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第5节物体的内能【知识目标】⒈了解内能的概念。⒉理解做功和热传递是改变内能的两种方法，知道这两种方法中能量变化的实质和方法的等效性。⒊知道热量的概念，知道功和热量都可以量度内能的变化。⒋知道燃料的热值。【技能目标】⒈能从宏观和微观的角度全面了解事物。⒉培养实验的观察和分析能力。⒊培养概括和对比分析的能力。⒋学会从能量变化的角度分析事物的变化。【情感目标】⒈培养学生联系实际生活和实验现象分析科学规律的探索科学的精神。⒉通过从能量变化的角度讨论问题，为建立能量守恒定律奠定基础。重点：理解做功和热传递是改变内能的两种方法，及其方法的实质和等效性。难点：⒈内能的概念。⒉应用改变内能的两种方法分析实例：气温随高度的增大而降低的现象。【教学过程】【创设情境引人】例举生活中的常例：1、双手来回摩擦，有什么感觉？能量发生了怎样的转变？（发热，机械能→热能，内能增加）2、你今天骑自行车来学校，到校时，紧急刹车。能量如何变化？（人和车的动能转化为刹车橡皮和钢圈等部件的内能。）设问：什么叫内能？它与机械能有什么不同？改变内能的方法有哪些？一、内能【回忆实验】将红墨水滴到温度不同的水中，观察现象。实验：取三只烧杯，分别倒入冷水、温水和热水，然后分别向三只杯内缓慢地滴入几滴墨汁，观察比较三只杯内墨扩散的快慢。
提问1：这是什么现象？（扩散现象）提问2：产生扩散现象的原因是什么？（物质由分子、原子或离子等粒子构成，构成物质的粒子在永不停息地做无规则运动；分子间存在间隙）概念：物体内部大量粒子的无规则运动——热运动提问3：在不同的温度中，扩散的速度不同说明什么？（物体温度越高，微粒无规则运动越剧烈）设问4：微粒的无规则运动称为什么运动？（热运动）相应的能叫什么能？（内能）它们与温度有什么关系？提出内能和热运动的概念、关系并板书【板书】一、内能1、概念：物体内部大量粒子做热运动（微观运动）所具有的能叫内能。2、热运动：物体内部大量粒子的无规则运动。3、关系：物体温度越高，分子热运动越剧烈，内能也越大。强调：热现象是大量微粒无规则运动的宏观表现，对单个微粒谈热运动、温度、内能是没有意义的。温度是物体内部大量微粒无规则运动剧烈程度的标志。根据温度的变化（宏观）反映热运动（微观）的剧烈程度和内能的变化。【讨论】1、根据图片3-49、3-50，试解释：无论高温物体还是低温物体，都具有内能。一切物体都有内能。这是因为物体内的分子永不停息地无规则运动着。炽热的铁水，温度很高，分子运动激烈，它具有内能。冰冷的冰块，温度虽低，其内部分子仍在做无规则运动，它也具有内能。不论物体有没有做其他运动，物体内微粒的无规则运动总是存在的，所以其他能量（机械能）可能为0，内能总是有的，不管是高温物体还是低温物体。
2、物体的温度升高或降低时，内能会有什么变化？内能的大小与温度的高低有关，一个物体温度升高，内能增加，温度降低，内能减少。由于内能的大小不仅仅与温度的高低有关，所以不同的物体不能仅根据温度的高低判断内能的大小。3、内能与机械能有什么不同？[来源:Z.Com]举例：分析在水平光滑桌上滑动的木块具有什么能。A、首先木块有势能，也称为机械能。机械能与整个物体的机械运动情况有关。B、木块内部的分子做无规则运动，且分子间有作用力，木块有内能。归纳：内能是与微观运动有关的能量，它的改变与温度的变化有关；机械能是与宏观运动有关的能量，它的改变与运动的速度、高度等的变化有关。[来源:Z.Com]【练习】1、分析物体间能量的转化：电风扇通电转动，能→能；自行车刹车时，能→能；用煤气灶加热水，能→能；装得满满的一壶水烧开时，茶壶盖不断跳动，能→能；2、判断：A、冰水混合物的温度是0℃，所以没有内能。（×）B、任何物体都具有内能和机械能。（×）C、甲物体比乙物体的温度高，则甲比乙的内能大。（×）D、物体不一定都有内能。（×）E、某物体温度升高，它的内能一定增大。（√）【过渡】通过观察温度的升高或降低可以了解物体内能的变化，内能怎么会改变？有什么方法可以改变内能？二、做功可以改变内能
【分析】以下两例：冬天搓手取暖；古人钻木取火；有什么共同点？能量转化：都是机械能→内能；温度变化：都是升温；是否做功：都是克服摩擦做功。【小结】通过做功的方式可以改变物体的内能。【实验1】如图3-52。观察现象，分析原因。现象：橡皮塞向上跳起，瓶口出现雾状物。提问1：来回拉绳子的过程中，有没有做功？（克服摩擦做功）提问2：能量如何转变？（管壁发烫，机械能→内能，金属管、乙醚的内能增大）提问3：乙醚有什么变化？（内能增大，温度升高，乙醚汽化）提问4：增大乙醚内能的方法？——对物体（乙醚）做功，物体（乙醚）内能增大。提问5：橡皮塞为什么会跳起？（乙醚蒸气膨胀，将塞子推出）提问6：这个过程中有没有做功？谁对谁做功？（乙醚对塞子做功）提问7：能量如何转变？（内能→机械能，乙醚蒸气内能减小，塞子获得机械能）提问8：使乙醚内能减小的方法？——物体（乙醚）对外做功，物体（乙醚）内能减小。【实验2】如图3-53。观察现象，分析原因。现象：棉花燃烧。提问1：为什么选择用乙醚浸过棉花？（乙醚的着火点低，属于易燃物）提问2：压下活塞过程中，有没有做功？谁对谁做功？（活塞压缩筒内气体做功）提问3：能量如何转变？（机械能→内能，筒内空气的内能增大，温度升高，达到乙醚的着火点）提问4：增大空气内能的方法？——对物体（空气）做功，物体（空气）内能增大。
【实验3】如图3-54。观察现象，分析原因。现象：塞子向上跳起，瓶内出现白色的雾。原因：滴入酒精产生了蒸气，向瓶内打气，压强达到一定程度，气体对外做功，内能→机械能，塞子获得了机械能，向上跳起，同时气体的内能减少，温度降低，瓶内的一部分酒精蒸气和水蒸气液化。【归纳】用什么方法可以增大或减少物体的内能？这种方法的实质是什么？【板书】二、做功可以改变内能对物体做功→内能增大（机械能→内能）实质：其他形式的能（机械能）与内能的转化物体对外做功→内能减小（内能→机械能）【思考】山顶的积雪要比山脚的积雪化得慢，为什么气温随高度的增大而降低？分析：在地面上方越高处，空气的密度越小，热空气上升，冷空气下降。当下层的气团因吸收太阳辐射温度升高而上升时，气团膨胀，推挤周围的空气对外做功，内能减小，温度降低。相反，当上层的气团因放出热量温度降低而下沉时，气团收缩，外界空气挤压气团，对气团做功，使气团的内能增大，温度升高。【追问】对物体做了多少功，表明什么？（有多少其他形式的能转化为内能）；物体对外做多少功，表明什么？（有多少内能转化为其他形式的能）。从中可看出，功与内能的关系？（功可以量度内能改变的多少）【过渡】不通过做功，有其他方法可以改变物体的内能？三、热传递可以改变内能【分析】以下两例：手捂热水袋取暖；放在热汤里中的汤勺，勺柄逐渐变烫；手、热水袋、热汤、汤勺的内能有改变吗？能量有转化吗？内能为什么改变了？内能：都有改变；内能：没有转化为其他形式的能，只是发生了转移。【读图】3-56。发高烧的病人常用湿毛巾冷敷，冷敷时，热从人体传给毛巾。传热的结果，
分析：人体的温度降低，内能减少，毛巾的温度升高，内能增多。我们把这个过程叫热传递。【思考】热传递的过程有发生能量的转化吗？热传递实质是什么？发生热传递的条件是什么？热传递的方向如何？热传递的结果是什么？【实验】可以增加金属杆传热实验，观察用蜡粘住的火柴掉下的顺序体会热传递的实质、条件和方向。归纳：热传递的过程没有发生能量的转化，而是能量（内能）的转移（实质）。只要接触的物体间或物体不同部分存在温度差（条件），内能就会从高温物体传递到低温物体，或者从同一物体的高温部分传递到低温部分（方向）。直到两者的温度一致（结果），热传递才结束。引导学生概括这些热传递现象的共性：热传递过程中①存在着高温物体和低温物体（或同一物体存在着高温部分和低温部分）；②由于热传递，高温物体温度降低，低温物体温度升高。温度的变化反映了物体内能的改变，所以上述热传递现象的实质是：热能从高温的物体传到了低温的物体。【设问】在热传递中，传递的能量多少叫什么？用什么表示？单位是什么？讲述：在热传递中，传递的能量多少叫做热量，用Q表示。低温物体从外界吸收多少热量，内能就增加多少，温度升高；高温物体向外界放出多少热量，内能就减少多少，温度降低。因此除了功，还可以用热量量度内能改变的多少。由于这种关系，它们的单位也一致：焦耳。【引申】热量是与热传递相连的概念，离开了热传递谈热量就没有意义了。所以热量只能表达“吸收多少”、“放出多少”、“传递多少”，不能说“有多少”或“含有多少”。【讨论】图3-68，有一瓶子，里面装着一些铁屑，用什么方法可以增加铁屑的内能？如果你没有看到内能改变的过程，单凭铁屑的温度升高，你能说出究竟采用什么方法？方法：可能是放在火上烤；可能是克服摩擦对瓶子和铁屑做功；……【结论】做功和热传递的实质不同，但是改变内能是等效的。
我们知道两种改变物体内能的方法：做功和热传递。而且改变内能的方法也只有这两种，这两种方法又是等效的。当物体内能改变时，如果我们没看见热内能改变的过程，我们是无法根据结果来判断热内能改变的原因的。通过师生共同议论，总结热传递现象。①热传递现象：热传递过程中，高温物体温度降低，低温物体温度升高，直到温度相同时，热传递停止。②热传递的条件：物体间存在温度差异，或物体不同部分间存在温度差。③热传递的实质：热能从高温物体传到低温物体。是改变物体热能的方法之一。④热传递的方向：热能总是从高温物体传向低温物体。不存在热能由低温物体传向高温物体的现象。【练习】判断：A、物体不对外界做功，外界也不对物体做功，物体的内能一定不变。（×）B、一个物体不吸热也不放热，它的温度一定不变。（×）C、物体温度升高，一定是从外界吸收了热量。（×）D、只有一个物体不能发生热传递。（×）E、热量从热量多的物体向热量少的物体传递。（×）四、燃料的热值【过渡】燃料燃烧会放出大量的热量，燃烧是什么变化？在燃烧过程中，能量如何转化？分析：燃料在燃烧时发生剧烈的氧化反应。完全变成了另一种物质，所以燃料的燃烧是一种化学变化。在燃料燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。也就是我们常说的释放热量。燃烧是贮存在燃料中化学能转化为内能的过程。提问：你能说出燃料的种类和常用燃料吗？要求学生答出：固体燃料：如木柴、煤等。液体燃料：如汽油、柴油。气体燃料：如煤气、天然气、氢气。【猜测】放热的多少与什么有关？与燃料种类、燃料多少、能量损失……【验证1】放热的多少与燃料种类的关系。假设：取相同质量（1千克），能量没有损失（完全燃烧），比较放热的多少。引入概念：我们把1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。单位：焦/千克
读表：了解常用燃料的热值，提问：热值是燃料的特性，不同的燃料的热值一般不同。烟煤的燃烧值是多少？解释其意义。要求学生答出：烟煤的燃烧值是2.9×107焦/千克。它表示1千克烟煤完全燃烧放出的热量约是2.9×107焦。教师：燃料的热值是以完全燃烧来定义的。“完全”二字不省略，也不可用“充分燃烧”来代替，否则在质量相同条件下，燃料燃烧放出热量的多少就无法比较。燃料完全燃烧放出热量的计算：已知烟煤的热值是2.9×107焦/千克，求3千克烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦。解：烟煤燃烧值：2.9×107焦/千克1千克烟煤完全燃烧放出的热量的2.9×107焦/千克。2千克烟煤完全燃烧放出的热量是2.9×107焦×2=5.8×107焦。3千克烟煤完全燃烧放出的热量是：2.9×107焦×3=8.7×107焦。总结；燃料完全燃烧放出热量的计算公式。（板书）燃料完全燃烧放出的热量=燃料的燃烧值×燃料的质量。燃料热值的单位是焦/千克。质量的单位是千克，热量的单位是焦。思考：为什么火箭选用液态氢做燃料？
分析：在常见的燃料中，氢是最好的燃料。理由有三：燃烧完全相同质量的燃料，氢放出的热量最多；燃烧产物无污染；原料取之方便，可循环使用。【验证2】放热的多少与是否完全燃烧有关。假设：取相同质量、同种燃料，比较放热的多少。强调：完全燃烧。【验证3】……四、燃料的热值1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。（焦/千克）
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