如何改变物体的内能？

问题48.如何改变物体的内能？◇学生提问爆米花是将玉米放入铁锅内，边加热边翻动一段时间后，“砰”的一声变成玉米花。下列说法正确的是（）A.玉米粒主要通过翻动铁锅对其做功，使其内能增加B.玉米粒主要通过与铁锅间的热传递，使其内能增加C.玉米粒内水份受热膨胀对粒壳做功爆开，内能不变D.玉米粒内水份受热膨胀对粒壳做功爆开，内能增加爆米花又香又脆，我非常喜欢吃！老师，听说改变内能的方法有两个，玉米的内能是通过什么方法改变的？要真的是这样爆的，我也回家试试！◇问题探究内能的含义（重要性：★★★）老师：学生，你先想想，什么是物体的内能？学生：课本上讲，内能是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。老师：那你认为内能的大小与什么因素有关？学生：我觉得，对某个物体来说，它的分子数量是一定的，分子势能基本恒定，内能的大小应该这要取决于分子动能的大小；而分子热运动越剧烈，分子的动能就越大；从前面的墨水扩散实验可知，物体的温度越高，分子无规则运动就越剧烈。所以，内能的大小与物体的温度有关。温度越高，内能越大！温度越低，内能越小！老师：很好！那怎样才能使物体温度升高或降低呢？通过热传递改变物体的内能（重要性：★★★★）学生：我想想，我家喝的水要先用电磁炉加热到沸腾，水的温度升高到100℃左右，这时水的内能增大了！原因是水从温度高的炉子中吸收了热量，所以温度升高，内能增大！当我要喝水的时候，需要把水从热水瓶中倒入杯子里，放在桌子上凉上一段时间，等温度低到不烫嘴的程度再喝，这时水的内能减小了！原因是热水与周围的冷空气接触，水向空气中放出了热量，所以温度降低，内能减小！因此可以通过吸热或放热来改变物体的内能。老师：你分析的很好！那你认为在什么条件下物体才能吸热或放热呢？学生：应该是两个物体（或物体的不同部位）的温度不同，存在温差吧！老师：对！那物体间吸、放热的过程中到底传递的是什么呢？学生：我想想，水从炉子中吸热时，不考虑蒸发或沸腾时以水蒸气的形式逸出的水分子，水的多少并没有改变，构成电磁炉的材料多少也没有改变，所以传递的不是物质，那应该是内能这种能量吧？老师：你的认为很准确！物体间吸、放热的过程我们给它取了个名：叫做热传递。你能概括一下吗？学生：热传递是能量从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分的过程。热传递的实质是能量的转移过程。发生热传递的条件是存在温差。通过热传递，高温物体放出热量，内能减小；低温物体吸收热量，内能增大。上面的题目我知道答案了：铁锅是高温物体，玉米粒主要通过与铁锅间的热传递，使其内能增加的！老师：对啊，那你再想想，玉米粒是怎样变成了爆米花？消耗了什么能量？通过做功改变物体的内能（重要性：★★★★）学生：玉米粒不断从铁锅中吸收热量，内能不断增大，内部分子、特别是水分子的热运动越来越剧烈！应该是内能增大到一定的响度时，玉米粒体积膨胀超过极限，对粒壳做功爆开。这样就消耗了内能，因此内能减小。老师：呵呵，那这是不是通过热传递的方式改变内能呢？学生：不是，这种方式是做功吧？老师：对啊！你能再列举出一些通过做功改变内能的例子吗？学生：我想想，冬天露在外面的手冷，我通过两只手相互摩擦，手就感到暖和；这和我从历史中了解到的古人“钻木取火”道理一样，是通过对物体做功，增大了物体的内能！有一次我的自行车车筐松动了，我想找一段细铁丝来拧紧它，但没钳子，于是用手反复弯折铁丝，最后将铁丝折断了。不过我的手碰到断头时感觉这个部位温度很高，有点烫手，这也是通过对铁丝做功增大了铁丝的内能。我骑的自行车轮胎用一段时间里面气体就少了，当我用打气筒给轮胎充气时，打气筒下端很热，这也是通过对打气筒做功，增大了打气筒的内能吧？老师：你的经历还真丰富呀！打气筒的内能增大，其实包含了两种做功的形式：一是活塞与打气筒内壁之间的摩擦形式，二是活塞也活塞下方的气体之间的压缩形式。你列举的这几个例子都是通过对物体做功，使物体内能增大了。其实还有许多通过物体对外做功，内能减小的例子。例如大街小巷中飞驰的汽车、摩托车，它们的工作原理就是利用燃气的内能来做功，得到机械能的。下一步我们要专门学习，到时你要多多注意呀！学生：好的，老师。我还有个问题：是不是所有的做功都能改变物体的内能呢？老师：举个例子，建筑工地上的起重机将一部分建筑材料从地面吊到5层楼上，做了200000J的功，建筑材料的内能增大了吗？你想想看？学生：建筑材料的内能没变，只是机械能增加了。原因是材料的高度增加了，但内部分子的无规则运动状况没有改变。那看来只有改变了分子热运动的做功才会改变物体的内能呀！谢谢老师！通过您的讲解，我明白了：做功改变内能的实质是能量的转化，是内能转化成了其他形式的能，或其他形式的能转化成了内能。所以改变内能的方法有两种：热传递和做功。◇学生笔记改变内能的方法有：做功和热传递。做功改变内能的实质是能量的转化，形式主要有：摩擦、击打、弯折、压缩、膨胀。热传递改变内能的实质是能量的转移。◇要点训练1.如图所示，把一个底端密闭的薄壁金属管固定在桌上，管里放一些酒精，管口用塞子塞紧，用绳子在管外绕几圈并迅速地来回拉动，一会看到塞子被弹起。（1）拉动绳子克服摩擦做功，是将机械能转化为________能。（2）请说出该实验中的某一现象并简述其原因。现象：_______________________________________________；原因：____________________________________________。答案：（1）内（热）（2）现象①：塞子被弹起；原因：筒内气体膨胀对活塞做功。现象②：筒口出现白雾；原因：气体膨胀做功，内能减小，温度降低，液化成小液滴。现象③：筒壁发热；原因：摩擦生热，机械能转化为内能。（注：现象合理即可，原因须与现象对应。）解析：塞子是酒精蒸气做功推出去的，蒸气的内能转化为塞子的机械能；而酒精蒸气则是绳子克服摩擦做功，机械能转化为内能，酒精汽化形成的。2.如图所示的做法中，属于用做功的方法改变物体内能的是（）答案：A解析：通过做功改变内能是把机械能转化为内能，一般包括摩擦、击打、弯折、压缩、膨胀等形式。而热传递则是通过内能的转移来改变内能。一般发生热传递时物体间存在明显的温差。3.如图所示，将铁丝快速地弯折十余次，铁丝弯折处的温度会，这是通过的方式使其内能增加的。答案：升高做功解析：通过弯折做功，使弯折部位的分子运动加剧，因此内能增大，温度升高。4.下列现象中，用做功的方法改变物体内能的是（）A．冬天晒太阳感到暖和B．双手搓搓感到暖和C．用燃气灶烧水D．酒精涂在手上觉得凉爽答案：B解析：晒太阳、用燃气灶烧水是通过从高温物体中吸热来增大内能的；酒精蒸发吸热，手放出热量，内能减小；而双手互搓则是通过摩擦做功，机械能转化为内能使内能增大的。5.“神州五号”返回舱进入大气层到着陆的过程中，下列说法正确的是（）A.动能减少，势能增加B．动能增加，势能减少C．机械能增加D．机械能减少答案：D解析：由于“神州五号”返回舱进入大气层后与空气剧烈摩擦做功，所以机械能不断转化为内能，因此机械能减少。6.如图所示的四个事例中，用做功方式改变内能的是（）①冬天，搓手会②冬天，嘴对③炒菜时，铁锅热④水蒸气把软木让手变暖和手哈气取暖得烫手塞冲开时温度会降低A．①②B．②③C．③④D．①④答案：D