物体的内能、热量2.doc

全日制普通级中学教科书（必修加选修）物理第二册教案 安徽省舒城中学吕贤年四 物体的内能 热量 安徽省舒城中学（231300） 吕贤年【教学目标】1、知识目标(1)知道分子热运动的动能跟温度有关，知道温度是分子热运动平均动能的标志；(2)知道什么是分子的势能，知道改变分子间的距离必须克服分子力做功，因而分子势能发生变化，知道分子势能跟物体体积有关；(3)知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关；(4)了解内能改变的两种方式：做功、热传递；(5) 知道内能的变化可以分别由功和热量来量度，知道做功和热传递对改变物体内能是等效的；(6)知道热量的概念，能够区别内能和机械能、内能与热量。2、能力目标(1)培养学生综合宏观量来分析微观量的方法和能力；(2)培养学生的实验分析能力。3、德育目标(1)通过分子势能和弹性势能的类比来培养学生用类比方法分析问题；(2)通过做功和热传递对改变物体内能的等效性的分析，使学生学会从不同的角度来分析同一个问题。【教学重点】(1)分子势能及分子势能与体积的关系，物体的内能及其跟温度、体积的关系；(2)内能改变的两种方式：做功和热传递。内能的变化及其量度，做功和热传递对改变物体内能的等效性；(3)内能、机械能及热量的区别。【教学难点】(1)分子势能跟物体体积的关系；(2)做功和热传递就改变内能的效果来说虽然是等效的，但它们之间是有本质区别的。【教学方法】讲授法、实验法、分析归纳法、类比法。【教具准备】投影仪、投影片、压缩空气点火仪、柴油机点火原理课件，气体做功和内能变化演示仪。【课时安排】1课时【教学过程】一、导入新课复习：分子力指的是分子间引力和斥力的合力；当rr0时，分子间的引力等于斥力，分子力为零；分子力随r的增大而减小，且斥力变化比引力变化快。随r的减小而增大，且斥力比引力增大的快。前面我们从微观的角度，运用分子动理论的知识认识了热现象。从本节开始，我们将从能量的角度来进一步认识了热现象。既然分子间存在力的作用，当分子间距变化时，分子力要做功，而做功的过程就是能量转化的过程。本节课我们来学习另外一种能内能及内能的改变。二、新课教学1、分子的动能 温度(1)运动的分子具有动能据分子动理论，组成物体的分子不停地做无规则运动，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能。(2)分子热运动的平均动能分子速率分布特点在同一时刻有的分子速率大，有的分子速率小，从大量分子总体来看，速率很大和速率很小的分子是少数，大多数分子是中等大小的速率。呈现出“中间多，两头少”的分布状态。物体里分子运动的速率各不相同，有的大，有的小，所以各个分子的动能并不相同。由于分子间的频繁碰撞，各个分子的动能还会发生变化。对于热现象的研究来说，每个分子的动能是毫无意义的，而有意义的是物体内所有分子动能的平均值。物体里所有分子的动能的平均值，叫做分子热运动的平均动能。(3)温度的微观含义温度是指物体的冷热程度。温度升高，物体分子的热运动加剧，分子热运动的平均动能也增加。温度越高，分子热运动的平均动能越大。温度越低，分子热运动的平均动能越小。温度的微观含义温度是物体分子热运动的平均动能的标志。分子动理论使我们懂得了温度的微观含义。说明温度是大量分子无规则热运动的集体表现，是表征大量分子热运动宏观特性的物理量，是宏观量，含有统计的意义。对于个别分子，温度是没有意义的；同一温度下，不同物质的分子平均动能都相同，但是由于不同物质分子的质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同。巩固练习下列说法中正确的是( A )A温度相同时，不同物体的分子平均动能相同B温度相同时，不同物体的分子平均速率相同C温度相同时，只有同种物体的分子平均动能才相等D温度升高时，物体分子的平均动能才相等2、分子势能问题：重力做正功时，重力势能如何改变？重力做负功时，重力势能如何改变？重力做正功时，重力势能减小，重力做负功时，重力势能增大；问题：弹力做正功时，弹性势能如何改变？弹力做负功时，弹性势能如何改变？弹力做正功时，弹性势能减小，弹力做负功时，弹性势能增大。总结：在分析势能如何变化时，主要是看有关力做功的情况。如果有关力做正功，则势能减小，有关的力做负功，则势能增大。由于重物和地球间存在相互作用力，弹簧与物体间存在相互作用力，所以由它们的相对位置决定的势能，就是重力势能或弹性势能。(1)分子势能由于分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。(2)分子势能的特点当分子间的距离rr0时，分子间的相互作用力表现为引力。要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此分子势能随分子间距离的增大而增大。这种情况同弹簧被拉长时弹性势能的变化相似。rr0F为引力，rEP，rEP当分子间的距离rr0时，分子间的相互作用力表现为斥力。要减小分子间的距离必须克服斥力做功，因此分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情况同弹簧被压缩时弹性势能的变化相似。rr0F为斥力，rEP，rEP当分子间的距离rr0时，分子间的相互作用力为零。从前面的分析可知，从rr0开始，分子间距离增大时，分子势能增大；分子间距离减小时，分子势能也增大。所以有rr0时，分子势能为最小。rr0F0，分子势能最小由于分子间的作用力较复杂，有时表现为引力，有时表现为斥力，导致分子势能随分子间距离的变化较复杂。不能笼统地得出r减小(或增大时)，分子势能怎样变化。必须首先弄清前提，即rr0还是rr0，最后再进一步分析，分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做正功还是负功有关。当它们之间的距离发生变化时，相互作用力如果是做正功，势能要减小，如果是做负功，势能要增大。(3)分子势能跟物体的体积有关分子势能随分子间距变化而变化，而组成物体的大量分子间距离若增大(或减小)，则宏观表现为物体体积增大(或减小)。物体的体积发生变化时，分子间的距离发生变化，分子势能随着发生变化。可见分子势能跟物体体积有关。分子势能跟物体的宏观体积有关。物体的分子势能与体积的关系也较为复杂，不能笼统地得出体积减小(或增大时)，分子势能怎样变化，必须结合功能关系才能具体确定。巩固练习甲、乙两个分子相距较远(此时它们之间的分子力可以忽略)，设甲固定不动，在乙逐渐向甲靠近到不能再靠近的过程中，关于分子势能变化情况的下列说法中正确的是( D )A分子势能不断增大B分子势能不断减小C分子势能先增大后减小D分子势能先减小后增大3、物体的内能(1)物体的内能物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的热力学能，也叫内能。(2)任何物体都具有内能一切物体都是由不停地做无规则热运动且相互作用着的分子组成的，所以任何物体都具有内能。(3)与物体的内能有关的因素物体的内能跟物体的温度和体积都有关系，温度变化时，分子的动能发生变化，因而物体的内能发生变化；体积变化时，分子势能发生变化，因而物体的内能发生变化。物体的内能还与物体所含的分子数有关，因为内能是物体所有分子动能和势能的总和。从微观上看：内能由分子的平均动能、分子势能和分子总数共同决定；从宏观上看：内能取决于物体的温度、体积、摩尔数和物态。内能与其它能量一样，同样是状态量，因而内能由物体的状态决定。(4)内能与机械能的区别两者反映的能量不同内能是由大量分子的热运动和分子间的相对位置所决定的能，是分子无规则运动具有的能量；机械能是物体做机械运动和物体形变所决定的能，是宏观的分子有规则运动具有的能量。物体可以具有内能的同时又具有机械能。两者的数值不同物体的机械能与物体宏观运动的速度、相对位置和物体形变等因素有关，在一定的条件下可以等于零。内能与物体的温度和体积有关，物体的内能不可能等于零，这是因为组成物体的分子在永不停息地做无规则的热运动，分子之间彼此有相互作用。两者的变化情况不同物体的机械能改变了，内能可以不变。比如，一个物体的高度升高了，机械能可能变了。只要物体的温度和体积不变，内能就可以不变；同样，物体的内能改变了，机械能也可以不变。两者的变化没有必然的联系。两种形式的能量之间可以相互转化。4、改变内能的两种方式在研究热现象中所涉及的总是内能的改变。什么物理过程可以改变物体的内能呢？(1)做功可以改变物体的内能举例：.用锯条锯木头时，会感觉锯条和木头的温度升高。子弹射入木块中，子弹和木块的温度升高。分析：用锯条锯木头时，我们克服摩擦力做功，使锯条和木头的温度升高，内能增加；子弹射进木块，子弹克服阻力做功，子弹和木块的温度升高，内能增加。气体被压缩或膨胀时做功，气体的内能就发生改变。实验一：在一个厚壁玻璃筒里放一块硝化棉，迅速压下活塞时，观察发生的现象。现象：迅速压下活塞时，看到棉花燃烧起来。分析：这时由于迅速压下活塞时，空气的温度升高，达到了硝化棉的燃点，所以看到棉花燃烧起来了。结论：外力对空气做功使空气的内能增加，温度升高。柴油机就是利用这个道理来点火的。柴油机在压缩冲程中，气缸内的空气被压缩，温度升高，使喷入气缸内的雾状柴油燃烧。实验二：按课本78的实验要求组装仪器，在厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有一用可移动的胶塞(用卡子卡住)。用打气筒向容器内慢慢打气，增大容器内的压强，当容器内的压强增大到一定程度时，读出灵敏温度计的示数，打开卡子，让气体冲开胶塞后，再读出该温度计的示数。现象：胶塞冲出容器出口，温度计的示数明显变小。 分析：空气在膨胀时对外做功，内能减少，温度降低，使温度计的示数明显变小。结论：空气对外界做功使空气的内能减少，温度降低。热机就是利用这个道理做功的。热机气缸内高温高压的气体膨胀时对外做功，气体的内能减少，温度降低。外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少。(2)热传递可以改变物体的内能刚才我们通过举例和实验得到：对一个物体做功时，物体的温度升高，内能增加；物体对外做功时，物体的温度降低，内能减少；问题：还有什么方式能使物体的内能改变呢？还可以给物体加热或使物体放热。灼热的火炉使它上面和周围的物体内能增加，这些物体的温度升高。放在室内的一杯热水不断散热，内能减少，湿度降低。热传递没有做功而使物体内能改变的物理过程，叫做热传递。发生热传递的条件：存在温度差。热传递的方式：传导、对流和辐射。热传递不仅能改变温度，还可使物态发生变化。热传递可改变物体的内能物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少。可见，能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递。(3)内能改变的量度做功使物体的内能发生改变的时候，内能的改变就用功的数值来量度。外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变是用热量来量度。外界传递给物体多少热量，或者说物体吸收了多少热量，物体的内能就增加多少；物体传递给外界多少热量或者说物体放出了多少热量，物体的内能就减少多少。(4)做功和热传递对改变物体内能的等效性)做功和热传递对改变物体内能的等效性一根锯条，要改变它的内能，可以用热传递的方式传给它一定的热量，也可以用做功的方式，例如用摩擦的方法，都可以使它升高相同的温度。两种方式不同，得到的效果却相同。除非事先知道，我们是无法区分是哪种方式使它的内能改变的。可见，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。做功和热传递在能量改变上存在本质区别做功改变物体的内能是其它形式的能和内能之间的相互转化，必须通过物体的宏观运动才能实现；热传递改变物体的内能是内能从高温物体转移到低温物体，它是在分子相互作用下，通过分子的微观运动来达到内能的改变的，内能由高温物体传递给低温物体，使高温物体内能减少，低温物体内能增加，最后达到温度相等。(5)内能和热量的区别内能是物体内所有分子动能和势能的总和，与物体的状态(温度和体积)有关，是状态量，与状态对应。热量是热传递过程中内能变化的量度，是过程量，与状态变化相联系。问题讨论：在某一状态下，能否说物体有一定的温度、内能和热量？物体的温度越高，它的内能是否一定越多？它放出的热量是否一定越多？物体吸收的热量多，温度变化是否一定大？在热传递过程中传递的是内能、热量？还是内能？巩固练习下列叙述中正确的是( BCD )A物体的内能与物体的温度有关，与物体的体积无关B.物体的温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈C物体体积改变，内能可能不变D物体被压缩时，内有可能减少参考答案：由于物体所属不具体，因此，判断时首先考虑到一般物体（固体、液体、非理想气体），还要考虑到特殊物体（理想气体），其次，要根据一般物体和理想气体的内能关系，分别判知，A错，B、C、D正确。以下说法正确的是( A )A机械能为零，内能不为零是可能的B温度相同，质量相同的物体具有相同内能 C温度越高，物体的内能越大 D的冰的内能比等质量的0的水内能大 参考答案：A正确，因为机械能为零，但内能不能为零；B不正确，因为物体的内能由物体的温度、体积、物态等因素决定；C不正确，原因同上；D由于的冰的体积比的水大，温度相同，有的同学错认正确，实际上有较为复杂的反常膨胀的现象，我们用体积来讨论其内能是不适合的，我们可以从能量角度来讨论.因为0的冰熔化为0的水要吸收热量或对它做功，所以有其他形式的能转化为内能或内能转移给冰，所以0的水的内能比等质量的的冰的内能大，所以不正确。三、小 结本节课我们从能量的角度初步认识了热运动，学习了分子的平均动能、分子势能及物体的内能，明确了它们的决定因素，懂得了温度的微观含义。同学们要细加体会和理解，特别要注意内能和机械能之间的区别。本节课我们还学习了改变内能的两种方式：做功和热传递。做功改变物体内能的过程是其他形式的能与内能相互转化的过程。做功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来量度，外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少，物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。热传递改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程，热传递使物体的内能发生变化时，内能改变了多少用热量来量度。物体吸收了多少热量，物体的内能就增加多少，物体放出了多少热量，物体的内能就减少多少。两种方式改变物体内能的最终结果是等效的，但在能量转化上却存在着本质的区别。四、作 业79 练习四 (1)(2)(3)(4)(5)【板书设计】 四 物体的内能 热量1、分子的动能 温度(1)运动的分子具有动能做热运动的分子具有动能。(2)分子热运动的平均动能物体里所有分子的动能的平均值，叫做分子热运动的平均动能。(3)温度的微观含义温度的微观含义温度是物体分子热运动的平均动能的标志。说明温度是宏观统计量；同一温度下，不同物质的分子平均动能一定相同。2、分子势能(1)分子势能由于分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。(2)分子势能的特点rr0F为引力，rEP，rEPrr0F为斥力，rEP，rEPrr0F0，分子势能最小当它们之间的距离发生变化时，相互作用力如果是做正功，势能要减小，如果是做负功，势能要增大。(3)分子势能跟物体的体积有关分子势能跟物体的宏观体积有关。3、物体的内能(1)物体的内能物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的热力学能，也叫内能。(2)任何物体都具有内能任何物体都具有内能。(3)与物体的内能有关的因素从微观上看：内能由分子的平均动能、分子势能和分子总数共同决定；从宏观上看：内能取决于物体的温度、体积、摩尔数和物态。内能与其它能量一样，同样是状态量，因而内能由物体的状态决定。(4)内能与机械能的区别两者反映的能量不同两者的数值不同两者的变化情况不同两种形式的能量之间可以相互转化4、改变内能的两种方式(1)做功可以改变物体的内能外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少。(2)热传递可以改变物体的内能热传递没有做功而使物体内能改变的物理过程，叫做热传递。发生热传递的条件：存在温度差。热传递的方式：传导、对流和辐射。热传递可改变物体的内能物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少。(3)内能改变的量度做功使物体的内能发生改变的时候，内能的改变就用功的数值来量度。热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变是用热量来量度。(4)做功和热传递对改变物体内能的等效性)做功和热传递对改变物体内能的等效性做功和热传递在能量改变上存在本质区别做功：转化分