年级物理全册预习学案——13.2 内能（有答案）

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第十三章 内能
第2节 内能
要点一、内能
①分子动能：分子在不停地作无规则的运动，同一切运动的物体一样，运动的分子也具有动能。分子由于运动而具有的能叫做分子动能。物体的温度越高分子热运动的速度越大，动能越大。
②分子势能：由于分子之间存在类似弹簧形变时的相互作用，因而分子具有势能叫做分子势能。
③物体的内能：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。单位：焦耳（J），各种形式能量的单位都是焦耳。
要点诠释：
（1）从五个方面理解物体的内能
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能量，而是物体内部所有分子共同具有的分子动能和分子势能的总和。
②一切物体在任何情况下都具有内能。根据分子动理论可知，一切物体中的分子都在不停地做无规则运动，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、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。例如，50℃的水具有内能，0℃的水具有内能，-10℃的冰仍然具有内能，只是对于同样的水，温度降低时其内能减少了而已。
③内能具有不可测量性，即不能准确知道一个物体的内能的具体数值。
④物体的内能可以发生改变，内能发生变化时，物体的表现方式有温度改变和物态改变两种。
⑤内能是不同于机械能的另一种形式的能，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。
（2）影响物体内能大小的因素
决定因素 物体内能大小的解释
物体的质量 它反映了物体内部分子数的多少。在其他条件相同的情况下，分子数目越多，分子动能和分子势能的总和越大。例如同样是20℃的一桶水和一杯水，一桶水的内能就比一杯水的内能大的多。所以，同温度、同物态、同一种物质组成的物体的内能与它的质量有关，质量越大，内能就越大；质量越小，内能就越小
物体的温度 它一方面反映了物体内部分子运动的剧烈程度，温度越高，分子平均速度越大，分子动能就越大。另一方面，对于固体和液体，分子平均速度越大，分子偏离平衡位置的距离也越大，也就是热胀冷缩现象，此时物体体积变大，分子势能也变大。所以物体的温度越高，内能越大。
物体的体积 它反映了分子间平均距离的大小，因此分子间距离的大小变化引起分子力大小的变化，从而影响到分子势能的大小，也影响了物体内能的大小。
物质的种类 因为不同物质的分子大小、结构不同，分子间作用力也不同，在温度相同时，它们的分子动能、分子势能也不相同。
物体的物态 物体的物态不同，其分子间的距离不同，相互作用力也不同，分子势能就会不同。因此，物体的物态不同，其内能也不同。例如，100g0℃的冰与100g0℃的水比较，冰熔化成水时需吸收热量，故水的内能更大
要点二、物体内能的改变
（1）热传递改变物体的内能
条件 不同物体或同一物体的不同部分之间存在温度差
方向 由高温物体转移到低温物体或由同一物体的高温部分转移到低温部分
过程 高温物体→放出热量→内能减少→温度降低；低温物体→吸收热量→内能增加→温度升高
结果 不同物体或同一物体的不同部分温度升高
实质 内能发生了转移，能的形式并未发生改变
（2）做功改变物体的内能
做功可以改变物体内能，对物体做功，物体的内能会增加；物体对外界做功，物体内能会减少。
要点诠释：
（1）热传递和做功的区别
实质 条件 方式（方法） 举例
热传递 内能的转移过程 不同的物体或物体的不同部分之间存在温度差 热传导、热对流、热辐射 烧红的铁块放入冷水中，内能从高温铁块转移到低温的水，铁块的内能减少，水的内能增加
做功 其他形式的能与内能之间的相互转化过程 外界对物体做功，物体的内能增加 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、拧弯物体 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折细金属丝
物体对外界做功，物体的内能减少 体积膨胀等 装着开水的暖水瓶内的水蒸气将瓶盖顶起来，水蒸气的内能减少
（2）做功和热传递在改变物体内能上是等效的
改变物体内能的途径有两个：做功和热传递。一个物体内能的改变，可以通过做功的方式，也可以通过热传递的方式来实现，即做功和热传递在改变物体内能上是等效的。
要点3、热量
（1）定义：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。热量用符号Q表示。
（2）单位：热量和功都可以用来量度物体内能的改变，所用的单位相同，功的单位是焦耳，热量的单位也是焦耳，内能的单位也是焦耳，符号是J。
要点诠释：
（1）理解热量的概念应注意以下三点
①热量是内能转移多少的量度，是一个过程量，可以用“吸收”或“放出”来表述
②物体放出了多少热量，内能就减少多少；物体吸收了多少热量，内能就增加多少。但要注意，内能减少或增加并不只与放出或吸收热量有关，做功也可以改变物体的内能。
③热量的多少与物体能量（内能）的多少、物体温度的高低没有关系。
（2）温度、热量、内能是热学中的三个基本物理量，应正确理解三者之间的区别与联系。
温度 热量 内能
定义不同 宏观上：表示物体的冷热程度。微观上：反应物体内大量分子无规则运动的剧烈程度 在热传递过程中，传递能量的多少 构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和
量的性质 状态量 过程量 状态量
表述 可以用“降低”“升高”“降低到”“升高到”“是”等表述 可以用“吸收”或“放出”等表述 可以用“有”“具有”“改变”“增加”“减少”等表述
单位 摄氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J）
关系 热传递可以改变物体的内能，使其内能增加或减少，但温度不一定改变（如晶体的熔化、凝固过程），即物体吸热，内能会增加，物体放热，内能会减少，但物体的温度不一定发生改变
（3）易混点：内能与机械能
内能 机械能
区别 概念 构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和 动能、重力势能和弹性势能统称为机械能
影响因素 物体的温度、体积、质量、物态、材料等 物体的质量、速度、被举高的高度或弹性形变的程度
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
联系 物体的内能与物体的运动状态、所处的高度以及是否发生弹性形变无关，所以具有机械能的物体同时一定具有内能，但具有内能的物体却不一定具有机械能。
3.3.1了解内能和热量。
【例题1】仔细观察图中（a）、（b）、（c）三杯水，判断下列说法正确的是（　　）
A．（a）杯中水的内能最大
B．（b）杯中水的内能最大
C．（c）杯中水的内能最大
D．（b）、（c）杯中水的内能一样大
【分析】
物体的内能与温度、体积（质量）和物质的状态等因素有关。
【解答】
解：物质的质量越大，温度越高，内能越大；（c）杯中水的质量大、温度高，所以该杯中水所具有的内能最大，故C正确，ABD错误。
故选：C。
【例题2】如图所示的两个集气瓶的容积相等，二氧化氮的密度大于空气，抽开玻璃板一段时间后，可以看到两个集气瓶的气体混合到一起。在此过程中，整个气体的内能 （选填“变小”、“变大”或“不变”），你的判断依据是 。
【分析】
（1）不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散，扩散现象说明了分子在不停地做无规则运动；
（2）整个气体由静止变为运动，动能增大；整个气体原来的重心位置较低，密度较大的二氧化氮气体向上运动过程中，整个气体的重心上升，重力势能增大；结合机械能的定义分析机械能的变化；机械能和内能之间可以发生相互转化。
【解答】
解：二氧化氮的密度大于空气密度，但是它也会运动到上面的瓶子内，使得两个瓶子中的颜色是均匀的；这说明气体分子在不停地做无规则运动，这属于扩散现象；整个气体由静止变为运动，动能增大；整个气体原来的重心位置较低，密度较大的二氧化氮气体向上运动过程中，整个气体的重心上升，重力势能增大，所以整个气体的机械能增大；增大的机械能是由气体的内能转化而来，所以整个气体的内能减小。故答案为：变小；混合之后气体的机械能变大。
【例题3】明末科学家宋应星编写的《天工开物》是一部百科全书式的科学巨著。书中全面、系统地记录了我国古代农业和手工业的生产技术，在科学史上具有很高的价值。书中《冶铸》篇记录了铸造铜钟的过程，大致分为“制模一熔炼一浇铸一脱模—打磨”的过程。下列说法中错误的是（　　）
A．整个铸造过程中，金属经历了熔化和凝固的物态变化
B．熔炼过程中，金属温度不断升高，直到全部变为液态
C．浇铸过程中，金属向外放热，内能不断降低
D．打磨过程中，铜钟的质量不断减小
【分析】（1）凝固是指物质由液态变成固态的过程，凝固放热；熔化是指物质由固态变成液态的过程，熔化吸热；晶体的熔化过程吸热温度不变；（2）打磨过程中，有质量损失。
【解答】A、整个铸造过程中，金属经历了先熔化成液态的铜水，再凝固成固态的铜块，故A正确；
B、铜是晶体，熔化过程中吸热温度不变，故B错误；
C、浇铸过程中，是液态到固态，凝固放热，内能不断降低，故C正确；
D、打磨过程中，有质量损失，铜钟的质量不断减小，故D正确。
故选：B。
【例题4】《天工开物》集合了我国劳动人民的智慧结晶，图中真实描绘了我国古代冶铸生产的情景。失蜡法是青铜等金属器物的精密铸造方法之一，这种方法的流程分为三步，分别是用易熔化的石蜡和细泥浆制成蜡模并硬化成铸形，之后将铸形烘烧陶化，再往内部浇注铜水制成器物。关于青铜器铸造过程中的物理知识正确的是（　　）
A．失蜡法中蜡模用的石蜡是晶体
B．石蜡形成铸形过程中先熔化后凝固
C．铜原料熔化过程中含有的热量变多
D．向铸形内注入铜水时，上方出现的“白气”是高温蒸气
【分析】（1）晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变。
（2）熔化指物质由固态转变成液态；凝固指物质由液态转变为固态。
（3）热量是过程量，不能说含有热量。
（4）液化指物质由气态转变成液态，液化要放热。
【解答】A、石蜡熔化时没有固定的熔点，故A错误；
B、石蜡形成铸形过程中先熔化后凝固，故B正确；
C、铜原料熔化过程中含有的内能变多，故C错误；
D、向铸形内注入铜水时，上方出现的“白气”是高温蒸气液化成的小水滴，故D错误。
故选：B。
1. 2023年6月4日“神十五”航天员乘组安全返回地球。返回舱在下落的过程中，重力势能不断 ；在轨期间，他们首次出色地完成斯特林热电转化实验，实现了将内能高效转化为 能，减少了对传统太阳能的依赖，为将来扩大太空探索的深度和广度提供能源保障。
2. 如图所示，开封的民间艺人会制作一种“糖人”，先把糖加热到流体状态，用它画成各种小动物图案，再慢慢晾干变硬。把糖加热，糖会 变成流体状态，这个过程需要 热量，糖的内能 。
3. 广西恭城油茶至今已有一千多年历史。小明向父母展示在学校学到的油茶制作过程，用油炒制老叶红茶至焦香，再放生姜和水熬煮而成。将煮好的油茶用碗盛出，端起时觉得碗很烫手，热气腾腾的油茶闻起来很香，冷了的油茶香味没那么香。请用所学的物理知识解释碗烫手和热油茶闻起来更香的原因。
4. 茶是世界三大饮品之一，起源于中国，盛行于世界。2020年5月21日是联合国确定的首个“国际茶日”，农业农村部与联合国粮农组织开展系列宣传活动，国家主席习近平致信表示热烈祝贺。
（1）如图所示的茶壶利用了 原理，方便倒水饮茶。
（2）用热水冲泡茶叶时，茶叶随水而动，说明力可以改变物体的 ；茶叶的温度升高，内能增加，这是通过 的方式改变了茶叶的内能。
（3）泡茶时茶香四溢说明分子 。
（4）悬浮在水中的茶叶受到的重力和茶叶受到的浮力是一对 （选填“平衡力”或“相互作用力”）。
5. 图甲是长征系列火箭搭载梦天实验舱发射时的情景，火箭点火升空将实验舱送入到预定轨道后，末级火箭与实验舱分离，坠入大气层，与大气剧烈摩擦使末级火箭绝大部分烧蚀销毁。在预定轨道上实验舱使用电推系统向不同方向喷射气体实现多次变轨，最终与“天宫号”空间站完成对接，如图乙所示。
（1）梦天实验舱加速升空过程中，重力势能 ，机械能 。（均选填“变大”“变小”或“不变”）
（2）末级火箭与实验舱分离，掉入大气层与空气剧烈摩擦温度升高，是通过 （选填“热传递”或“做功”）方式改变内能；实验舱使用电推系统向不同方向喷射气体实现变轨，说明力的作用 （选填“是”或“不是”）相互的；实验舱靠近空间站过程中，以空间站为参照物，实验舱是 （选填“运动”或“静止”）的。
（3）在空间站，航天员能完成的实验是 。
A.探究液体压强与哪些因素有关 B.探究浮力大小与哪些因素有关
C.验证牛顿第一定律 D.用托里拆利实验测量实验舱的气压
6. 小军喜欢喝咖啡，在冲调咖啡时总能闻到一股浓浓的香味。图是一杯刚冲调的咖啡，关于这杯咖啡的说法错误的是（　　）
A．咖啡在冷却的过程中，对外做功，内能减少
B．咖啡在冷却的过程中，内能减少，温度降低
C．咖啡在冷却的过程中，通过热传递方式改变了内能
D．刚冲调的咖啡，由于温度较高，分子热运动更剧烈
1. 阅读下面的短文，回答问题。
为什么热水会使玻璃破裂
将热水倒进玻璃杯中时，老练的主妇会先在杯中放一个汤匙，汤匙若是银制的则更佳。这虽然是日常生活中的普通常识，但究竟根据的是什么原理呢？
根本原因是玻璃的膨胀不均匀，所以会破裂。当热水进入杯子时，杯子的侧壁无法一下子全被加热。首先，侧壁内侧会被加热，而外侧仍保持着较低的温度，因此，内侧部分迅速膨胀，而外侧部分依然维持原状。在这种情况下，外侧会受到内侧的强压而被胀破。
有些人以为较厚的杯子不容易破裂，其实这是错误的认识。倒进热水时，厚杯子更容易破，薄杯子反而不易破裂。原因是薄杯子的外侧可以较快地被加热，使内外温度相等，膨胀均匀；相反厚杯子的外侧不可能较快地被加热，从而形成内外较大的温差，导致膨胀不均匀，杯子破裂。但是，薄杯子侧壁薄还不够，杯底也必须要薄。因为，在倒进热水时，首先被加热的是杯底。如果杯底很厚，即使侧壁很薄也没用，杯子依旧会破。此外，底部附带着厚台的玻璃杯也比较容易破裂。玻璃器皿愈薄，盛热水时就愈不易破裂。例如非常薄的烧杯，在杯中放水，直接用瓦斯炉来加热，也不会破裂。加热时能完全不膨胀，这才是最理想的容器。
玻璃杯不但在突然加热时不耐用，就是在突然冷却时也很容易破裂，理由是收缩不均匀。换言之，在冷却时，外侧已开始收缩，内侧却尚未收缩，外侧挤压内侧，从而导致破裂。所以，在把热果酱放入瓶中后，切忌将瓶子放进水中冷却。
说到这里，我再来分析杯中放进汤匙的作用。
因为在热水倒入玻璃杯时，汤匙会吸收一部分热量，假如汤匙是金属制成的，而金属是热的良导体，它能使热水的温度降低，使热水变成温水，在这种情况下，杯子当然不会破裂。接着，我们继续倒入开水，就不会有太大的危险，因为玻璃杯的温度只是升高一点点而已。
那么，银匙为什么更好呢？……
回答问题：
（1）玻璃杯破裂的基本原因是 。
（2）什么玻璃杯不易破裂 （选填“薄的”或“厚的”）。
（3）为什么放入汤匙后，玻璃杯不易破裂 。
（4）猜想一下银匙为什么更好呢？ 。
2. 4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。搭载着翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员跃入天际，稳稳降落在东风着陆场。如图所示是“神舟十三号”飞船的返回舱。返回舱重返地球时，为避免与大气剧烈摩擦产生的高热烧穿舱壁，返回舱表面涂有防热材料。返回舱的总质量为3.2×103kg。表面防热材料的质量为500kg,比热容为4×103J/（kg ℃），回答下列问题：
（1）返回舱进入地球大气层时与大气剧烈摩擦，通过 方式增加了返回舱表面的内能，该过程与内燃机的 冲程能量转化相同。
（2）返回舱在大气层中下落15000m,重力做功多少焦？
（3）若返回舱进入大气层后，下落时减少的重力势能转化为内能的40%被防热材料吸收。则防热材料升高的温度是多少？
3. 阅读分析题
热阻
当物体或物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递。热传导是热传递的一种方式，物体对热量的传导有阻碍作用，称为热阻，用R表示。物体的热阻与物体在热传导方向上的长度L成正比、与横截面积S成反比，还与物体的材料有关，关系式为R=，式中λ称为材料的导热系数，不同材料的导热系数一般不同。房屋的墙壁为了保温，往往使用导热系数较小的材料。如果墙壁一侧是高温环境，温度始终为t1，另一侧是低温环境，温度始终为t2，墙壁温度变化随着厚度改变而均匀递增（或递减），所以在墙壁中形成稳定的热量流动，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量Q与墙壁两侧的温度差成正比，与墙壁的热阻成反比。
（1）发生热传导的条件是相互接触的物体之间存在 。
（2）热量传导过程和电流相似，温度差相当于电路中 。
A.电流； B．电压； C．电阻； D．电功率
（3）铜汤勺放在热汤中，把手很快就会烫手，而塑料把手的汤勺不会烫手。由此可知铜和塑料的导热系数大小：λ铜 λ塑料（填“＞”“＜”或“=”）。
（4）如图甲所示，热量在墙壁中传导，虚线标出的墙壁正中间处的温度为 。
（5）图乙中图像与文中信息描述一致的是 。
参考答案：
热身训练：
1. 减小；电；
2. 熔化；吸收；增加；
3. 答：碗的温度高于手的温度，碗和手之间发生热传递，手的内能增加温度升高，所以觉得碗烫手。闻到香味说明分子不停地做无规则运动，是扩散现象，温度越高，分子无规则运动越剧烈，扩散现象越明显，热油茶闻起来更香；
4. （1）连通器；（2）运动状态；热传递；（3）在不停地做无规则运动；（4）平衡力；
5. （1）增大；增大；（2）做功；是；运动；（3）C；
6. A。
拓展阅读：
1. （1）玻璃的膨胀不均匀；（2）薄的；（3）金属是热的良导体，它能使热水的温度降低，使热水变成温水；（4）因为银匙的导热性能更好；
2. （1）做功；压缩；
（2）返回舱在大气层中下落15000m,重力做功4.8×108J；
（3）防热材料升高的温度是96℃。
3. （1）温度差；（2）B；（3）＞；（4）(t1+t2)/2；（5）B。
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