第2节 内能（教学课件）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

沪科版（五·四学制） 九年级上册 第10章 内能 第2节 内能 01 02 03 04 05 CONTENTS 内能 如何改变内能 学习目标 1. 由动能和势能引出分子动能和分子势能的概念； 2. 了解物体的内能概念、单位； 3. 分析影响内能大小的因素， 4. 实例分析改变内能的两种方式； 5. 知道热传递是内能的转移的过程； 6. （外界）对气体做功，气体对外做功及相应内能的变化； 7. 掌握热传递、做功在改变内能上的区别与联系。 重点难点 教学重点： 1.内能及其影响因素； 2.会判断改变内能的方式； 3.热传递是内能转移的过程，做功是其他形式能转化为内能的过程。 1.温度、热量、内能等概念辨析，微观概念比较抽象； 2.改变内能方式的应用——改变内能的过程中内能的转移 或转化的分析。 教学难点： 火的使用在人类历史中具有非常重要的意义，“燧人氏钻木取火”是我国著名的古代传说之一。火为人类提供的更易消化的熟食，帮助人类抵御严寒。如图 10-2-1 所示，生鲜食材经火炙烤变得热气腾腾。食材吸收了炭火的热量后， 自身的能量发生了怎样的变化？ 情景引入 PART ONE 内 能 宏观物体由于运动而具有动能，因为受到重力或弹力而具有势能。 运动的足球具有动能，无规则运动的分子具有动能吗？ 形变的弹簧具有势能，相互吸引或排斥的分子也具有势能吗？ 探究新知 注：在八年级下册，我们学过，分子无规则运动也称为分子热运动。 7 1.分子动能：构成物体的分子都在永不停息地做无规则热运动，运动的物体具有动能，我们把分子因热运动而具有的动能叫做分子动能。 分子动能 分子势能 2.分子势能：分子之间存在着相互作用的引力和斥力，与弹簧被拉伸或压缩时产生的弹力类似，由于分子之间的相互作用而使分子具有的势能叫做分子势能。 1.内能：在物理学中，把组成物体的所有分子的动能和势能的总和 叫做物体的内能。 内能 2.内能的单位：在国际单位制中，内能的单位与功和机械能的单位相同，也是焦耳(J) 。 点击播放 3.一切物体都具有内能：如图10-2-2 (a) 所示. 火山喷出的高温岩浆具有内能：而图10-2-2(b)所示的冰山，虽然温度很低，也具有内能。一切物体，不论温度高低，都具有内能。 图 10-2-2 火山和冰山 1. 内能是指微观世界中的分子的动能与势能的总和，与宏观世界中物体的机械能（动能、势能）是有区别的。 静止在水平面上一块砖，没有动能，势能也为零，所以它也没有内能。这句话对吗？ 2. 物体的内能会为零吗？ 因为物体的分子在永不停息地做无规则运动，分子之间的相互作用总是存在的，因此物体的内能不会为零，任何物体在任何时候都有内能。 议一议 影响内能大小的因素 1.温度——影响内能大小的因素 如左图，加热烧杯中的水 温度越高，分子热运动越剧烈 分子动能越大 物体的内能增加 （物体的内能越大） 注：无特别说明，此处不考虑分子势能的变化。 2.体积——影响内能大小的因素 如上图，温度相同（20℃），状态相同（液态），两杯不同体积的水（100mL和200mL） 相同条件下，体积越大，质量越大。 分子动能越大 物体的内能增加 （物体的内能越大） 3.状态——影响内能大小的因素 将一定质量100℃的水，变成100℃的水蒸气，内能发生变化吗? 固体分子模型 液体分子模型 气体分子模型 此处可能用到的讲解材料：固体、液体、气体分子模型 变成100℃的水蒸气后，内能增加。 小结 影响内能大小的因素：物体的温度、体积、状态。 对于物体状态对内能的影响解释起来还是比较复杂，以下有三种非正式的理解技巧仅供参考： 还是以将一定质量100℃的水，变成100℃的水蒸气为例， 1.汽化需要吸热，吸收热量变成水蒸气后内能肯定是增加的； 2.类比物体的重力势能或弹性势能，分子距离变大，可以理解成相对高度变大，重力势能变大；或弹簧伸长，弹性形变程度变大，弹性势能增大。以此理解分子势能增大。（因为温度不变，分子动能视为不变） 3.能量越高，越不稳定，如固体分子势能小，稳定，不容易被拉开。 注意：①内能（含分子动能、分子势能）是物体能量的微观表现；机械能（含动能、势能）则是物体能量的宏观表现。 所以一些说法注意辨析： a.如物体的温度越高，则分子热运动越剧烈，即分子动能越大，即内能越大；而对机械能没有影响。 b.如物体的速度越大，这是宏观表现，则物体的动能越大，即机械能越大；而对物体的内能没有影响。 ②物体的内能在任何情况下都不会为零，而物体的机械能可以相对为零。所以内能和机械能是两种不同形式的能量。 PART TWO 如何改变内能 （a） 煤炉烧水 （b）围炉烤火 （c）用“退热贴”降温 如图（a），煤炉烧水，水吸收热量，温度升高；如图（b），围炉烤火；如图（c），在寒冷的冬季，可以在身上贴“暖宝宝”取暖；发烧时，可以将“退热贴”贴在额头上进行物理降温。 这些过程都是通过热传递的方式使物体的内能发生改变。 改变内能的方式一 ——热传递 热传递过程中，高温物体放出热量，内能减少；低温物体吸收热量，内能增加。 高温物体 热传递 热量 低温物体 放出热量，内能减少 吸收热量，内能增加 内能转移 改变内能的方式二 ——做功 自主活动 如图 10-2-4 所示，将少许易燃粉末放入密闭的厚壁玻璃筒底部，快速向下按压活塞2 ～ 3 次，观察玻璃筒内发生的现象。 图 10-2-4 压缩气体改变内能 现象：上述实验中，快速向下按压活塞，玻璃筒内的易燃粉末会燃烧。 解释：这是因为活塞对玻璃筒内的气体做功，气体的内能增加，温度升高，引燃粉末。 可见，做功也是改变内能的一种方式。 活塞 做功 玻璃瓶内的气体 其他形式能 内能 转化 *分析 *人体的能量 活塞的机械能 气体的内能 * 转化 转化 如图所示，探究改变物体内能的实验： (1)烧瓶内盛少量水。给瓶内打气，在瓶塞未跳起前，瓶内气体的内能          （选填“增加”、“减少”或“不变”），这是通过          （选填“热传递”或“做功”）改变了瓶内气体的内能。 (2)继续打气，当瓶塞跳起时，观察到瓶口有“白雾”出现。这是因为瓶内气体对外做功后，内能         （选填“增加”、“减少”或“不变”），温度          （选填“升高”、“降低”或“不变”），瓶内气体中所含的水蒸气放热         成了小水珠。这一过程中，瓶内气体的内能化成了瓶塞的         能。 对气体做功；气体对外做功 增加 做功 减少 降低 液化 机械 1.钻木取火：钻木取火时，木头相互摩擦，使得干草等易燃物体温度升高，达到燃点而燃烧。 2.流星现象：近地空间大量的尘埃微粒和微小固体高速进入地球大气层时，会与大气发生剧烈摩擦而燃烧发光，形成美丽的流星（图 10-2-5）。 做功改变内能 实例分析 这些现象中都存在做功改变内能的过程。 图10-2-5 流星划过天空 钻木取火 天冷时，我们可以把手放在暖手袋上，通过热传递让双手变得温暖；也可以搓搓手，通过做功让双手暖和起来。 因此，热传递和做功在改变物体的内能上是等效的。 它们的差异是，热传递是物体间内能转移的过程，做功是其他形式能转化为内能的过程。 热传递、做功在改变内能上的区别与联系 1.热传递和做功在改变物体的内能上是等效的。 2.热传递和做功在改变物体的内能上的区别。 热传递 做功 区别 改变内能 高温物体放出热量，内能减少；低温物体吸收热量，内能增加。 热传递的条件：温度差 外界对物体做功，物体内能增加 实质 内能的转移 其他形式能转化为内能 联系 热传递和做功在改变物体的内能上是等效的。 小结 注意：有资料显示把物体对外做功，物体内能减少，也归类为做功改变内能，且做功的实质是其他形式能与内能的相互转化。 物体对外做功我们在下节的学习中将会有更深入的了解。 1847 年，英国物理学家焦耳设计了如图10-2-6 所示的实验。图中的密闭容器内盛有适量的水，实验时，砝码缓慢下降，带动轮轴和转轴使翼轮搅动容器中的水，翼轮对水做功，使水温升高， 内能增加。 由于容器的导热性很差，所以容器中的水几乎不与外界发生热传递，水的内能增加完全来自砝码下降带动翼轮转动时重力所做的功。焦耳由砝码的质量和下落距离算出机械功，由水温变化算出内能的增加。焦耳发现，在实验误差许可的范围内，水的内能增加等于砝码重力所做的机械功。 图 10-2-6 焦耳的实验示意图 科学与人文 在热现象的本质被揭示之前，人们并不清楚热、功、能量之间的关系， 以至于热与功的单位都不一致。18世纪末，热现象与运动之间关系的发现为焦耳对热与功对应关系的实验研究开辟了道路。在 1840 年到1878 年近 40 年的时间内，焦耳不断改进实验，采用各种不同的方法、设备、 材料研究热和功的对应关系，焦耳甚至用鲸脑油代替水重复了上述实验并 得到相同的结果。焦耳的实验为能量转化与守恒定律的建立奠定了基础。 1 ．下列关于内能的说法中正确的是 ( ) A ．静止的物体没有内能 B ．所有分子动能和分子势能的总和称为物体的内能 C ．水结冰时温度不变，所以内能不变 D ．温度高的物体的内能一定较小 课堂练习 B 2 ．0℃的冰 （填“有”或“没有”） 内能。0℃的冰吸收热量后熔化成 0℃的水，其温度 （选填“不变” 、“升高”或“降低”） ，内能 （选填“不变” 、“增加”或“减少”）。 有 不变 增加 3 ．关于温度、热量和内能，下列说法正确的是 ( ) A ．物体的温度越高，含有的热量越多 B ．温度高的物体内能大，温度低的物体内能小 C ．物体吸收热量， 内能增加，温度不一定升高 D ．热量总是从内能多的物体转移到内能少的物体 C 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 4 ．仔细观察图中甲、乙两杯水。下列说法正确的是 ( ) B 5 ．下列实例中，通过做功来改变内能的是 ( ) A ．刚煮熟的鸡蛋放进冷水中，过一会儿鸡蛋就不再烫手 B ．炒菜时，倒进热锅中的食用油，温度升高 C ．铁丝反复不断地弯折时，温度升高 D ．把盒装牛奶放进热水里，牛奶温度升高 C 6 ．如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，迅速压下活塞，观察到硝化棉燃烧起来。在下压活塞的过程中，下列说法正确的是 ( ) A ．气体的内能转化为活塞的机械能 B ．筒内气体温度降低 C ．筒内气体的内能不变 D ．活塞对筒内气体做了功 D 课堂小结 1．关于温度、热量和内能的说法，正确的是 ( ) A ．温度高的物体， 内能一定大 B ．物体温度升高， 内能一定增加 C ．物体吸收了热量，温度一定升高 D ．物体温度升高，一定吸收了热量 布置作业 B A ．不断的向瓶内打气，使得瓶内的气压增大，温度升高，内能增大 B ．当瓶塞跳起来时，水蒸气对瓶塞做功， 内能减小，可以看到瓶内出现“白雾” C ． 白雾未消失时，如果马上盖上塞子，再次向瓶内打气，则会看到液化现象 D ．此实验能说明做功可以改变物体的内能 2．同学在瓶中加入少量水，做如图的实验，过程中下列说法不正确的是 ( ) C 3 ．某个物体内能为 b 焦，每个分子的平均动能为 a 焦，该物 体包含的分子个数为 n 个，则它的分子总势能 焦。 b-na 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING Lavf58.46.101 $$