第03讲内能的改变方式 九年级物理人教版

第03讲内能的改变方式九年级物理人教版汇报人：xxxYOUR01内能基础概念内能定义内能指的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，它体现了物体内部分子运动状态和分子间相互作用情况，是一个重要的物理量。概念解释内能由分子动能和分子势能组成，分子动能与分子运动速度相关，分子运动越快动能越大；分子势能受分子间距离影响，距离变化势能也改变。组成要素内能的单位是焦耳，用符号J表示。就像路程用米衡量、时间用秒衡量一样，焦耳是准确度量内能大小的标准单位，方便人们理解和计算。单位介绍影响内能的因素主要有温度、质量、物质种类和状态等。温度升高，分子动能增加；质量越大，分子总数越多，内能越大；不同物质和状态下，内能也有差异。影响因素内能性质状态函数内能是一个状态函数，它只取决于物体当前的状态，如温度、体积、质量等，与达到该状态的过程无关。只要状态确定，内能就有确定的值。温度相关温度与内能密切相关，一般情况下，物体温度升高，分子运动加剧，分子动能增加，内能随之增大；温度降低，内能则减小，但内能变化不一定只由温度决定。物质相关不同物质的内能不同，这与物质的分子结构、分子间作用力等有关。相同条件下，质量相同的不同物质，升高相同温度，吸收的热量不同，内能变化也不同。变化方式改变物体内能有做功和热传递两种方式。做功是其他形式的能与内能的相互转化，热传递是不同物体间或同一物体不同部分间内能的转移，二者在改变内能上是等效的。内能重要性01020304热力学基础内能是热力学的基础概念，它为研究热现象、能量转化等提供了重要依据。基于内能的研究，能更好地理解热力学定律和热机工作原理等内容。日常应用内能在日常生活中应用广泛，如做饭时通过加热增加食物内能使其变熟；空调利用内能的转移调节室内温度，为人们提供舒适的生活环境。能量守恒内能的变化遵循能量守恒定律，在做功和热传递过程中，能量不会凭空产生或消失，只是从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。学习目标学习内能，要理解其概念、组成和影响因素，掌握改变内能的方式，能运用能量守恒定律分析相关问题，为后续学习热学和其他物理知识打下坚实基础。复习问题概念回顾回顾内能是物体内部所有分子动能和势能的总和，动能与分子运动速度相关，势能和分子间相互作用有关，改变内能有做功和热传递两种方式。简单问答解答如“内能的大小与哪些因素有关？”“做功和热传递改变内能的本质区别是什么？”等简单问题，强化对基本概念的理解。思考练习布置思考练习，如分析生活中某一现象是通过做功还是热传递改变内能，加深对改变内能方式的实际应用理解。下一节预告预告下一节将详细学习热传递的相关知识，包括能量转移、温度差驱动、三种方式等内容，激发学生的学习兴趣。02热传递概述热传递定义热传递是能量通过热的方式从高温物体传递到低温物体的过程，主要由温度差驱动，有传导、对流、辐射三种方式。能量转移不同物体或同一物体的不同部分之间需存在温度差，介质也会影响热传递，其速率受多种因素制约。温度差驱动传导主要通过直接接触传递热能，多见于固体；对流是流体中热能的传递，有自然和强制对流之分；辐射通过电磁波传递热能，无需介质。三种方式如太阳向地球传递热能、烧红的铁块放入冷水中等，这些都是生活和自然中常见的热传递现象。基本概念热传递类型传导做功是力作用于物体并使物体发生位移的过程，可改变物体的动能和势能，是能量转化的过程。对流遵循热力学第一定律，功和热有所区别，做功改变内能涉及系统边界的能量交换，公式为W=Fdcosθ。辐射包括机械功、电功、化学功等，如打气筒打气是机械功改变气体内能。比较做功可使物体温度变化、发生相变、体积改变等，如压缩气体可使气体温度升高。热传递条件热传递是内能的转移，能的形式不变；做功是其他形式的能与内能相互转化。温差存在热传递基于温度差，通过传导、对流、辐射实现；做功依靠力和位移，有多种做功方式。介质影响两者效率受多种因素影响，热传递效率与温差、介质等有关，做功效率与力的大小、位移等有关。速率因素做功和热传递在改变物体内能上是等效的，都可以用焦耳来衡量内能的变化。实际条件热传递例子日常现象热机利用内能做功，通过合理设计热传递和做功过程，可提高热机效率，减少能量损失。工业应用利用热传递原理，选择合适的保温材料，减少热量传递，如保温杯、保温墙等。自然例子在环境工程中，利用热传递和做功原理进行热量交换和能量回收，实现节能减排。实验演示结合热传递和做功知识，进行创新设计，如新型节能设备、高效散热装置等。03传导方式详解传导概念01020304分子碰撞以下哪种方式属于热传递改变物体内能？A.摩擦生热B.压缩气体C.晒太阳D.打气筒打气固体为主做功和热传递在改变物体内能上的本质区别是？A.能量形式不同B.过程快慢不同C.温度变化不同D.作用对象不同热流方向下列实例中，通过做功改变物体内能的是？A.热水冷却B.搓手取暖C.用热水袋取暖D.太阳照射使物体升温定义解释关于热传递和做功，下列说法正确的是？A.热传递只能在固体中进行B.做功一定能使物体温度升高C.两者在改变内能上是等效的D.热传递不需要介质传导机制原子振动请解释热传递的三种方式，并各举一个生活中的例子。电子传递分析打气筒打气过程中，气体内能是如何改变的，涉及哪种改变内能的方式？材料差异为什么冬天用热水袋取暖，手会变热，从热传递的角度说明原因。热导率比较做功和热传递在改变物体内能上的相同点和不同点。传导材料已知水的比热容为4.2×10³J/(kg·℃)，将2kg的水从20℃加热到80℃，需要吸收多少热量？良导体用50N的力推动一个物体在水平面上移动了10m，力的方向与位移方向相同，求做的功是多少？绝缘体一个物体的质量为1kg，比热容为2×10³J/(kg·℃)，通过做功使其内能增加了10000J，求物体温度升高了多少？金属特性某热机工作时，燃料燃烧释放的热量为10000J，对外做功2000J，求该热机的效率是多少？应用选择传导应用炊具设计分析汽车发动机工作过程中，哪些环节涉及做功改变内能，哪些环节涉及热传递改变内能，并说明能量转化情况。保温材料设计一个简单的实验，证明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，并说明实验步骤和原理。电子散热结合热传递和做功的知识，分析太阳能热水器的工作原理，并提出提高其效率的建议。安全考虑在寒冷的冬天，如何利用热传递和做功的知识，让自己的房间更暖和，提出具体的方法和原理。04对流方式详解对流概念《趣味物理学》以生动有趣的方式介绍物理知识，包括内能、热传递等内容，适合初学者阅读。流体运动《物理九年级全一册（人教版）》是教材，系统讲解内能改变方式等物理知识，是学习的重要依据。热流上升《时间简史》虽涉及高深物理知识，但部分章节对理解内能、能量转化有启发。冷流下沉《物理实验大全》包含大量物理实验，有关于内能改变的实验，可动手实践。定义解释对流类型自然对流物理学科网提供丰富的物理学习资料，有内能改变方式的课件、试题等。强制对流哔哩哔哩有很多物理科普视频，生动讲解内能、热传递、做功等知识。混合对流网易云课堂有专业的物理课程，深入讲解物理知识点和解题方法。例子比较物理吧可与其他学习者交流，讨论内能改变方式的疑问和见解。对流现象01020304大气循环通过金属棒传导热、水的对流实验、红外线辐射实验，直观观察热传递现象。海洋洋流摩擦生热实验、压缩气体实验、气体膨胀做功实验，感受做功改变内能。加热系统设计实验证明做功和热传递在改变内能上的等效性，培养动手和分析能力。日常现象尝试用不同材料做热传递实验，探究材料对热传递的影响。对流应用空调系统了解高中物理中内能、热力学等知识的深化和拓展，为高中学习做准备。散热器将物理知识与化学、生物等学科知识融合，理解跨学科的能量转化问题。气象学关注内能改变方式在新能源、新材料等科技领域的应用和发展。工程设计进一步提高实验设计、操作和分析能力，通过实验探索物理规律。05辐射方式详解辐射概念辐射以电磁波形式传递能量，不同波长电磁波携带能量不同。它可在真空中传播，是能量传递重要途径。电磁波辐射的显著特点是无需介质，太阳热量通过辐射穿越真空到达地球，实现远距离能量传递。无需介质辐射能实现光热传递，如太阳光照使物体升温，光能转化为热能，在生活和工业中有广泛应用。光热传递辐射是通过电磁波传递能量过程，不依赖物质直接接触，能在各种环境中实现能量传输。定义解释辐射特性波长范围辐射的波长范围广泛，不同波长具有不同特性和应用。如红外线可用于加热，紫外线有杀菌作用。吸收反射物体对辐射具有吸收和反射特性，颜色深物体吸收多，反射少；反之，颜色浅物体反射多，吸收少。黑体辐射黑体是理想辐射体，能完全吸收和发射辐射。研究黑体辐射有助于理解热辐射规律和特性。温度依赖辐射强度与温度密切相关，温度越高，辐射越强。这一特性在工业加热、红外检测等领域有重要应用。辐射例子太阳作为巨大的能量源，持续不断地向地球辐射热量。其热量以电磁波形式传播，为地球带来光和热，是地球上生命存在和诸多自然现象产生的基础。太阳热量火炉在燃烧过程中会向周围空间进行辐射散热。这种辐射能使周围物体温度升高，是日常生活中常见的利用热辐射取暖的方式，其辐射强度与火炉温度等因素有关。火炉辐射人体在新陈代谢过程中会产生热量，通过辐射、传导、对流和蒸发等方式向外界散热，以维持体温平衡。当环境温度变化时，人体散热方式和速率也会相应改变。人体散热红外成像技术利用物体发出的红外辐射来生成图像。不同温度的物体辐射的红外线强度不同，通过检测红外线可识别物体的温度分布，在安防、医疗等领域有广泛应用。红外成像辐射应用太阳能利用太阳能可通过太阳能电池板转化为电能，也能用于太阳能热水器加热水等。它是一种清洁、可再生能源，对减少环境污染和能源可持续发展具有重要意义。保温材料保温材料具有低导热性，能有效阻止热量传递。在建筑、工业等领域广泛应用，可减少热量散失，降低能源消耗，提高能源利用效率。医疗应用在医疗领域，辐射可用于多种治疗和诊断。如红外线热成像可检测人体局部温度变化辅助诊断疾病，放疗可利用辐射杀死癌细胞。安全防护在涉及辐射的环境中，需采取安全防护措施。如使用防辐射材料屏蔽辐射，限制人员接触辐射源的时间和距离，以保障人员健康和安全。06做功方式概述做功定义01020304能量转换做功过程中会发生能量转换，如机械能、电能等其他形式的能量与内能之间的相互转化。通过做功可将一种形式的能量转化为内能，为生产生活提供便利。力与位移做功的两个必要因素是力和在力的方向上发生的位移。力作用在物体上并使物体在力的方向上移动一定距离，就会对物体做功，进而可能改变物体的内能。内能变化外界对物体做功或物体对外界做功都会引起物体内能的变化。外界对物体做功，物体内能增加；物体对外界做功，物体内能减少，这是改变物体内能的重要方式。基本概念做功是指力作用在物体上，使物体在力的方向上发生位移的过程。它是能量转换的一种方式，与热传递共同构成改变物体内能的两种基本途径。做功原理第一定律热力学第一定律即能量守恒定律，表明物体内能的改变等于外界对物体做的功与传递给物体的热量之和，体现了能量转化和守恒的规律。功热区别做功和热传递虽都能改变物体内能，但本质不同。做功是其他形式能与内能的相互转化，热传递则是内能的转移，二者过程和表现有明显差异。系统边界明确系统边界有助于分析能量变化。划分系统与外界，确定哪些是系统内的物体、哪些是外界，可清晰研究做功和热传递对系统内能的影响。公式表达用公式ΔU=Q+W来表达做功和热传递与内能变化的关系。其中ΔU是内能变化量，Q是热量，W是功，此公式能定量分析内能改变情况。做功类型机械功是通过机械作用改变物体内能。如压缩、拉伸、摩擦等，外界对物体做机械功使物体内能增加，物体对外做机械功则内能减少。机械功电流通过导体时会做功，将电能转化为内能。如电烙铁发热、电烤箱加热等，是电能与内能相互转化的常见例子，在生活和工业中有广泛应用。电功化学反应过程中伴随着能量变化，有化学功的参与。比如燃料燃烧释放热量，化学能转化为内能，在能源利用等方面有重要意义。化学功除上述做功类型外，还有核反应等方式可改变物体内能。核反应能释放巨大能量，在核能发电等领域发挥着关键作用。其他类型做功效果温度变化做功改变物体内能常伴随温度变化。外界对物体做功，物体温度可能升高；物体对外做功，温度可能降低，这是内能改变的直观表现。相变做功还可能使物体发生相变。如压缩气体可能使其液化，物体在相变过程中内能改变，且有特定的条件和规律。体积变化物体做功时体积会发生变化。压缩物体时体积减小，外界对物体做功；物体膨胀时体积增大，物体对外界做功，体积变化与做功密切相关。实际影响做功改变内能在实际中有诸多影响。如汽车发动机通过做功将内能转化为机械能，实现车辆行驶；制冷设备通过做功改变内能实现制冷等。07做功实例分析摩擦做功刹车时，刹车片与刹车盘剧烈摩擦，克服摩擦力做功。机械能迅速转化为内能，使刹车盘和刹车片温度急剧升高，这一过程体现了做功改变物体内能。刹车发热双手相互搓动时，产生摩擦力，通过做功的方式增加了手的内能。使得手部分子运动加剧，温度上升，从而达到取暖的效果，是生活中常见的做功改变内能实例。手搓取暖在机械运转过程中，部件之间存在摩擦、碰撞等情况。这些都会通过做功的方式消耗机械能，转化为内能散发，导致机械的效率降低，造成不必要的能量浪费。机械损耗做功过程中，部分能量会以热的形式散失到周围环境中。这种能量损失是不可避免的，它使得输入的能量不能完全被有效利用，降低了系统的能量转换效率。能量损失压缩做功打气筒热打气时，活塞压缩筒内气体做功，使气体的内能增加，温度升高。同时，活塞与筒壁之间的摩擦也会产生热量，综合作用导致打气筒发热，是做功改变气体内能的体现。柴油机点火柴油机工作时，活塞迅速压缩气缸内的空气，对空气做功。使空气的内能急剧增加，温度升高到柴油的燃点，从而点燃柴油，实现将机械能转化为内能再转化为化学能和机械能。气体压缩对气体进行压缩时，外力对气体做功。气体分子间的距离减小，分子势能和动能都增加，导致气体的内能增大，这也是通过做功改变气体内能的重要过程。内能增加当外界对物体做功时，如压缩气体、摩擦生热等，其他形式的能会转化为物体的内能。使得物体内部分子的动能和势能总和增加，表现为物体温度升高或状态改变。膨胀做功01020304蒸汽机蒸汽机工作时，高温高压的蒸汽膨胀对外做功。推动活塞运动，将蒸汽的内能转化为机械能。这个过程中，蒸汽的内能减少，是内能对外做功的典型应用。气球膨胀当气球内的气体膨胀时，气体对外界做功。气体的内能转化为机械能，使得气球体积增大。同时，气体的内能减少，温度可能会降低。气体膨胀气体膨胀时，会推动周围物体移动，对外做功。在这个过程中，气体的内能会逐渐减少，分子的动能和势能总和降低，可能伴随着温度的下降。内能减少物体对外做功时，如气体膨胀、蒸汽机工作等，其内能会逐渐减少。内能转化为其他形式的能，导致物体内部分子运动减缓，温度降低或状态发生改变。综合实例发动机工作发动机工作过程中，通过燃料燃烧释放化学能，转化为内能，再通过做功冲程将内能转化为机械能。如汽油机，吸气、压缩、做功、排气四个冲程循环，压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能。制冷循环制冷循环利用物态变化实现热量转移。制冷剂在蒸发器中汽化吸热，使周围环境温度降低；在冷凝器中液化放热，将热量释放到外界。通过压缩机做功，维持制冷剂循环，实现制冷目的。生物过程生物体内存在着复杂的能量转化过程。如呼吸作用，有机物氧化分解，将化学能转化为内能和其他形式的能，维持生命活动。光合作用则是将光能转化为化学能储存在有机物中。实际应用内能改变方式在实际中有广泛应用。如汽车发动机利用内能做功提供动力；冰箱利用热传递和做功实现制冷；太阳能热水器通过热传递将太阳能转化为水的内能。08综合比较与应用热传递vs做功热传递过程中，能量以内能形式从高温物体转移到低温物体，能量形式不变。做功过程中，是其他形式的能与内能相互转化，如机械能、电能等与内能的转化。能量形式热传递是基于温度差，通过分子热运动，使内能从高温区域向低温区域传递。做功是通过力对物体作用，使物体发生位移，实现不同形式能量间的转化。机制不同热传递效率受温度差、传热介质等因素影响，在理想情况下，热传递效率较高。做功过程中，由于存在摩擦、散热等因素，能量转化效率往往低于热传递。效率比较热传递常用于需要均匀加热或散热的场景，如暖气供暖、热水加热等。做功常用于需要实现能量转化，提供动力的场景，如发动机、电动机等。应用场景能量转换守恒定律能量守恒定律指出，在热传递和做功过程中，能量不会凭空产生或消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，能量总量保持不变。相互转化热传递和做功可以相互配合实现能量转化。如汽车发动机，燃料燃烧通过热传递增加内能，再通过做功将内能转化为机械能；空调制冷，通过做功实现热传递，将热量从室内转移到室外。实际例子实际生活中，烧开水是热传递增加水的内能；钻木取火是通过做功将机械能转化为内能。太阳能热水器通过热传递将太阳能转化为水的内能；发电机通过做功将机械能转化为电能。计算练习通过具体的计算练习，加深对能量转化和守恒的理解。如已知物体质量、比热容、温度变化，计算热传递过程中内能的改变量；已知力和位移，计算做功过程中能量的转化量。实际应用热机效率是衡量热机性能的重要指标，它反映了热机将燃料燃烧释放的内能转化为机械能的比例。提高热机效率可以节约能源、减少污染，如优化燃烧过程、减少热量损失等。热机效率保温技术旨在减少热量传递，保持物体的温度。在生活和工业中应用广泛，如采用隔热材料、优化结构设计等方法，可有效降低能源消耗，提