內能三問

分子熱運動知識告訴我們：物體內部的分子不停地做著無規則的運動，運動的分子具有動能；分子間有距離，相互間也存在著作用力，所以分子也具有勢能.物理學中把物體內部所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內能.由于分子是在物體內部自身不停地運動，跟物體的整體運動無關，所以內能是不同于機械能的另一種形式的能.

為了進一步學習和把握內能，下面我們通過三個問題來進行深入探討.

一、什么樣的物體具有內能？

內能是物體內部所有分子做無規則運動的動能與分子勢能的總和.由于物體由分子組成，分子又在不停地做無規則運動，因此一切物體，不論溫度高低、質量大小、運動與否、狀態如何，都具有內能.如0 ℃的水具有內能，100 ℃的水具有內能，0 ℃或0 ℃以下的冰也具有內能.

例1 下列關于內能的說法正確的是（）.

A． 靜止在地面的冰塊沒有內能，鍋爐內沸騰的水有內能

B． 空中飛行的飛機有內能，地面靜止的火車沒有內能

C． 具有內能的物體也一定具有機械能

D． 具有機械能的物體一定也具有內能

解析： 靜止在地面的冰塊、火車都是由大量的分子組成的，這些分子在物體內不停地做著無規則運動，且分子之間也存在作用力，因此它們都具有內能，與物體的溫度、運動狀態、高度等無關，一切物體都具有內能.但是當這個物體整體既沒有運動，也沒有被舉高，也沒有發生彈性形變時，這個物體就不具有機械能.如果這個物體運動了，或被舉高了，或發生了彈性形變，它就具有了機械能，同時一定具有內能.

答案：D

二、影響內能大小的因素有哪些？

擴散現象告訴我們：同一種物體，溫度越高，分子運動越劇烈，因此影響內能的主要因素是物體的溫度.在其他條件都相同的情況下，溫度越高，物體具有的內能越大.

在相同溫度下，分子熱運動的劇烈程度是相同的，而質量大的物體擁有的分子數目比質量小的物體擁有的分子數目多，因此具有的內能也大.即在其他因素都相同的條件下，質量越大，物體具有的內能就越大.

例2 （2008年江蘇泰州中考題）實驗探究和推理都是科學研究的基本方法，比如科學猜想，往往是以一定的事實和已有知識為依據，通過推理而提出來的.

（1） 用放大鏡觀察素描炭筆的筆跡，觀察到微小的顆粒；麥粒碾成面粉，面粉揉成面團……大量類似事實，為我們想象物質的結構模型提供了依據，終于認識到：_____是由大量分子構成的.向冷熱不同的清水中各滴一滴墨水，觀察到墨水擴散的快慢不一樣……大量類似現象使我們推想到：分子無規則運動的快慢與_____有關.

（2） 物理學上把“物體內所有分子做無規則運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內能”，請你根據這個意思，結合所學知識，就“影響物體內能大小的因素”提出合理猜想，給出推理性結論，說明推理依據（參照示例）.

① 示例：物體內能的大小可能與物體的溫度有關.推理性結論：一個物體的溫度越高，內能越大.推理依據：溫度越高，分子運動越快，分子動能越大.

② 物體內能的大小還可能與物體的_____有關.推理性結論：_____.推理依據：_____.

（3） 由于推理性結論具有一定的事實和理論依據，所以在科學研究中，有時就運用它來初步解釋相關問題.同學們也來嘗試一下.

在上圖中，a杯中水量較少，b、c、d杯的水量相同.根據問題（2）中所得的推理性結論，比較各杯中水的內能的大小：

① _____杯中水的內能最大，因為_____.

② _____兩杯中水的內能不好比較，因為_____.

解析： （1） 根據熱運動理論可知，物質是由分子組成的.向冷熱不同的清水中各滴一滴墨水，可看到熱水中墨水擴散得快一些，擴散的快慢反映了分子運動的快慢，擴散得越快，說明分子運動越劇烈.（2） 影響物體內能的因素除了溫度以外，還應該考慮質量，因為在其他因素相同的條件下，物體質量越大，擁有的分子數目就越多.（3） 要比較水的內能大小，應在質量相同的條件下比較溫度，哪個溫度高，哪個內能就大；或者在相同溫度下比較物體質量，哪個質量大，哪個內能就大.如果兩個物體，一個溫度高，而另一個質量大，就不好比較了.

答案：（1） 物質 溫度 （2） 質量 質量越大，物體的內能越大 物體質量越大，物質的分子數目就越多，所有分子動能和勢能的總和就越大 （3） ① d d杯中的水量比a杯中多，與b、c杯中相同，但是溫度最高 ② a、b a杯中的水量比b杯中少，但是溫度比b杯中高

三、怎樣改變物體的內能？

把兩個溫度不同的物體互相接觸，低溫物體溫度升高，內能增大，高溫的物體溫度降低，內能減小，這個過程叫做熱傳遞.熱傳遞改變著物體內能，其實質是內能的轉移，而不能說“溫度轉移”.

在熱傳遞過程中，內能傳遞的多少叫做熱量.顯然熱量與內能是有區別的，熱量特指在熱傳遞過程中傳遞的那部分內能.討論熱量的前提是發生熱傳遞，而發生熱傳遞的條件是物體之間或物體的不同部分之間存在溫度差.同時注意：物體吸熱時，內能增加，但溫度不一定升高；物體放出熱量，內能減少，但溫度不一定降低.

另一種改變內能的方式是做功：對物體做功，物體內能增加；物體對外做功，物體內能減少.做功的實質是機械能和內能的相互轉化.

兩種方式改變物體內能是等效的.

例3 （2008年山東菏澤中考題）在以下的四幅圖中，屬于利用熱傳遞改變物體內能的是（）.

解析： A中，鉆頭與木頭發生相對運動，B屬于手與手發生相對運動，C中，鋸子與木頭發生相對運動，都屬于做功改變物體內能.D中，燒水時，由于火焰的溫度高于水的溫度，能量從高溫的火焰傳遞給了低溫的水.

答案：D

責任編輯/姜明長