第3节 内能（培优教学课件）物理人教版2024九年级全一册

第十三章 内能 九年级全一册•人教版 第3节 内能 远处的山峰上火光冲天、烟雾弥漫，炽热的岩浆犹如一条火龙。这是火山在爆发。 地球内部有高温、高压的岩浆。在极大的压力下，岩浆会从地壳薄弱的地方喷涌而出，无情的火舌毁坏它途经的一切，大量火山灰冲上万米高空…… 火山爆发时，炽热的岩浆携带着大量与热有关的能量，那么覆盖火山的皑皑白雪是不是与岩浆一样，也具有与热有关的能量？在本章，我们将尝试从能量角度对热现象的性质进行描述并寻找规律。 老师同学 致 1. 说明: ppt使用高质量视频，资源比较大，约120MB。 ppt共有67张、4段视频，可根据需要选择点播。 2. 视频资源 ①视频讲解—《内能的概念》 ②视频讲解—《影响内能大小的因素》 ③视频讲解—《温度、热量与内能辨析》 ④演示实验—《做功改变物体的内能》 3. 免责追责 视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 ppt版权归本工作室，如涉及侵权问题，将追究责任。 （1）装着开水的暖水瓶，有时瓶塞会弹起来。推动瓶塞的能量来自哪里? 导入新课 （2）想一想 我们知道宏观物体由于运动或相互作用而具有机械能。如飞在空中的足球，既具有重力势能；又具有动能。 通过上节课的学习，我们知道热现象是大量分子做无规则热运动产生的，分子间也有相互作用力，那么分子是否也有能量？ 导入新课 学习目标 物理观念 知道内能的概念和单位；知道改变内能的两种方式。 科学思维 会用类比的方法建立内能的概念，能简单描述温度和内能的关系。 科学探究 通过探究找到改变物体内能的两种方法；用所学知识解释一些内能增加或减少的实例。 科学态度 与责任 通过探究，使学生体验探究的过程，激发学生主动学习的兴趣。通过演示实验使学生养成观察能力，并使学生通过实验理解做功与内能变化的关系。 教学重点 1. 内能概念的建立。 2. 改变物体内能的两种途径。 教学难点 用类比的方法建立内能的概念。 重点难点 1. 内能 2. 物体内能的改变 3. 温度、热量与内能 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 学习内容 一、内能 第3节 内能 一、内能 想一想 我们举高一个物体，即对物体做功，会改变该物体的机械能。这是机械运动中与能量有关的现象。 在热现象中，保持一个物体不动，对其加热或者做功（例如摩擦该物体），这个物体的能量会不会发生改变呢？如果有能量的改变，这种能量以什么形式存在呢？ 一、内能 1. 分子具有动能与势能 （1）分子动能 运动的物体具有动能，运动的分子也同样具有动能。构成物质的分子在不停地做热运动，温度越高，分子热运动的速度越大，它们的动能也就越大。 分子在做热运动，所以也具有动能 运动的足球具有动能 一、内能 （2）分子势能 ①被压缩的弹簧各部分互相排斥，被拉伸的弹簧各部分互相吸引；所以具有弹性势能。 压缩的弹簧排斥 拉伸的弹簧吸引 ②分子间既相互吸引又相互排斥，所以分子也具有势能，叫作分子势能。 结论：分子间也具有势能，叫作分子势能。 一、内能 2. 内能 （1）内能的概念：构成物体的所有分子，其热 运动的动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。 （2）内能的单位：焦耳（J）。 （3）内能是不同于机械能的另一种形式的能 飞在空中的足球，具有动能和重力势能，同时还具有内能。机械能与整个物体的机械运动情况有关，而内能与物体内部分子的热运动和分子之间的相互作用情况有关，内能是不同于机械能的另一种形式的能。 一、内能 （4）一切物体都具有内能 炙热的铁水具有内能；冰冷的冰块，温度虽然低，其中的水分子仍然在做热运动，所以也具有内能。 北极的冰山 炽热的铁水有内能 一、内能 视频讲解——《内能的概念》 一、内能 3. 影响内能大小的因素 （1）物体的内能与温度的关系 对一杯水加热时，水的温度越高，水内部分子运动越剧烈，内能越大。反之，温度越低， 内能越小。 水的内能增大 分子动能变大 分子无规则 运动剧烈 温度升高 一、内能 （2）内能大小与质量的关系 想一想：温度相同、质量不同的水，内能相同吗？为什么？ 分析：温度相同、质量不同的水，质量越大，水分子数目越多，所以分子动能和势能的总和也会越大，即水的内能也越大。 结论：在温度相同、状态相同时，物质的质量越大，内能越大。 200g、20℃的水的内能要大于100g、20℃水的内能. 一、内能 （3）内能大小与状态（体积）的关系 想一想：一块0℃的冰熔化成0℃的水时内能是否改变? 分析：因为0℃的冰熔化成0℃的水时，要吸收热量，体积变小，分子间的距离变小，作用力变大，所以水的内能变大。 结论：可见物体的内能跟物体的状态（体积）有关。 总结：影响内能大小的因素： 物体的内能跟物体的温度、质量、状态等都有关. 一、内能 内能 机械能 概念 影响 因素 研究 对象 存在 条件 物体内部所有分子动能 与分子势能的总和 物体所具有的动能 和势能的总和 物体的温度、体积、 质量、状态等 物体的质量、速度、 高度或形变程度 微观世界的大量分子 宏观世界的所有物体 永远存在 运动或在高处或 发生弹性形变 4. 内能与机械能的区别 一、内能 视频讲解——《影响内能大小的因素》 一、内能 【例题1】关于静止在水平地面上的足球的能量，下列说法中正确的是（ ） A. 因为足球静止，所以足球的分子动能为零 B. 因为足球在水平地面上，所以足球的分子势能为零 C. 如果足球运动起来，足球的内能要增加 D. 如果足球的温度升高，足球的内能要增加 D 一、内能 【解析】 A. 分子动能是物体中大量分子做无规则运动而具有的能。一切物体都具有分子动能，分子动能的大小与物体的速度无关，故A错误. B. 分子势能是由于物体的大量分子间存在相互作用的引力和斥力而具有的能，一切物体都具有分子势能，与物体的高度无关，故B错误. C. 物体内所有分子动能和分子势能的总和叫作物体的内能，物体内能的大小与物体的速度无关，故C错误. D. 同一物体在同一状态下，温度升高，内能增加，故D正确。 故选D。 一、内能 【例题2】甲、乙、丙为同种物质，已知甲的温度为10℃，乙的温度为0℃，丙的温度为-10℃。以下说法中正确的是（ ） A．乙的内能为零 B．丙的内能有可能大于甲的内能 C．甲的内能最大 D．若甲和乙的内能相同，则它们之间不会发生热传递 B 【解析】 A．一切物体在任何温度下都有内能，故乙的内能不为0，故A错误； B．内能与物体的质量、状态、温度有关，则丙的内能有可能大于甲的内能，故B正确； C．仅由温度大小无法判断物体内能大小，故C错误； D．若甲和乙的内能相同，它们存在温差，会发生热传递，故D错误。故选B。 二、热传递和内能的改变 第3节 内能 二、热传递和内能的改变 1. 热传递和内能的改变 【想一想】在寒冷的冬天，为什么人们喜欢抱热水袋？人从热水袋中得到了什么？ 【分析】这是因为发生了热传递，热水放出热量，内能减少，人吸收热量，内能增加。 【结论】物体吸收或放出的热量越多，它的内能改变越大。热传递可以改变物体的内能。 吸收热量 放出热量 2. 热传递改变物体内能的一些实例 二、热传递和内能的改变 （1）冷毛巾降温 人轻度发热时用冷毛巾给头部降温，过一段时间后，毛巾温度升高，头部温度降低。这是热传递改变物体内能的例子。 二、热传递和内能的改变 （2）热工件放入冷水 如果把烧热的工件放到冷水中，工件会凉下来，而冷水会变热，这是因为在此过程中发生了热传递。发生热传递时，高温物体放出热量、内能减少，低温物体吸收热量、内能增加。 二、热传递和内能的改变 （3）冰镇饮料 用冰镇饮料时，饮料放出热量，内能减少；冰吸收热量，内能增加。是通过热传递来改变物体的内能。 （4）艾灸 艾灸是中医的瑰宝，利用艾条燃烧产生的热刺激人体穴位，可以达到防病治病的目的。如图所示用艾柱熏烤患者的穴位时，是通过热传递的方式使其内能增加的。 三、做功和内能的改变 第3节 内能 【想一想】除了热传递，还有什么途径可以改变物体的内能?结合图思考、讨论。 图所示的情形说明摩擦可以产生热，这部分内能是从哪里来的呢? 【分析】摩擦时物体克服摩擦力做了功，这部分内能是物体克服摩擦力做功转化而来的。 三、做功和内能的改变 空气压缩引火仪 （1）实验探究 【实验】如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团脱脂棉，把活塞迅速压下去，观察发生的现象。 【现象】脱脂棉燃烧起来。 【思考】上述实验中，通过什么途径改变了玻璃筒内空气的内能？ 【分析】是因为活塞压缩气体做功，使空气的内能増增加，温度升高，达到脱脂棉的燃点。 1. 外界对物体做功时内能的改变 实验结论：做功可以改变物体的内能，对物体做功，内能增加. 三、做功和内能的改变 演示实验——《压缩气体做功改变内物体的内能》 三、做功和内能的改变 （2）一些做功改变物体内能的实例 三、做功和内能的改变 ①古人钻木取火，克服摩擦做功，使得木头的内能增加，温度升高，达到着火点，木柴燃烧起来。 ②汽车急刹车时，轮胎克服地面间的摩擦做功，内能增加，温度升高，轮胎表面被烧焦。 三、做功和内能的改变 ③飞船返回舱进入大气层，克服空气阻力做功，内能增加，温度会升高。 ④流星穿越大气层时，克服空气阻力做功，内能增加，温度太高，达到流星燃点，流星燃烧。 既然对物体做功，会使物体温度升高，内能增加；如果物体对外做功，那么物体的内能会怎样变化呢？ 2. 探究物体对外界做功时内能的变化 【进行实验】 如图，在烧瓶（或可乐瓶）内盛少量水，并盖紧瓶塞。向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。 【思考】上述实验中，通过什么途径改变了烧瓶内空气的内能？ 三、做功和内能的改变 演示实验——《气体对外界功时内能减少》 三、做功和内能的改变 【实验现象】发现水蒸气把橡皮塞弹飞，同时瓶口出现了白雾。 【实验分析】当瓶塞跳飞出时，是瓶内水蒸气对瓶塞做功，水蒸气的内能减少，温度降低，水蒸气遇冷，液化成小液滴，于是就观察到“白雾”这种现象。 【实验结论】 水蒸气对外做功，内能减小，温度降低。 三、做功和内能的改变 3. 结论： 做功可以改变物体的内能。外界对物体做功，内能增加；物体对外界做功，内能减小。 4. 从能量转化的角度理解内能的改变 有了内能的概念后，我们就能理解，对一个物体加热或者做功，就是使能量“流入”了物体的内部，物体的内能増加。能量通过这种方式被储存起来。 反过来，物体也可以对外放热或者做功，从而释放内能。 三、做功和内能的改变 三、做功和内能的改变 做功改变物体内能的实质是机械能与内能的转化。 热传递改变物体内能的实质是内能的转移。 对物体内能的改变是等效的。一个物体的温度升高，内能变大，可能是热传递，也可能是外界对物体做了功。 演示实验——《做功改变内能的演示实验》 三、做功和内能的改变 （2）实验二：向装有少量水的瓶子内打气，使瓶内的气压增大，当瓶塞跳起来时，可以看到瓶内出现白雾，这是因为水蒸气对瓶塞做功，内能______ (填“增加”或“减少”)，温度______ (填“升高”或“降低”)，水蒸气______而成小液滴。 【例题3】在做功改变内能的实验中，老师做了两个实验。 （1）实验一：如图甲所示把活塞迅速压下去，观察到硝化棉燃烧，这是因为活塞压缩气体做功，空气的内能_____（选填”增加”或“减少”），温度_____(选填“升高”或“降低”)，达到棉花着火点的缘故。这个过程中是把_____能转化为_____能。 增加 升高 机械 减少 液化 降低 内 三、做功和内能的改变 【解析】 （1）活塞压缩空气对空气做功，空气的内能增加温度升高，这个过程把活塞的机械能转化成空气的内能。 （2）向装有少量水的瓶子内不断打气瓶子内的空气被压缩外界对空气做功，空气内能增加温度升高，当瓶塞跳起来时空气膨胀对瓶塞做功内能减小空气内的水蒸气放出热量温度降低液化成小液滴。 三、做功和内能的改变 三、辨析温度、热量与内能 第3节 内能 三、辨析温度、热量与内能 1. 温度、热量与内能 （1）温度 温度表示物体的冷热程度。 是一个状态量，一个物体在某一时刻对应一定的温度。描述温度时，一般说“物体的温度高或低、是多少、降低或升高了多少“等。例如：夏天天气热，这个“热”表示温度。 （2）内能 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。是一个状态量，所有物体都有内能。描述物体的内能一般说“物体具有内能、改变了内能、传递了内能等”。例如，“摩擦生热”，表示克服摩擦力做功，把机械能转化为内能，所以这个“热”表示内能。 （3）热量 热量表示热传递过程中传递内能的多少。热量是一个过程量，只有发生热传递时，才能用热量来量度内能的变化量（物体吸收或放出的热量的多少）。 不发生热传递，讲热量就没有意义。描述热量时，只能说物体“吸收、放出”热量，不能讲“物体具有热量”。 三、辨析温度、热量与内能 2. 温度与热量 （1）物体吸收或放出热量，温度不一定变化 例如晶体熔化时，吸收热量，温度不变。晶体熔液凝固时，放出热量，温度也不发生变化。 （2）物体温度变化时，不一定吸收或放出热量 物体温度降低，可能是物体对外界做功。物体温度升高，可能是外界对物体做功。 观察冰熔化的—温度时间图像可知，BC段是冰的熔化过程，在该过程段吸收热量，温度保持不变。 三、辨析温度、热量与内能 3. 温度与内能 （1）内能与温度有关：物体温度变化时，内能一定变化。物体温度降低，内能一定减少；物体温度升高，内能一定增加。 （2）温度与内能无关 物体内能变化时，温度不一定变化。晶体熔化时，吸收热量，内能增加，温度不变。晶体凝固时，放出热量，内能减少，温度不变。 例如，冰在熔化过程中，吸收热量，内能增加，但是温度不变。 观察冰熔化的—温度时间图像可知，AB段是冰吸热温度升高过程，内能增加。 BC段是冰吸热熔化过程，内能增加，温度不变。 三、辨析温度、热量与内能 4. 热量与内能 物体吸热或放热，一定会引起内能的变化。例如，物体吸收热量，内能增加。物体放出热量，内能减少。 物体内能改变，不一定是由于物体吸收或放出热量。例如，物体内能增加，可能是外界对物体做功。物体内能减少，可能是物体对外界做功。 搓手做功，可以使手的内能增大 对手呵气，也可以使手的内能增大 三、辨析温度、热量与内能 视频讲解——《温度、热量与内能辨析》 三、辨析温度、热量与内能 【例题4】关于温度、热量、内能，下列说法正确的是（ 　） A．温度高的物体比温度低的物体内能大 B．一杯水的内能比一桶水的内能小 C．物体吸收热量，温度升高，内能增加 D．水放出热量凝固成冰过程中，温度不变，内能减小 D 【解析】 A．影响内能大小的因素除了温度以外，还有物体的质量、体积和状态。只凭温度高低，无法比较内能的大小，A错误； B．一杯水和一桶水，质量不等，温度未知，无法比较内能大小，B错误； C．晶体熔化时吸收热量，内能增加，温度不变，故C错误； D．水凝固成冰的过程中，放出热量，内能减小，温度不变，故D正确。 三、辨析温度、热量与内能 四、课堂总结 第3节 内能 四、课堂总结（1） ①构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫作物体的内能；单位是焦（J）。 ②一个物体温度升高时，它的内能就增加； 一个物体温度降低时，它的内能就减少。 ③影响内能大小的因素：物体温度、质量、状态。 内 能 ①热传递：实质是内能的转移。物体吸收热量、内能增加；放出热量、内能减少。 ②做功：实质是内能与其它能的转化。外界对物体做功，内能增加；物体对外做功，内能减小。 ③等效性：热传递和做功改变物体的内能是等效的。 改变内能的 两种方法 内 能 温 度 热 量 内 能 定义 表达 单位 温度、热量与内能的区别 宏观上：表示物体 的冷热程度. 微观上：反映分子 热运动剧烈程度. 在热传递过程中，吸收或放出热的多少，是能量的变化量. 物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和. 只能说“是多少” 或“达到多少”. 只能说“放出” 或“吸收”. 只能说“有” 内能总不为0. 摄氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J） 四、课堂总结（2） 五、练习与应用 第3节 内能 五、练习与应用 1. 张老师在火车站乘电梯时随自动扶梯匀速上行，他所携带的背包的重力势能增大，背包的内能是否也增大?为什么?他坐在高铁内将书放在小桌板上，列车启动后的一段时间内车速越来越快，书的动能增大，它的内能是否也增大?为什么? 【解析】 内能是物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和，它与物体的温度、体积和物质的量有关。 在乘电梯时随自动扶梯匀速上行，列车启动后的一段时间内车速越来越快时，物体温度、体积和物质的量都没有发生变化，因此内能都保持不变。‌ 2. 在以下过程中，小孩、火箭箭体和子弹的内能是在增大还是在减小?机械能是在增大还是在减小? （1）小孩在滑梯上匀速滑下的过程中，臀部与滑梯摩擦后温度升高。 （2）火箭在从地面向上发射的过程中，火箭外壳和大气摩擦后温度越来越高。 （3）子弹击中一块木板，子弹温度升高。 五、练习与应用 【解析】 （1）小孩在匀速下滑的过程中，动能不变，重力势能减小，所以机械能减少；克服摩擦力做功，温度升高，内能增加，机械能转化成内能。 小孩在滑梯上匀速滑下的过程中，臀部与滑梯摩擦后温度升高。 （2）火箭从地面向上发射过程中，火箭外壳和大气摩擦后温度越来越高，其内能增大；火箭上升的过程中，速度增大，高度增大，所以火箭箭体的动能和重力势能都变大，其机械能变大。 （3）子弹击中一块木板后，子弹和木块的温度都升高，此时消耗了子弹的机械能，转化为子弹和木块的内能，子弹和木板的内能都增大，子弹的机械能减小。 五、练习与应用 3. 请说明“烤火取暖”和“钻木取火”分别通过什么方式改变物体的内能。 【解析】 “烤火取暖”是通过热传递的方式改变内能。“钻木取火”则是通过做功的方式改变物体的内能。 五、练习与应用 4. 把图钉按在铅笔的一端，手握铅笔使钉帽在粗糙的硬纸板上来回摩擦，然后用指尖感觉钉帽温度的变化，并解释发生这种变化的原因。（操作时要注意安全!） 【解析】 摩擦后的图钉钉帽变热，是因为通过克服摩擦做功，机械能转化成了内能，内能增大，图钉帽的温度升高。这是通过做功的方式来改变物体的内能。 五、练习与应用 六、提升训练 第3节 内能 六、提升训练 1. 仔细观察图中甲、乙两杯水。下列说法正确的是（　　） A．甲杯中水的内能多 B．乙杯中水的内能多 C．甲杯和乙杯中水的内能一样多 D．无法判断 B 【解析】 由图可知，甲和乙杯中水的质量相同，但乙杯中水的温度高于甲杯，因为在质量相同的情况下，物体的温度越高，物体的内能越大，所以乙杯中水的内能大，故B正确，ACD错误。故选B. 六、提升训练 2. 下列实例中，改变物体内能的途径与其他三个不同的是（　） A．医生用冰袋给发热的病人降温 B．铁丝反复弯折后发热 C．搓手时手掌发热 D．钢锯锯断木头，钢锯变热 A 【解析】医生用冰袋给发热病人降温，是人体放出了热量而温度降低，通过热传递改变了内能；铁丝反复弯折后发热，是通过做功，将机械能转化为内能，而改变内能的，是通过做功方式改变内能；搓手时，克服摩擦做功，将机械能转化内能，通过做功改变内能的；钢锯锯断木头，钢锯变热，钢锯与木头间有摩擦，锯木头过程，需要克服摩擦做功，通过做功改变钢锯的内能。与其他三个改变内能途径不同的是A选项，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A. 六、提升训练 3. 将液体温度计的玻璃泡浸没在热水中，温度计的示数逐渐上升在此过程中，温度计中的液体（　　） A．质量增加 B．内能增加 C．含有的热量增加 D．分子之间的距离不变 B 【解析】A．质量是物体的一种基本属性，温度计中的液体温度升高，质量不变，故A错误； B．温度计中的液体吸收热量，温度升高，内能增加，故B正确； C．热量是过程量，不能说“含有”热量，故C错误； D．温度计中的液体吸收热量、温度升高，体积膨胀，分子之间的距离增加，故D错误。故选B. 六、提升训练 4. 如图，在气缸A中密封有压缩空气，B是一个被销钉K锁住的活塞，C是一支温度计。若活塞与气缸壁间没有摩擦，当把销钉拔出后，活塞向_____（填“左”或“右”）运动，气缸A内气体对外做功，温度计的示数________。 右 减小 【解析】 由题意可知，若活塞与气缸壁间没有摩擦，当把销钉拔出后，活塞向右运动，气缸A内气体对外做功，内能减小，温度减小，温度计的示数减小。 六、提升训练 5. 如图甲是曾侯乙墓出土的铜冰鉴式保温器。这种保温器分为两层，外层为一方鉴，内层装一方壶，如图乙所示。盛夏之时，方鉴盛冰，内方壶盛酒。下列说法正确的是（　　） A．外方鉴中的冰温度为0 ℃，所以内能也为0J B．壶内酒内能减少是通过热传递的方式实现的 C．壶内酒将温度传给方鉴中的冰块后内能增加 D．冰块吸热熔化成水的过程中内能保持不变 B 六、提升训练 【解析】 A．一切物体都有内能，方鉴中的冰温度即使很低，也有内能，故A错误； B．壶内的食物放出热量，温度降低，是通过热传递的方式减少内能，故B正确； C．壶内的食物将热量传给方鉴中的冰块，自身内能减少，故C错误； D．冰块受热熔化成水的过程中吸收热量，内能增加，故D错误。 故选B。 六、提升训练 6. 如图所示，是研究做功与内能改变的一个实验装置，玻璃瓶内装入少量的水，用塞子把瓶口塞紧，并用打气筒往瓶内打气，瓶内压强增大到一定程度时，塞子会从瓶口跳起来。 （1）在这一实验中，你应该注意观察的是_____； A．打气的过程 B．打气的过程中瓶中的情况 C．塞子跳起的高度 D．塞子跳起的瞬间，瓶内发生的变化 （2）玻璃瓶内装入少量水的目的是_____； （3）你所观察到的现象是瓶内出现白雾， 这一现象所能说明的问题是_____。 D 见解析 物体对外做功，温度降低，内能减少 六、提升训练 【解析】 （1）本实验需要观察瓶塞跳起的瞬间瓶内出现的现象，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 （2）玻璃瓶内装入少量的水，用打气筒往瓶内打气，瓶内气体温度升高，瓶内水汽化，产生大量的水蒸气，当气体对瓶塞做功，瓶塞跳起时，观察水蒸气的液化现象。 （3）当瓶内气体冲开瓶塞时，因为瓶内气体对塞子做功，内能减少，温度降低，瓶内的水蒸气液化形成雾，此现象说明物体对外做功，温度降低，内能减少。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf58.45.100 $$