第2节 内能
方式一 【实验导入】
图13－2－1
演示实验：用自行车车胎气嘴自制瓶塞，演示气体膨胀对外做功(瓶内加入少量酒精，5 mL左右即可，相当于常用的一次性注射器的最大吸入量)，或者用多媒体设备播放该实验视频。启发学生猜想可能会发生什么现象，过程中注意观察，是否与自己想象的情形相同。
实验结束后，教师适时导入新课：如何来解释这种奇妙的现象呢？学完本节的知识后，不难找到答案。板书课题：内能。
方式二 【情景导入】
多媒体展示有关人类对“热”充满渴望的图片(旨在说明人类对“热”的认知过程)。
图13－2－2
设问：热是一种能量吗？如果是，那它能做功吗？
方式三 【问题导入】
多媒体播放相关的视频或图片(边放边问)：
图13－2－3
导入语：冬天手冷时为什么搓手能取暖？为什么从滑梯上滑下时臀部有灼热感？钻木为什么可以取火？
认真学习本节内容，我们自然可以找到答案。
1．温度、热量、内能的区别
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温度
热量
内能
定义
宏观：表示物体的冷热程度。
微观：反映了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(注意是“所有分子”)
表述
只能说“是”“降低”“升高”；不能说“吸收”“放出”
只能说“吸收”“放出”；不能说“具有”“含有”
只能说“有”“具有”“增大”“减小”
性质
状态量
过程量
状态量
辨析
物体温度升高，内能增加，不一定吸热
物体吸收热量，内能增加，不一定升温
物体内能增加，不一定升温
物体内能增加，不一定吸热
示例
钻木取火，摩擦生热，搓手
晶体熔化，水沸腾
晶体熔化，水沸腾
钻木取火，摩擦生热，搓手
2.讲解内能时可以借用的图片(详见光盘内容)
对于图13－2－4中两只企鹅的对话，你有什么看法？
图13－2－4
3．教学片断：内能改变方式的教学
提出问题：怎样才能使一根铁丝温度升高、内能增加？看看谁的办法多。
小组讨论：用火烧铁丝；用力弯折；放在太阳下晒；放在热水中烫；在地上或墙上摩擦……
归类总结：方法有两种：(1)热传递(①用火烧铁丝，②放在太阳下晒，③放在热水中烫)；(2)做功(①用力弯折，②在地上或墙上摩擦)。
[考点小说] 热学及能量板块中考必考，而其中内能和内能的改变常常与热机结合进行综合考查，是该部分知识的高频考点，一般以选择题、填空题的形式呈现。
1．压缩气体做功，气体内能增大
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[源起教材P9] 演示
图13.2－5 做功改变物体的内能
1．如图13.2－5甲，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，观察发生的现象。
2．如图13.2－5乙，烧瓶(或可乐瓶)内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。
在上述实验中，通过什么途径改变了玻璃筒和烧瓶内空气的内能？
例1 [梅州中考] 如图13－2－5所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉，用力把活塞迅速下压，棉花就会立即燃烧。根据该实验现象，下列结论正确的是( )
A．棉花燃烧过程是化学能转化为内能
B．活塞下压过程中，气体的内能减小
C．气体容易被压缩，是因为气体分子间距离较小
D．活塞下压过程是热传递改变物体的内能
[答案] A
图13－2－5
2．气体膨胀对外做功，本身内能减小
[源起教材P9]
图13.2－5乙，瓶内水上方存在着无色透明、无法看到的水蒸气；当塞子跳起来时，可以看到瓶内出现白雾，说明水蒸气液化成了可以看到的小水滴。在这个过程中，气体膨胀对外做功，温度降低，内能减小。
例2 [泰安中考] 如图13－2－6所示实验，试管口木塞冲出过程( )
A．试管口出现的白雾是水蒸气
B．试管口出现白雾说明水蒸气内能增加
C．能量转化情况与钻木取火能量转化相同
D．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能减少
图13－2－6
[答案] D
材料一——热量与生命
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你是否发现，即使我们喝下大量冰镇饮料或在热水浴池中泡上很长时间，我们的体温也不会有多大变化。身体放热或吸热时，体温为什么不降低或升高呢？
原来，在人和一些动物的下丘脑中(位于大脑皮层下面)，有一个负责保持体温不变的“调节器”。当喝下冰镇饮料后，胃壁温度降低，胃部神经将凉的感觉信号传给了下丘脑，它立即发出指令加快血液循环，把大量热量带到胃壁，保持了胃的正常温度。当外界温度降低时，下丘脑立即发出指令，加快新陈代谢多产生热量，还发出指令使毛孔收缩，减少散热，以保持正常体温。
然而，下丘脑的调节功能是有限度的。若外界温度过低，新陈代谢产生的热量将补偿不了由于身体表面蒸发、传导和呼吸引起的热量损失，于是体温下降，严重时就会造成死亡。因此，人在冬天要穿上棉衣御寒；生活在寒冷环境中的动物都有厚厚的毛皮，一只北极熊，不必加快新陈代谢的速度，就能在－50 ℃的环境中舒舒服服地过日子。
当外界温度较高时，人和动物就要向外界加快散热以保持体温。例如，人在热水浴时，下丘脑发出指令加快皮肤的血液循环，大量出汗散热，同时加快呼吸，使热量随气体和水分一同排出，从而有效地防止了人体温度的上升。有的动物没有汗腺，向外散发热量就有些困难了，狗就是这种动物之一。夏天狗总是张着嘴、伸着舌头，它就是靠伸长的舌头蒸发水分来散发热量的。
应用物理学概念和规律来研究生命运动，已经形成一门新的交叉学科——生物物理学。
材料二——温室效应的危害
①全球变暖：温室气体浓度的增加会减少红外线辐射到太空外，地球的气候因此需要转变来使吸取和释放辐射的量达到新的平衡。这转变包括“全球性”的地球表面及大气低层变暖，因为这样可以将过剩的辐射排放出外。虽然如此，地球表面温度的少许上升也可能会引发其他的变动。
②地球上的病虫害增加：温室效应可使史前致命病毒威胁人类，美国科学家发出警告，由于全球气温上升令北极冰层熔化，被冰封十几万年的史前致命病毒可能会重见天日，导致全球陷入疫症恐慌，人类生命受到严重威胁。
图13－2－7
③海平面上升：假若“全球变暖”正在发生，有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨胀令海平面上升。第二种是冰川和格陵兰及南极洲上的冰块熔化使海洋水分增加。预期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介于0.09 m和0.88 m之间。
④气候反常：气候反常、极端天气多是全球性温室效应后果之一，是因为二氧化碳这种温室气体浓度增加，使热量不能散发到外太空，使地球变成一个保温瓶，而且还是不断加温的保温瓶。全球温度升高，使得南北极冰川大量熔化，海平面上升，导致海啸、台风、夏天非常热、冬天非常冷，以致气候反常，极端天气多。
⑤土地沙漠化：土地沙漠化是一个全球性的环境问题。沙漠化使生物界的生存空间不断缩小，已引起科学界和各国政府的高度重视。气候变冷和构造活动变弱是沙漠化的主要原因，人类活动加速了沙漠化的进程。中国科学家对罗布泊的科学考察提供了不可辩驳的证据。
⑥缺氧：温室气体的摩尔质量都大于氧气，当世界各国把地球内部所有的能源都开采出来使用，然后地球上最终的环境状态就和在10亿年前的情况差不多了，届时不光是野生动物呼吸不到氧气，甚至连人类也是无法生存的。
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详见光盘内容
1. 在学习了内能的知识后，几位同学对于内能的知识提出了下列说法，正确的是（ ）
A．晓华：炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块也具有内能
B．晓峰：运动速度大的物体内能大
C．晓玲：物体的内能与温度无关
D．晓平：物体对外做功其内能一定增大
2. 温度、热量和内能三个物理量遇到了一起，下列关于它们的说法正确的是（ ）
A．温度高的物体含有的热量比温度低的物体多
B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
C．内能少的物体也可能将能量传给内能多的物体
D．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
3. 如图所示是模拟点火爆炸装置，当揿动电火花发生器的按钮时，我们可以看到上面的盒盖将_________，同时听到“砰”的一声响．在此过程中，燃气的_________能减少，转化为_________的_________能．
4. 通过课本中的实验探究，同学们知道了做功可以改变物体的内能，具体地说：对物体做功，物体的内能会增加．那么“物体对外做功，物体的内能会减少吗”？严小明同学对这个猜想设计了如图所示的实验：用酒精灯加热试管中的水，使水沸腾，他看到了水蒸气将木塞冲开，并冒“白气“，这充分说明了水蒸气_________，水蒸气内能_________，温度_________．在这个过程中_________能转化为_________能．实验说明：_________，从而验证了小明的猜想是_________（选填“正确”或“错误”）的．
5. 位于芜湖市的“神山铸剑”遗址极富传奇色彩，相传春秋时干将在此设炉造剑，三年成剑，锋利无比．干将造剑主要是利用了金属具有良好的_________（选填“弹性”、“硬度”或“延展性”），可锻打成剑．当年的“淬剑池”如今仍位于山颠，淬剑是指将炽热的金属剑迅速与冷水接触，以增加其硬度．淬剑过程中，金属剑的内能_________ （选填“增大”或“减小”），这主要是通过_________方式改变了金属剑的内能．
6. 某物理实践小组的同学为了研究不同颜色的物体的吸热本领，他们把质量、温度都相同的水分别倒入两个相同的玻璃瓶中，用白纸和黑纸分别将瓶子包起来后放在太阳光下照射，每隔3min测一次瓶中水的温度，收集的数据如下：
日照时间/min
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
白纸瓶水温/℃
23
24
25
25
26
27
27
28
29
29
30
黑纸瓶水温/℃
23
25
26
27
28
29
30
31
32
33
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在这一过程中，水的内能_________（选填“增加”或“减少”），内能变化的方式是_________．对上述数据分析，得到的结论是_________．
【趣味链接】
内能是指物体内部所包含的总能量，包括分子的动能（即分子无规则热运动动能）和
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分子的势能（即分子间相互作用能）、分子内的能量、原子内的能量、原子核内的能量等．在热学中，由于在热运动中上述后三项能量不发生变化，所以内能一般指前两项．由于分子的动能跟温度有关，分子的势能跟分子间的距离有关，所以物体的内能跟温度、体积都有关系．
【拓宽延伸】
慢慢压缩针筒里的气体，加热针筒里的气体，气体内能中哪部分发生变化？金属块在受热膨胀时，金属块内能中哪些部分发生变化？
1.A
解析：因为任何物体任何温度都有内能，故炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块也具有内能，故A说法正确，符合题意；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，而与整个物体的速度无关，故B说法错误；物体的内能与温度有关，C说法错误；物体对外做功，内能减小，D说法错误．故选A．
2.C
解析：热量不是状态量，不能说含有或者具有热量．故A不正确．热传递发生的条件是：有温度差；热传递的特点是：高温物体放出热量，低温物体吸收热量，热量从高温物体传给低温物体，但内能小的物体温度可能比内能大的物体高，因此热量也可能由内能小的物体传给内能大的物体．故B不正确．内能少的物体也可能将能量传给内能多的物体，能量是从高温物体转移到低温物体．故C正确。物体的内能与温度有关，同时，内能的大小还与质量和体积有关．故D不正确．故选C．
3.飞出去 内 盒盖 机械
解析：当揿动电火花发生器的按钮时，酒精会燃烧，酒精燃烧后产生的高温高压的燃气体积膨胀，对外做功，燃气的内能减少，内能转化为盒盖的机械能，使盒盖飞出去．
4.对木塞做功 减小 降低 内 机械 物体对外做功，内能减小 正确
解析：做功和热传递是改变物体内能的两种方式．对物体做功，机械能转化为内能，内能增加；物体对外做功，内能转化为机械能，内能减小．所以水蒸气对木塞做功，水蒸气内能减小，温度降低，内能转化为机械能．实验说明：物体对外做功，物体的内能减少．小明的猜想是正确的．
5. 延展性 减小 热传递
解析：（1）干将造剑主要是利用了金属具有良好的延展性．（2）炽热的金属剑迅速与冷水接触，金属剑和冷水之间存在温度差，两者之间发生热传递，金属剑放出热量，温度降低，冷水吸收热量，温度升高．金属剑的温度降低，内能减小．
6. 增加 热传递 黑色物体比白色物体吸热本领强
解析：（1）由记录的数据可见，水的温度在升高，因此水的内能增加；（2）水的温度升高是由太阳光照射引起的，因此是热传递导致了水的内能增加；（3）由数据可见，黑纸瓶水温升高的快，说明黑色比白色吸热本领强．
7.思维点睛：慢慢压缩针筒里的气体，分子势能会发生变化．加热针筒里的气体，分子动能会发生变化．金属块在受热膨胀时，金属块内分子势能和分子动能都会随着发生变化．
解析
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：慢慢压缩针筒里的气体，气体的体积会发生变化，分子间的距离会减小，分子的势能跟分子间的距离有关，因此分子势能会发生变化．加热针筒里的气体，气体的温度会升高，由于分子的动能跟温度有关，因此分子动能会发生变化．金属块在受热膨胀时，金属块的温度和体积都发生变化，因此分子势能和分子动能都会随着发生变化．
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