九年级物理上册（北师大版）同步导学案：第10章第2节 内能

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二、内能
基础知识 基础技能
1．物质的组成与扩散现象
物体是由大量的分子组成的。由于分子太小，我们无法直接观察到分子的行为，但是我们可以从一些宏观现象，来判断分子的行为。先看下面的实验：
实验1：在装着红棕色二氧化氮(密度大于空 ( http: / / www.21cnjy.com )气)气体的瓶子上面，倒扣一个空瓶子。使两个瓶口相对，之间用一块玻璃板隔开(如图)。装有密度较大的二氧化氮气体的瓶子在下，装有空气的瓶子在上。抽掉玻璃隔板，一段时间后，我们会看到上面空气瓶逐渐出现了红棕色，下面红棕色的二氧化氮瓶中颜色逐渐变淡。
这一现象表明：上面空气瓶中有二氧化氮气体进 ( http: / / www.21cnjy.com )入，下面二氧化氮瓶中也有空气进入。通过这个实验，表明气体分子在不停息地运动，能彼此进入对方。我们一进入加油站就能闻到汽油味，就是因为汽油的分子运动到空气中了。
那么液体分子是否运动呢？我们再来看一个实验。
实验2：在量筒里装一半清水，用长颈漏斗小心 ( http: / / www.21cnjy.com )地将硫酸铜溶液注入水的下面，由于硫酸铜溶液的密度比水大，会沉在量筒的底部，我们可以看到无色的清水与蓝色的硫酸铜溶液之间有明显的界限(如图)。静放几天后，界面逐渐模糊不清了，再过几天，二者便浑然一体了。
这表明液体分子也在不停地运动，也能彼此进入对方。
有人做过实验，把磨得很光的 ( http: / / www.21cnjy.com )铅片和金片紧压在一起，在室温下放置5年后，再将它们切开，通过观察剖开的切面，可以看到它们互相渗入约1 mm深。可见，固体分子也在不断地运动，也能彼此进入对方。其实日常生活中的一些现象也能说明固体分子在不断的运动。比如，煤矸石有的原来就是石灰岩，由于长期跟煤挤压在一起，它的内部也变黑了。
大量事实说明：气体、液体、固体的分子都 ( http: / / www.21cnjy.com )在不停息地运动。那么，我们都是根据什么来判断分子在运动呢？是根据现象。在这几个实验中，我们会看到当两种不同的物质相互接触时，会发生自发的彼此进入对方的现象，这种现象叫做扩散。扩散现象表明了分子在不断运动着。
谈重点 扩散与扩散现象
(1)不同的物质一定要互相接触时才能发生扩散。如果两种不同物质彼此不接触，是不能发生扩散的。
(2)扩散不是单向的一种物质的分子 ( http: / / www.21cnjy.com )进入另一种物质中去，而是两种物质彼此同时进入对方的现象。如硫酸铜溶液和清水接触后，扩散现象在两种液体的界面上开始发生，在硫酸铜分子向清水中扩散的同时，水分子也向硫酸铜溶液中扩散，使明显的界面模糊起来。
(3)扩散现象是分子运动的结果，不是靠外力完成的，是一种“自发的”行为。比如：风吹花香，这是风吹动的结果，不属于扩散现象。www-2-1-cnjy-com
(4)扩散现象并不局限于处于同一状 ( http: / / www.21cnjy.com )态的不同物质之间，在气体和液体、气体和固体、液体和固体之间都可能发生扩散现象。如在教室里打开一瓶香水，不一会儿，全教室的同学都可以闻到香水的气味，这是液体和气体间的扩散现象。
怎样确定某种现象是否为扩散现象呢？
关键看彼此进入对方的物质是否是不同物质；进入对方的过程是否是自发的。
【例1】 下列现象中属于扩散现象的是(　　)
A．擦黑板时，粉笔灰在空中飞舞
B．打开一盒香皂，很快就会闻到香味
C．粉笔蹭到衣服上，在衣服上留下粉笔痕迹
D．冬天，雪花漫天飞舞
解析：扩散现象是由于分子无规则运动形成的，分 ( http: / / www.21cnjy.com )子的运动我们用肉眼不能直接看到，只能通过发生的现象来认识，因此我们用肉眼直接看到的现象都不是扩散现象，A、C、D选项都是能用肉眼直接看到的现象，不属于扩散现象；只有B选项中的“闻到香味”是由于分子做无规则运动的结果，属于扩散现象。
答案：B
2．分子运动与分子动能
(1)分子运动与温度的关系
实验：在一个烧杯中装半杯热 ( http: / / www.21cnjy.com )水，另一个同样的烧杯中装等量的冷水。用滴管分别向两个烧杯中小心的滴入一滴红墨水，不要搅动，观察两杯中墨水的扩散情况。我们会发现热水杯中的水很快变红了，这说明红墨水在热水中扩散得快，扩散速度跟温度有关。温度越高扩散得越快。21cnjy.com
扩散的快慢与温度有关，说明分子运动与温度有关。温度越高，分子运动得越快。分子的无规则运动叫做分子热运动。温度越高，热运动越剧烈。21·世纪*教育网
(2)分子动能
在第一节我们知道，物体由 ( http: / / www.21cnjy.com )于运动而具有动能，分子也在不停息地运动，所以分子也具有动能，叫做分子动能。由于温度越高，分子运动得越快，所以温度越高，分子动能越大。
【例2】 下列事实不能用分子观点解释的是(　　)
A．柳絮纷飞 B．花香四溢
C．给轮胎打气时气体被压缩 D．1滴水中大约有1.67×1021个水分子
解析：分子动理论的内容是：物质是由分子 ( http: / / www.21cnjy.com )组成的，分子间有间隙；分子在永不停息地做无规则运动；分子间有相互作用的引力和斥力。“花香四溢”说明了分子在永不停息地做无规则运动；“打气时气体被压缩”说明了分子间有间隙；“1滴水中大约有1.67×1021个水分子”说明了物体是由分子组成的。分子很小，我们用肉眼不可能直接看见，“柳絮纷飞”是宏观物体的运动，不能用分子观点解释。
答案：A
3．分子间的作用力与分子势能
(1)探究分子之间的引力作用
实验1：用力拉绳子，绳子不易被拉断。
实验2：将两个铅柱的底面削平、削干净，然后紧紧地长时间压在一起，两块铅就会结合起来，甚至下面吊一个重物都不能把它们拉开，如图所示。21教育名师原创作品
实验3：把一块表面很干净的玻璃板水平地 ( http: / / www.21cnjy.com )挂在弹簧测力计下(如图a所示)，手持弹簧测力计上端，观察玻璃板静止时，弹簧测力计的示数，然后将玻璃板放到恰好与水槽内水面相接触(如图b所示)，并慢慢向上提起弹簧测力计。观察两次弹簧测力计示数有何不同。
上述实验表明：物体的分子之间存在着引力。分子间的引力使得固体和液体能保持一定的体积，使它们里面的分子不致散开。
【例3－1】 (中考改编题)如图所示的各种现象中，能够说明分子间存在引力的是(　　)
解析：选项A、B、D是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动；只有选项C能够说明分子间存在引力。
答案：C
(2)探究分子之间的斥力作用
实验4：用力挤压桌面，桌面却没有明显的形变发生。
实验5：把注射器筒中吸入一定量的水，用手指堵紧出口，用力向下压活塞，注射器筒中的水的体积却没有明显变小。2·1·c·n·j·y
上述实验表明：虽然分子之间有间隙， ( http: / / www.21cnjy.com )但要压缩固体和液体却很困难。这是因为分子之间存在着斥力。由于斥力的存在使得分子已经离得很近的固体和液体很难进一步被压缩。
【例3－2】 小雪同学在探究分子间的作用 ( http: / / www.21cnjy.com )力时，在注射器筒内先吸入适量的水，推动活塞把筒内空气排除后，用手指堵住注射器嘴，再用力推活塞，结果她发现筒内水的体积几乎未改变，这一实验表明分子间存在相互作用的________(选填“引力”或“斥力”)。
解析：本题主要考查对分子间的作用力的 ( http: / / www.21cnjy.com )理解。分子间的作用力包括引力和斥力；铁丝等很难折断，说明分子之间存在引力；固体和液体很难被压缩，是因为分子间存在斥力。
答案：斥力
(3)分子间引力和斥力的关系
分子之间既有引力又有斥力，斥力和引力同 ( http: / / www.21cnjy.com )时存在，就像被弹簧连着的小球(如图所示)。当分子间的距离很小时，斥力大于引力，作用力表现为斥力；当分子间的距离稍大时，斥力小于引力，作用力表现为引力。如果分子相距很远，作用力就变得十分微弱，可以忽略。
辨误区 正确理解分子力
分子间的引力和斥力是同时存在的 ( http: / / www.21cnjy.com )，并不是有引力时就没有斥力，有斥力时就没有引力。只是有时引力起主要作用，而有时斥力又起主要作用。何时是引力起主要作用，何时是斥力起主要作用，与分子间的距离有关。
①当分子间的距离等于某一数值时(以10 ( http: / / www.21cnjy.com )－10 m来量度)，分子间的斥力和引力相等，分子间的作用力表现为零，这个位置叫做平衡位置，用r0表示。
②当分子间的距离r＜r0时，分子间的引力和斥力都增大，但斥力增大得快，此时分子间的作用力表现为斥力。
③当分子间的距离r＞r0时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力减小得快，此时分子间的作用力表现为引力。
④当分子间的距离r＞10d(d为分子直径)时，分子间的引力和斥力均十分微弱，可以忽略。
(4)分子势能
由于分子之间存在着相互作用力，即具有一定的 ( http: / / www.21cnjy.com )距离，也具有一定的作用力。同物体与地球之间有距离(高度)、有重力一样，被举高的物体具有重力势能，因而分子也具有势能，称为分子势能。
【例3－3】 (双选)关于分子间的相互作用力，下列说法中正确的是(　　)
A．分子引力和分子斥力总是同时存在的
B．当分子间的距离减小时，分子引力增大，分子斥力减小
C．当分子间的距离增大时，分子引力和分子斥力都减小，并且斥力减小得更快
D．当分子间的距离增大时，分子引力和分子斥力都增大
解析：当分子间的距离减小时， ( http: / / www.21cnjy.com )分子间引力和斥力都增大，而斥力增大得快，所以作用力表现为斥力，选项B错误；由“如果分子相距很远，作用力就变得十分微弱”推出，当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都减小；当分子间的距离稍大时，作用力表现为引力，说明分子间斥力随距离的增大减小得更快，故C正确、D错误。
答案：AC
4．物体的内能
(1)内能的概念
由上面的分析我们知道分子具有分子动能和分子势能，而物体内含有大量的分子，我们就把物体内所有分子的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。
(2)影响内能大小的因素
对于同一个物体来说温度越高，分子运动得 ( http: / / www.21cnjy.com )越剧烈，其内能也就越大。物体内能的大小还和物体的质量有关。物体质量大小实际上反映的是分子数目的多少，质量越大表明分子数目越多，内能也就越大，对于相同质量的同种物质来说，温度相同时其内能还和状态有关，比如0 ℃的冰与0 ℃的水相比，水的内能要大于冰，因为0 ℃的冰要融化成0 ℃水还需要吸收热量。【来源：21cnj*y.co*m】
【例4】 (双选)物理学把“物体内所有 ( http: / / www.21cnjy.com )分子热运动的动能与分子势能的总和叫做物体的内能”，请你根据这个意思，结合所学知识，判断下列说法正确的是(　　)
A．同一物体温度越高，物体内能越大
B．同一物体温度越低，物体内能越大
C．温度相同的同种物质，分子个数越多，物体内能越大
D．温度相同的同种物质，分子个数越多，物体内能越小
解析：从概念上看，物体内能的大小由分子个 ( http: / / www.21cnjy.com )数(质量)、分子动能大小(温度)及分子势能(体积)三个因素决定，其中质量越大，温度越高时，物体的内能会越大。所以正确的选项为A、C。21·cn·jy·com
答案：AC
点评：本题考查内能的知识，解本题的关键是正确 ( http: / / www.21cnjy.com )理解内能的定义，定义中包含的关键词如所有、分子动能、分子势能、总和等，再根据所学的相关物理知识进行分析即可。
基础方法 基本能力
5．做功可以改变物体的内能
实验探究：
(1)提出问题
做功可以改变物体的内能吗？
(2)猜想与假设
①对物体做功可能使物体的温度升高，内能增加。
②物体对外界做功可能使物体的温度降低，内能减少。
(3)进行实验
实验1　在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，把活塞迅速压下去，棉花燃烧，如图甲所示。
实验2　大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，瓶内出现白雾，说明水蒸气液化，变成了小水滴，如图乙所示。2-1-c-n-j-y
(4)分析与论证
①空气被压缩时，内能增大，温度升高，棉花燃烧。
②空气推动活塞时，内能减少，温度降低，水蒸气遇冷液化，出现白雾。
(5)得出结论
做功可以改变物体的内能，对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，物体内能减少。
【例5－1】 如图所示，在空可乐瓶内 ( http: / / www.21cnjy.com )滴一滴酒精，用装有气门芯的橡皮塞塞紧瓶口，再用打气筒通过气门芯向瓶内打气。当瓶内气压达到足够大时，塞子将从瓶口冲出，且原来透明的瓶内充满了白雾，这一实验现象表明(　　)　　21*cnjy*com
A．气体对外界做功，瓶内温度升高，内能减少
B．外界对气体做功，瓶内温度升高，内能增加
C．气体对外界做功，瓶内温度降低，内能减少
D．外界对气体做功，瓶内温度降低，内能增加
解析：用打气筒通过气门芯向瓶内打气，瓶 ( http: / / www.21cnjy.com )内气体内能增大，温度升高，当瓶内气压达到足够大时，气体对塞子做功，塞子会从瓶口冲出，且瓶内气体内能减少，温度降低，酒精蒸气遇冷液化，从而使原来透明的瓶内充满了白雾。【版权所有：21教育】
答案：C
【例5－2】 如图所示是我国最新研制的防 ( http: / / www.21cnjy.com )空利器红旗9防空导弹进行试射时的场景。导弹上升过程中，重力势能将__________(选填“增大”“减小”或“不变”)，因与空气摩擦而生热，其内能将__________(选填“增大”“减小”或“不变”)，这是用__________的方式改变其内能的。
解析：导弹在上升过程中，高度在增加，所以重力势能增大，与空气摩擦生热，导弹的内能增加，这是通过做功的方式来改变物体内能的。
答案：增大　增大　做功
6.热传递可以改变物体的内能
除了做功可以改变物体内能外，我们生 ( http: / / www.21cnjy.com )活中更多的是用热传递的方式来改变物体内能。冬天用热水袋取暖，人体感觉暖和了，而热水袋会逐渐凉下来；把烧红的工件放到冷水中，工件会凉下来，而冷水会变热。这都是热传递现象。
(1)热传递发生的条件：不同物体之间或同一物体的不同部分之间存在着温度差，只要温度不同，就会发生热传递。
(2)热传递的方向：在热传递的过程中，能量从高温物体传到低温物体，即高温物体温度降低，内能减少；低温物体温度升高，内能增加。
(3)热传递的结果：高温物体内能减少，低温物体内能增加，持续到发生热传递的物体间温度相同(称为热平衡)。
(4)热传递的实质：内能在物体间的转移，即内能从高温物体(或物体的高温部分)传到低温物体(或物体的低温部分)。
(5)热量：在热传递的过程中，传递的内能的多少叫做热量，单位是焦耳(J)。
谈重点 热量与内能的关系
物体吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少。吸收或放出的热量越多，它的内能改变越大。
【例6－1】 下列与内能有关的说法，正确的是(　　)
A．内能的改变必须通过做功才能实现
B．同一物体的机械能增加，其内能也增加
C．内能可以通过做功转变为机械能
D．热传递一定是从内能多的物体传到内能少的物体
解析：物体的内能增加了，可能是通过做 ( http: / / www.21cnjy.com )功，也可能是通过吸收热量，所以A错。同一物体的机械能增加，其内能不一定增加。机械能和内能之间没有关系，故B错。热传递的方向是从高温物体传到低温物体，内能多的物体温度不一定高，故D错。内能可以通过做功转变为机械能，例如盖紧的暖瓶塞有时会跳起，所以C正确。【出处：21教育名师】
答案：C
【例6－2】 在如图的四幅图中，属于利用热传递改变物体内能的是(　　)
解析：
答案：D
7.能量守恒定律
(1)在对物体做功过程中，外界机械能减 ( http: / / www.21cnjy.com )少，物体内能增加。物体对外做功过程中，物体内能减少，外界机械能增加。这两个过程中，能量只是发生了形式的改变，总量并没有变化。
(2)热传递改变物体内能是内能的转移，高温物体内能减少，低温物体内能增加，能量发生了转移，总量也没有变化。21教育网
(3)人们通过大量事实证明， ( http: / / www.21cnjy.com )任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，能的总量是保持不变的。也就是说，能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。
【例7－1】 下列事例中，属于内能转化为机械能的是(　　)
A．水壶中的水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起
B．两手相互摩擦，手心变热
C．用气筒给自行车打气，气筒会发热
D．流星与空气摩擦生热、发光
解析：水壶中的水沸腾后，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能；选项B、C、D都是机械能转化为内能。
答案：A
【例7－2】 如图所示为一 ( http: / / www.21cnjy.com )盒火柴，火柴头在火柴盒上轻轻划过就能擦燃，从能量转化的角度讲，是将__________能转化为__________能，这是通过__________的方式实现的。
解析：火柴头在火柴盒上摩擦做功，将机械能转化为内能，火柴头的温度升高，达到磷的燃点而燃烧。
答案：机械　内　做功
思维拓展 创新引用
8．内能与机械能的区别
一切物体无论温度高低都有内能。机械能与整个 ( http: / / www.21cnjy.com )物体的机械运动情况有关，内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关，所以内能是不同于机械能的另一种形式的能，它们之间有着根本的区别，如下表所示：www.21-cn-jy.com
研究对象 存在情况 影响因素 改变方式
机械能 宏观物体 可以为零 质量、速度、高度等 做功
内能 微观粒子 不可能为零 质量、温度等 做功、热传递
【例8】 关于机械能与内能，下列说法正确的是(　　)
A．运动速度大的物体内能较大
B．静止的物体内能不为零
C．分子热运动剧烈的物体机械能较大
D．0 ℃的物体运动速度不可以为零
解析：物体是否运动，运动速度的大小，是机械运 ( http: / / www.21cnjy.com )动的问题，只影响机械能的大小。分子热运动的剧烈程度属于热运动范畴的问题，只影响内能的大小。物体温度的高低是物体内部分子热运动剧烈程度的标志，不能由此判断物体机械运动速度的大小，故A、C、D三项均错。21世纪教育网版权所有
答案：B,
9．温度、内能和热量的关系
温度、内能和热量是三个紧密相连的物理量，它们的区别与联系见下表：
区别 联系
温度 温度是表示物体冷热程度的物理量。它是一个状态量，其单位是“摄氏度”。它跟物体内分子的热运动情况有关，温度越高，分子运动越快 温度的变化可以改变一个物体的内能。物体吸收或放出热量，它的内能将发生改变，但它的温度不一定改变。同样，物体放出热量时，温度也不一定降低
内能 内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和。内能跟温度联系密切，当一个物体的温度升高时，它的内能增大，内能也是一个状态量
热量 热量是热传递过程中传递能量的多少。它是内能转移多少的量度，是一个过程量
【例9－1】 关于温度、热量和内能，下列说法正确的是(　　)
A．温度高的物体内能一定大，温度低的物体内能一定小
B．物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变
C．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
D．物体的温度越高，所含热量越多
解析：物体的内能与物体的质量及温度有关，温度 ( http: / / www.21cnjy.com )越高，内能越大，但不能说温度高的物体内能一定大，因为内能还与质量(分子数)有关，所以A、B均错；热传递的条件是两个物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差，内能从温度高的物体传递到温度低的物体，与物体的内能大小无关，故C正确；热量是物体内能转移多少的量度，是一个过程量，不能说物体含有热量，故D错。【来源：21·世纪·教育·网】
答案：C
【例9－2】 南极“万年冰”中含有很多压缩气泡，科考队员取一小块放入盛有酒的杯中，冰块会在酒面上漂来漂去。下面几种说法错误的是(　　)21*cnjy*com
A．冰块融化，气泡破裂，使冰块漂来漂去
B．冰块吸热，内能增加，使冰块漂来漂去
C．冰块融化，气泡破裂，气泡的内能减少
D．冰块吸热，酒放热，酒的内能减少
解析：冰块放入酒杯中，冰要从 ( http: / / www.21cnjy.com )酒中吸收热量，使冰块的内能增加，温度升高，一部分冰融化为水，融化过程中，里面的气泡破裂，对外做功，内能减小，由于气泡的破裂，膨胀的空气向各个方向喷出，在相互作用力下，冰块会漂来漂去，因此冰块漂来漂去的原因不是因为冰块内能增加。
答案：B
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