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(t0t)。 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