内容正文:
第二节 内能
北师大版九年级全一册(2024)
第十章 机械能、内能及其转化
核心素养目标
1.物理观念
2.科学思维
识别扩散现象,并能用分子热运动的观点进行解释,物体内能与温度的关系;内能、温度与热量三者之间的关系
3.科学探究
通过探究、实验、观察找到改变内能的两种方法;并能用分子热运动的观点解释扩散现象。
通过实验探究,掌握影响动能和势能大小的因素
4.科学态度与责任
通过演示实验培养学生的观察能力,使学生通过实验理解做功和内能变化的关系。
了解分子动力学理论知识;理解物体的内能、热量的概念及单位;知道改变物体内能方式并能举出相对应实例。
3
教学重点
01
分子动力学理论知识;内能的概念和改变物体内能的方式。
教学难点
02
宏观的物理现象揭示了物质的微观结构;理解内能的概念;知道内能、温度与热量三者之间的关系。
教学重点难点
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导入新课
一
汽车在急刹车过程中车胎与地面发生剧烈摩擦动能减少,车胎表面温度急剧升高,甚至会出现冒烟的现象。物体摩擦生热是常见的现象,在摩擦生热的过程中,物体的内部会发生什么变化?
思考
导入新课
一
来自生活的疑问
导入新课
一
微风拂过,携带着阵阵花香,甜而不腻,令人心旷神怡。 花香是如何传播的呢?
思考
来自生活的疑问
探究新知
二
8
01
02
03
物质结构的微观模型
固体液体和气体的特征
物体的内能及其变化
探究任务
使用方法:
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知识回顾
1.物体由于 而具有的能叫动能。物体动能的大小与物体的 和 大小有关。
2.物体由于 具有的能叫重力势能。物体重力势能的大小与物体的 和 所处位置的 有关。
3.物体由于发生 而具有的能叫弹性势能。物体弹性势能的大小跟 的大小和形变物体的 有关。
运动
质量
运动速度
质量
高度
被举高
弹性形变
弹性形变
材料
物质结构的微观模型
一
物质的组成
1
常见物质是由分子或原子组成的
原子核
核外电子
原子
质子
中子
如果把分子看成小球,一般分子的直径大约只有10-10m,相当于一根头发丝直径的十万分之一。1cm3的水中含有约3x1022个水分子,一个水分子的质量约为3x10-26kg。最小的分子只有 10-27kg。
分子间存在间隙
物质结构的微观模型
一
形态各异的花粉,每一种花的花粉都不一样
显微镜下的粉笔颗粒,每一颗都像是精美的工艺品
物质的组成
1
在水面上的蚊子卵筏,这一个小小的卵筏就能孵出上百只让人讨厌的蚊子
在一片树叶上已经孵化的蝴蝶蛋,看起来就像是一堆放腌菜的缸
物质结构的微观模型
一
分子是静止的,还是运动的呢?
思考
物质的组成
1
物质结构的微观模型
一
上面的瓶中装有空气,下面的瓶中装有密度比空气大的二氧化氮气体。抽去中间的隔板后,空气与二氧化氮逐渐混合均匀。
不同的物质在互相接触时,自发地彼此进入对方的现象,叫做扩散。
气体扩散现象
2
固体间的扩散现象
物质结构的微观模型
一
液体扩散现象
3
将蓝色的浓硫酸铜溶液缓慢注入烧杯内水的底部,几天之后,两种液体混合均匀了。
物质结构的微观模型
一
固体间的扩散现象
4
铅板——
金板——
几年后
把铅板和金板放在一起并压紧。几年之后,金板上渗入了一些铅,铅板上渗入了一些金。
扩散现象等大量事实表明,一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。
物质结构的微观模型
一
分子的热运动
5
实验观察
物质结构的微观模型
一
在冷水和热水中同时各滴人一滴红墨水溶液,比较红墨水在两杯水中的扩散快慢,思考分子运动快慢与温度有什么关系。
构成物质的分子运动的快慢与什么因素有关?
思考
分子的热运动
5
解释现象:为什么刚炒的热菜比凉菜更容易闻到香味?
实验观察
物质结构的微观模型
一
分子的运动跟温度有关,温度越高,分子运动越剧烈。我们把分子无规则运动叫做分子的热运动。
分子的热运动
5
分子之间的作用力
6
物质结构的微观模型
一
实验观察
将两根铅柱的端面削平后相对,用力压紧。会看到两根铅柱连接在一起了,即使在铅柱下面悬吊一定的重物,它们也不会分开。
是什么力使得两块铅块结合在一起?
分子之间的作用力
6
物质结构的微观模型
一
实验观察
当分子被压缩时都会产生“抵抗”,分子间的距离减小,分子间的斥力增大,从而产生抵抗压缩的斥力;
当分子被拉伸时,分子间的距离增大,为了阻止这种形变,从而产生吸引力以抵抗拉伸。
物质结构的微观模型:常见的物质是由大量分子组成的,分子都在永不停息地做无规则运动,分子间同时存在着引力和斥力。
大量实验表明:
分子之间的作用力
6
物质结构的微观模型
一
1.当分子之间的距离减小时,引力和斥力同时增大,斥力增大得快,主要表示为斥力。(如压缩物体)
2.当分子之间的距离增大时,引力和斥力同时减小斥力减小得快,主要表示为引力。(如拉长物体)
3.当分子之间的距离很大时,分子间的相互作用力很小,可以忽略不计。(如气体)
固体、液体和气体的分子分布特点有何不同呢?
思考
固体、液体和气体的特征
二
固体中,分子彼此靠得很近,有规律地形成一定的结构,因而固体既有一定的形状,又有一定的体积。
盐分子结构模型
固体的特征
1
水分子结构模型
固体、液体和气体的特征
二
液体的特征
2
液体中,分子没有固定的位置,但只能在一定限度内运动因而液体没有确定的形状,具有流动性,但有一定的体积。
气体的特征
3
固体、液体和气体的特征
二
气体中,分子离得较远,它们之间除了在相互碰撞时,几乎没有相互作用力,分子能自由地向各个方向运动,因而气体没有确定的形状,具有流动性,也没有确定的体积。
丙烷分子的结构模型
二氧化碳分子的结构模型
固体、液体和气体的特征
二
固体、液体和气体的结构模型对比
分子间距决定了分子间的作用力,从而决定了固体、液体和气体的特征。
固体分子
像做操的队伍
液体分子
像跳舞的队伍
气体分子
像自由活动的队伍
知识归纳
1.物质是由分子构成的;
2.物质的分子在永不停息地做无规则运动;
3.分子间存在着引力和斥力。
1.下列实例中,不能用来说明“分子在不停地运动”的是( )
A.湿衣服在太阳下被晒干
B.炒菜时加点盐,菜就有咸味
C.扫地时灰尘飞扬
D.香水瓶盖打开后能闻到香味
C
课堂练习
2.今年5月1日起不准在公共场所吸烟,公共场所一般张贴了如图所示的标志,这主要是考虑到在空气不流通的房间里,整个房间里就会充满烟味,这是因为( )。
A.物质由分子组成
B.分子之间存在引力
C.分子之间存在斥力
D.分子都在不停地做无规则运动
课堂练习
D
3.用分子动力学理论解释下列现象,下列说法正确的是( )。
A.“尘土飞扬”说明分子在不停的做无规则运动
B.5mL水与5mL酒精混合后总体积小于10mL,说明分子间有间隙
C.将石块研磨成粉状,说明分子变小了
D.水结成冰后分子就停止了运动
课堂练习
B
水开了壶盖在跳动,推动壶盖运动的能量来自哪里呢?
观察思考
物体的内能及其变化
三
分子动能:分子由于热运动而具有的能叫作分子动能。
运动的台球具有动能
宏观和微观物体的能量对比
1
运动的分子具有分子动能
分子势能:分子之间由于存在相互作用力而具有的能叫作分子势能。
弹簧形变时产生相互作用力具有势能
宏观和微观物体的能量对比
1
分子之间有相互作用力具有分子势能
物体的内能及其变化
三
内能:物体内所有分子的分子动能与分子势能的总和叫作物体的内能(internal energy),单位是焦耳(J),简称焦。
内能的定义
2
物体的内能及其变化
三
一切物体在任何情况下都具有内能。
例:冰冷的冰块,温度虽然低,但是其中的水分子仍然在做热运动,所以也具有内能。
内能的大小跟哪些因素有关呢?
思考
机械能和内能的区别
3
物体的内能及其变化
三
机械能与整个物体的机械运动情况有关,内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关。
机械能 内能
定义
运动
与温度的关系
存在
物体内所有分子热运动
的动能和分子势能的总和
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能
分子的热运动(微观)
物体的机械运动(宏观)
有关
无关
不可为0
可为0
热量的定义
4
生活经验告诉我们,两个温度不同的物体互相接触时,低温物体从高温物体吸热,高温物体向低温物体放热。
热量:物体吸热或放热过程中所传递的能量,叫作热量(heat)。热量通常用符号Q表示,单位是焦耳(J),简称焦。
物体的内能及其变化
三
条件: 存在温度差
方向:
例如:煮鸡蛋、烧水、热水袋取暖。
高温物体
低温物体
传递给
物体的内能及其变化
三
影响内能大小的因素
5
1.质量相等的两杯热水和冷水谁的内能大?
温度越高
分子的无规则
运动就越剧烈
组成这个物体的所有分子的动能总和增加
结论:内能与物体的温度有关
2.温度相等质量不相等的两杯冷水谁的内能大?
质量较大的水所含分子总数更多,分子动能总和更大,因此内能更大。
3.温度和质量都相等水和冰的谁的内能大?
结论:内能与物体的状态有关
结论:内能与物体的质量有关
水的内能大,因为冰吸收热量之后变成水。
200g 200g
水 冰
200g 120g
水 水
在一个厚有机玻璃管中放一些火柴头,快速下压有机玻璃管上端的活塞,可以看到火柴头燃烧起来。表明管内空气温度已升高到火柴头的燃点。管内空气温度升高表明管内空气分子的运动变得剧烈了,气体的内能增加了。
物体的内能及其变化
三
实验观察
从实验可知:物体的内能是可以改变的。
那么改变物体的内能有哪些方式呢?
思考
影响内能大小的因素
5
酒精灯给水加热,水的温度升高,这是用 的方式改变水的内能;瓶塞被推出时,水蒸气对瓶塞做功,内能减小,温度降低,同时管口附近出现“白气”(水蒸气液化成了小水珠)。这个过程是水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能。
物体的内能及其变化
三
探究改变内能的方式
3
结论:热传递可以改变内能
热传递
在一个试管里装一些水,用橡胶塞塞住管口。用酒精灯对试管底部加热。
探究实验1
物体的内能及其变化
三
探究改变内能的方式
3
热传递的定义:热传递是指热量由高温物体传递到低温物体的过程。在这个过程中,热量会通过传导、对流和辐射等方式传递。
热传递改变内能的本质:内能从一个物体转移到另一个物体。
例如:
物体的内能及其变化
三
探究改变内能的方式
3
①给瓶内打气,在瓶塞未跳起前,瓶内气体的内能增大,这是通过________(选填“热传递”或“做功”)改变了瓶内气体的内能。
②当瓶塞跳起时,瓶内气体的内能化成了瓶塞的机械能,这是通过________(选填“热传递”或“做功”)改变了瓶内气体的内能。
做功
做功
结论:做功可以改变内能
广口瓶内有适量水,用打气筒向瓶内打气。
探究实验2
物体的内能及其变化
三
探究改变内能的方式
3
做功改变内能的本质:机械能与内能的相互转化。过程往往伴随着运动。
钻木取火
搓手取暖
滑梯发热
例如:
物体的内能及其变化
三
探究改变内能的方式
3
大量实验表明,做功和热传递是改变物体内能的两种方式。外界对物体做功,或者物体从外界吸收热量,物体的内能增加;反之,物体的内能减少。
热传递 做功
本质 能量的转移 能量的转化
条件 温度差 力的作用与位移
效果 高温物体降温,低温物体升温 机械能与内能相互转化
做功和热传递的区别
物体的内能及其变化
三
探究改变内能的方式
3
例题:一段粗铁丝,有什么办法使粗铁丝的温度升高?
1.用火焰加热
2.太阳晒
3.反复弯折
5.用手焐
4. 在地上摩擦
6.用开水烫
7.用锤子不断敲击
以上方法中各是通过哪一种方式改变内能的?
思考
热传递
做功
思考
汽车在急刹车过程中车胎表面温度急剧升高,甚至会出现冒烟的现象。物体的内能会发生什么变化?是用什么方式改变内能的?
物体的内能及其变化
三
交流讨论
4
当汽车急刹车时,轮胎与地面之间的摩擦由滚动摩擦转变为滑动摩擦。导致剧烈摩擦产生大量热量。此时汽车的动能通过摩擦力做功转化为内能,使轮胎表面温度急剧升高(可达数百摄氏度)。高温导致轮胎橡胶发生热分解(碳化),形成微小颗粒并燃烧,表现为冒烟现象。
物体的内能及其变化
三
交流讨论
4
视频中哪些地方用到
了什么方式改变内能?
思考
地源热泵工作原理示意图
地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。
拓展阅读
课堂小结
三
课堂小结
1.温度、内能与热量的区别
①热量是过程量,表示内能的转移或传递。当物体吸收热量时,其内能增加;反之,放出热量时,内能减少;温度、内能是状态量。
②单位区别:温度的单位是摄氏度(℃),
内能与热量的单位是焦耳(J),简称焦。
③表述区别:内能只能说“有”“具有”“改变”“增加”或“减少”
温度只能说“是”“降低”或“升高”
热量只能说“吸收”或“放出”
2.温度、内能与热量的关系图
吸收
热量
温度升高
内能增加
不一定(物态变化)
不一定(物态变化)
不一定(做功)
不一定
(做功)
不一定
(对外做功)
一定
课堂小结
练习巩固
四
1.(多选题)在下列选项中,物体内能的改变是通过做功实现的是( )
A.在炎热的夏天,在啤酒中放入一些冰块,啤酒变凉
C.行驶的汽车,轮胎会变热
B.太阳能热水器水箱中的水被晒热
D.划火柴,火柴燃烧
C D
练习巩固
2.将铁丝弯折十余次,弯折处的温度会升高,下列能量转化过程与此不同的是( )
A.给水加热
B.搓手取暖
C.压缩气体
D.钻木取火
A
练习巩固
3.关于物体的内能,下列说法正确的是( )。
A.晶体熔化时,吸热、温度不变,内能不变;
B.物体内能增加,一定要从外界吸收热量;
C.温度为0℃的物体没有内能;
D.在相同物态下,同一物体温度降低,它的内能会减少
D
练习巩固
4.下列有关温度、内能和热量的说法中,正确的是( )。
A.物体的温度不变,它的内能一定不变;
B.物体内能增加,它一定吸收了热量;
C.物体放出了热量,它的温度一定降低;
D.物体温度降低,它的内能一定减少
D
练习巩固
5.关于热量、温度、内能的关系,下列说法正确的是( )。
A.物体的温度越高,所含热量越多;
B.物体放出热量,温度可以不变,内能一定减小;
C.物体吸收了热量,温度一定升高,内能一定增加;
D.发生热传递时,热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体
B
练习巩固
6.下列事例用热传递改变物体内能的是( )
A.和平号空间站退役后坠入大气层与空气摩擦生热
B.冬天用热水袋取暖,人体感到暖和
C.冬天手冷时,两手相搓就暖和了
D.用锯子锯木头,锯条发热
B
练习巩固
7.对于发高烧病人,除了打针吃药,我们还有物理方法帮助降体温。发高烧的病人常用湿毛巾进行冷敷时,冷敷时 从病人的身体传给湿毛巾,导致病人的 降低, 减少;同时,湿毛巾的 升高, 增加。
温度
内能
热量
练习巩固
温度
内能
作业布置
五
布置作业
完成课本13页“自我检测”1-4题
谢谢观看
THANKS
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