内能三问 第12期

分子热运动知识告诉我们：物体内部的分子不停地做着无规则的运动，运动的分子具有动能；分子间有距离，相互间也存在着作用力，所以分子也具有势能.物理学中把物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能.由于分子是在物体内部自身不停地运动，跟物体的整体运动无关，所以内能是不同于机械能的另一种形式的能.

为了进一步学习和把握内能，下面我们通过三个问题来进行深入探讨.

一、什么样的物体具有内能？

内能是物体内部所有分子做无规则运动的动能与分子势能的总和.由于物体由分子组成，分子又在不停地做无规则运动，因此一切物体，不论温度高低、质量大小、运动与否、状态如何，都具有内能.如0 ℃的水具有内能，100 ℃的水具有内能，0 ℃或0 ℃以下的冰也具有内能.

例1 下列关于内能的说法正确的是（）.

A． 静止在地面的冰块没有内能，锅炉内沸腾的水有内能

B． 空中飞行的飞机有内能，地面静止的火车没有内能

C． 具有内能的物体也一定具有机械能

D． 具有机械能的物体一定也具有内能

解析： 静止在地面的冰块、火车都是由大量的分子组成的，这些分子在物体内不停地做着无规则运动，且分子之间也存在作用力，因此它们都具有内能，与物体的温度、运动状态、高度等无关，一切物体都具有内能.但是当这个物体整体既没有运动，也没有被举高，也没有发生弹性形变时，这个物体就不具有机械能.如果这个物体运动了，或被举高了，或发生了弹性形变，它就具有了机械能，同时一定具有内能.

答案：D

二、影响内能大小的因素有哪些？

扩散现象告诉我们：同一种物体，温度越高，分子运动越剧烈，因此影响内能的主要因素是物体的温度.在其他条件都相同的情况下，温度越高，物体具有的内能越大.

在相同温度下，分子热运动的剧烈程度是相同的，而质量大的物体拥有的分子数目比质量小的物体拥有的分子数目多，因此具有的内能也大.即在其他因素都相同的条件下，质量越大，物体具有的内能就越大.

例2 （2008年江苏泰州中考题）实验探究和推理都是科学研究的基本方法，比如科学猜想，往往是以一定的事实和已有知识为依据，通过推理而提出来的.

（1） 用放大镜观察素描炭笔的笔迹，观察到微小的颗粒；麦粒碾成面粉，面粉揉成面团……大量类似事实，为我们想象物质的结构模型提供了依据，终于认识到：_____是由大量分子构成的.向冷热不同的清水中各滴一滴墨水，观察到墨水扩散的快慢不一样……大量类似现象使我们推想到：分子无规则运动的快慢与_____有关.

（2） 物理学上把“物体内所有分子做无规则运动的动能和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，就“影响物体内能大小的因素”提出合理猜想，给出推理性结论，说明推理依据（参照示例）.

① 示例：物体内能的大小可能与物体的温度有关.推理性结论：一个物体的温度越高，内能越大.推理依据：温度越高，分子运动越快，分子动能越大.

② 物体内能的大小还可能与物体的_____有关.推理性结论：_____.推理依据：_____.

（3） 由于推理性结论具有一定的事实和理论依据，所以在科学研究中，有时就运用它来初步解释相关问题.同学们也来尝试一下.

在上图中，a杯中水量较少，b、c、d杯的水量相同.根据问题（2）中所得的推理性结论，比较各杯中水的内能的大小：

① _____杯中水的内能最大，因为_____.

② _____两杯中水的内能不好比较，因为_____.

解析： （1） 根据热运动理论可知，物质是由分子组成的.向冷热不同的清水中各滴一滴墨水，可看到热水中墨水扩散得快一些，扩散的快慢反映了分子运动的快慢，扩散得越快，说明分子运动越剧烈.（2） 影响物体内能的因素除了温度以外，还应该考虑质量，因为在其他因素相同的条件下，物体质量越大，拥有的分子数目就越多.（3） 要比较水的内能大小，应在质量相同的条件下比较温度，哪个温度高，哪个内能就大；或者在相同温度下比较物体质量，哪个质量大，哪个内能就大.如果两个物体，一个温度高，而另一个质量大，就不好比较了.

答案：（1） 物质 温度 （2） 质量 质量越大，物体的内能越大 物体质量越大，物质的分子数目就越多，所有分子动能和势能的总和就越大 （3） ① d d杯中的水量比a杯中多，与b、c杯中相同，但是温度最高 ② a、b a杯中的水量比b杯中少，但是温度比b杯中高

三、怎样改变物体的内能？

把两个温度不同的物体互相接触，低温物体温度升高，内能增大，高温的物体温度降低，内能减小，这个过程叫做热传递.热传递改变着物体内能，其实质是内能的转移，而不能说“温度转移”.

在热传递过程中，内能传递的多少叫做热量.显然热量与内能是有区别的，热量特指在热传递过程中传递的那部分内能.讨论热量的前提是发生热传递，而发生热传递的条件是物体之间或物体的不同部分之间存在温度差.同时注意：物体吸热时，内能增加，但温度不一定升高；物体放出热量，内能减少，但温度不一定降低.

另一种改变内能的方式是做功：对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，物体内能减少.做功的实质是机械能和内能的相互转化.

两种方式改变物体内能是等效的.

例3 （2008年山东菏泽中考题）在以下的四幅图中，属于利用热传递改变物体内能的是（）.

解析： A中，钻头与木头发生相对运动，B属于手与手发生相对运动，C中，锯子与木头发生相对运动，都属于做功改变物体内能.D中，烧水时，由于火焰的温度高于水的温度，能量从高温的火焰传递给了低温的水.