（高一物理）第11章第04节内能教案05 人教版

1、第六章 分子运动论 热和功 6.4 分子的动能和势能物体的内能6.5 物体内能的变化热和功(1课时)教学目的:1.掌握温度、分子动能和势能、物体内能等概念.2.掌握物体的温度跟分子平均动能的关系,明确物体的内能跟物体温度和体积有关.3.了解功和热量的区别和联系,掌握做功和热传递的本质.教学器材:教学重点:教学难点:教学过程:引言:组成物质的分子总是在不停地运动着,因此,像一切运动着的物体一样,运动着的分子也具有动能.一、分子动能分子的运动是杂乱的.在同一时刻,同一物体内各个分子的运动方向不同,有的向前,有的向后,有的向左,有的向右向哪个方向运动的都有.分子运动的速率也不同.在同一时刻,有的分子

2、速率很大,有的分子速率很小.但是,从大量分子的总体来看,速率很大和速率很小的分子是少数,大多数分子具有中等大小的速率.由于分子运动的速率不同,每个分子的动能也不同.速率大的分子的动能大,速率小的分子动能小.在研究热现象时,有意义的不是一个分子的动能,而是物体内所有分子的动能的平均值.我们把物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能.我们知道,温度越高,布朗运动越剧烈,扩散现象也加快,这表明温度跟大量分子热运动的激烈的程度有关.分子的热运动越激烈,分子的平均动能就越大,物体的温度也就越高.所以从分子运动论的观点看来,温度是物体分子平均动能的标志.二、分子势能地面上的物体,由于跟地球相互吸引,而且有

3、重力势能.发生弹性形变的弹簧,由于各部分间存在相互作用力,而具有弹性势能.由于分子间也存在相互作用力,因此分子也具有由它们的相对位置所决定的势能,这就是分子势能.分子间的相互作用比较复杂.如果分子间的距离大于r0,它们的相互作用作用是引力,分子势能随着分子间的距离增大而增加,这种情况同弹簧被拉长时的弹性势能的变化相似,如果分子间的距离小r0,它们的相互作用是斥力,分子势能随着分子间捉孤减小而增大,这种情况同弹簧被压缩时弹性势能的变化相似.一个物体,它的体积改变时,分子间的距离随着改变.因而分子势能也随着改变.所以,分子势能跟物体的体积有关.三、物体的内能物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物

4、体的内能.一切物体都是由不停地做无规则的热运动并肯相互作用着的分子组成的,因此任何物体都具有内能.由于物体分子的平均动能同温度有关系,分子势能同物体的体积有关系,所以物体内能的多少同物体温度和体积都有关系.四、热和功物体的内能是可以改变的,温度升高时,分子的动能增加,物体的内能也随之增加;温度降低时,分子的动能减小,物体的内能也随之减小.物体的体积改变时,分子发生变化,物体的内能也会随之改变.我们在日常生活中常常可以看见物体内能变化的例子,在锯木头的时候,我们克服摩擦力做了功,锯条和木头的温度升高,内能增加;在用砂轮磨刀具的时候,要克服摩擦力做功,刀具的温度升高,内能增加.不仅克服摩擦力做功可

5、以改变物体的内能,而且用力压缩气体也可以改变气体的内能.我们把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃的底部,不很快向下压活塞时,由于被压缩的气体骤然变热,温度升高达到乙醚的燃点,使浸有乙醚的棉花燃烧起来,可见,外力压缩气体,对气体做功,使气体的内能增加.柴油机就是利用这个道理使气缸内的雾状柴油和空气的混合物温度升高而燃烧的.上面的例子告诉我们,做功可以改变物体的内能.但是,做功并不是改变物体内能的唯一方法,灼热的火炉可以使它周围物体的温度升高,内能增加,容器中的热水在不断向外界散热后逐渐冷却,内能减小.在这两个例子中,虽然没有做功,但物体的内能改变了,这种没有做功而使物体的内能改变的过程叫做热传递.可

6、见,能够改变物体内能的物理过程有两种:做功和热传递.我们可以用加热(热传递)的方法使一根铁丝的温度升高,也可以让它与其他物体摩擦,用做功的方法使它升高同样的温度.所以,做功和热传递在改变物体内能上可以收到相同的效果,它们都可以表示物体内能的变化.既然这样,功、热量和能量用相同的单位,是很自然也很合理的,但是在物理学的发展史上,当初人们并不认识热是能的一种形式,给热量规定了一个另外的单位-卡,1卡就是使1克纯水温度升高1所需要的热量.由于功和热量采用了不同的单位,这就产生了1焦耳的功相当于多少热量或1卡的热量相当于多少焦耳功的问题.在19世纪中叶,英国物理学家焦耳做了许多实验研究这个问题.下面介

7、绍他做过的一个最著名的实验.这个实验的装置如图所示:隔热的量热器里装有水,重物P和重物P下落时,插在量热器中的轴开始转动,轴上的叶片就带动周围的水跟它们一起转动起来.量热器内内壁上也安装着叶片,它们的作用是阻碍水的运动,增大摩擦.量热器中的水受到转动叶片的搅拌,温度上升.由重锤的质量和下降的距离可以算出叶片所做的机械功,由水和量热器的质量、比热、升高的温度可以算出得到的热量.多次实验的结果证明,在没有热传递的情况下,消耗的机械功跟产生的热量总是成正比的,而且两者的比值是个定值.这个比值就是我们在初中学过的热功当量J=4.2焦/卡.也就是1卡=4.2焦,1焦=0.24卡.现在,国际上规定,热量的单位和功、能的单位一样,统一用焦耳.虽然做功和热传递在改变物体的内能上是等效的,但是它们之间还是有本质区别.做功使物体的内能改变,是其他形式的能和内能之间的转化.例如上面讲到的摩擦生热