第5节 物体的内能（第1课时）（培优教学课件）科学浙教版九年级上册

第三章 能量的转化与守恒 九年级上册•浙教版 第5节 物体的内能（第1课时） 装有水的烧杯放在点燃的酒精灯上，烧杯中的水会被加热，这时水具有的能量——内能增加了。那么，内能究竟是怎样的一种能量呢？如何改变物体的内能？ 导入新课 1、滚摆在没有空气摩擦阻力的理想状况下运动，机械能如何转化? 2、在有空气摩擦阻力情况（现实情况下）下的机械能如何转化? 研究滚摆的运动 动能和势能的相互转化，机械能守恒。 机械能转化为内能，机械能减小。 内能究竟是怎样的一种能量呢？如何改变物体的内能？ 导入新课 想一想 汽油、煤、天然气等燃烧放热，以及物体摩擦发热，释放的都是一种与热运动有关的能量，这种一种什么能量？ 运动着的汽车具有动能，这个能量来自哪里？ 汽车的能量来自发动机中汽油燃烧所释放的能量。 导入新课 【视频欣赏】 水壶盖动起来具有什么能？ 水壶盖的动能从哪里来的呢？ 动能 水蒸气给的 导入新课 瓶塞飞出去具有什么能？ 瓶塞的动能从哪里来的呢？ 动能 水蒸气给的 【视频欣赏】 学习目标 1. 知道热量和内能的区别 2. 知道内能的概念和影响因素 3. 知道改变内能的方法及事例 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 物体的内能 重点难点 重点 1. 能通过宏观现象推测物质的分子都在不停地做热运动。 2. 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。 3. 知道热传递和做功可以使物体内能增加或减少的一些实例。 难点 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 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 物体的内能 一、内能 第5节 物体的内能 一、内能 1. 分子具有动能与势能 （1）分子动能 结论：运动的分子也具有动能，叫作分子动能。 分子在做热运动，所以也具有动能 运动的子弹 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。 ②分子间既相互吸引又相互排斥，所以分子间具有势能，叫作分子势能。 压缩的弹簧 拉伸的弹簧 结论：分子间也具有势能，叫作分子势能。 一、内能 2. 内能 （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，叫做物体的内能。 （2）内能的单位是焦（J）。 （3）飞在空中的足球，具有重力势能；足球在空中飞行，还具有动能。空中运动的足球除了整体具有机械能外，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，不论温度高低，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）内能大小与温度的关系 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 视频讲解——内能大小与温度关系 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？ 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。 所以在温度相同、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 一块0 ℃的冰熔化成0 ℃的水时内能是否改变? 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。 可见物体的内能跟物体的状态（体积）有关。 总结：内能的影响因素有 质量、温度、物态、体积、种类。 一、内能 4. 内能与机械能的区别 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 一、内能 视频讲解——《影响内能大小的因素》 一、内能 同一物体，温度升高，内能增大；温度不变，内能不变吗？ 温度不变，内能不一定不变。 晶体熔化和液体沸腾时，吸收热量，温度不变；增大了分子势能，增大了内能。 思考与讨论 熔化 沸腾 二、物体内能的改变 第5节 物体的内能 二、物体内能的改变 冬天双手感觉很冷，如何让双手暖和起来？ 二、物体内能的改变 1. 热量 热水把内能传递给人，人们获得了内能，而热水减少了内能。 在热传递过程中，传递能量的多少叫热量，单位是焦。 高温物体的热量 低温物体 传递 内能减少 内能增加 热量 温度降低 温度升高 二、物体内能的改变 2. 热传递改变物体的内能 ①热传递改变物体内能的实质：能量的转移。 ②发生热传递时，低温物体吸收热量，内能增加；高温物体放出热量，内能减少。 ③热传递的过程：实质是内能转移的过程。内能从高温物体向低温物体转移。（注意不是传递温度） ④热传递的条件：a.有温差（注意不是内能差）； b.相互接触。 二、物体内能的改变 热传递的方向：从高温部位传给低温部位。 视频欣赏——热传递的方向 二、物体内能的改变 热传递的三种方式 热传导：热传导是物体之间直接接触，内能由高温处传递到低温处的过程。不同材料的导热能力是不同的，比如金属通常很善于热传导，而木块、空气、水都不善于热传导。 热对流：热对流是物体之间以流体为介质，利用流体的热胀冷缩和可以流动的特性，传递内能的过程。 热辐射：热辐射是物体之间利用放射和吸收彼此的红外线。热辐射不依赖任何外界条件而进行，是在真空中最为有效的传热方式。‌ 金属汤勺放在热汤中，因为热传导，温度升高 在取暖器旁的物体靠热辐射传热 加热的水上升，冷水下降，形成对流传热。 二、物体内能的改变 生活中利用热传递改变内能的实例 对手呵气 烧开水 凸透镜点燃木柴 二、物体内能的改变 3. 做功改变物体的内能 想一想：除了热传递外，还有什么途径可以改变物体的内能？ 实例分析：人从滑梯下滑时屁股有点发烫。 说明摩擦可以产生热，这部分内能是哪里来的呢？很明显这部分内能并不是热传递得到的。原来，人下滑时要克服摩擦力做功，把一部分机械能转化为了内能。 可见，做功也可以改变物体的内能。 二、物体内能的改变 钻木取火：通过做功的方式，将机械能转化为内能。 视频欣赏——钻木取火 二、物体内能的改变 迅速向下压活塞，硝化棉为什么燃烧起来了？ 思考一下 活塞压缩空气做功 达到硝化棉的燃点燃烧。 空气内能增大，温度升高 视频欣赏——压缩气体 二、物体内能的改变 打气时，对筒内气体做功，机械能转化为内能。 筒内气体内能增加，温度升高，筒内被压缩的高温气体向低温筒壁传热，导致筒壁的一端会明显发热。 打气时，筒壁发热 二、物体内能的改变 向瓶内打气，瓶塞跳起，瓶内出现白气。为什么会出现这样的现象？ 视频欣赏——瓶内打气 二、物体内能的改变 操作: 向瓶内打气 瓶内气体推动瓶塞做功 内能转化为机械能 瓶内气体内能减少 瓶内气体温度降低 水蒸气液化为小水滴 现象:瓶塞跳起,瓶内出现“白气” 气体膨胀对外界做功,气体内能减少。 解释 二、物体内能的改变 “白气”出现后,立即塞上瓶塞,继续打气。 瓶内白气消失，为什么会发生这种现象？ 视频欣赏 二、物体内能的改变 操作: 继续向瓶内打气 (机械能)转化为(内能) 瓶内气体(内能增加) 小水滴汽化为(水蒸气) 分析 现象:瓶内“白气”消失。 解释 二、物体内能的改变 装着开水的暖水瓶，有时瓶塞会跳起来。 瓶内水蒸气推动瓶塞做功,水蒸气内能转化为瓶塞的机械能,瓶塞跳起。 二、物体内能的改变 对比“压缩气体做功 ”与“水蒸气膨胀做功”两个实验 外界对物体做功 物体的内能增大 温度升高 空气内能 增大 压缩空气 物体对外做功 物体内能减小 水蒸气 温度降低 水蒸气 做功 给瓶内 打气 结论：外界对物体做功，物体的内能增加，温度升高；物体对外界做功，物体的内能减少，温度降低. ①压缩气体做功 ②水蒸气 膨胀做功 二、物体内能的改变 生活中利用做功改变内能的现象 汽车急刹车，轮胎克服地面摩擦做功，内能增加，温度升高，轮胎表面冒出烟雾。 对手呵气 火柴与打磨涂层摩擦做功，内能增加，温度升高，火柴点燃。 飞船返回舱穿越大气层时，克服空气阻力做功，内能增加，温度太高，表面燃烧。 二、物体内能的改变 视频欣赏——做功改变内能 二、物体内能的改变 ４. 总结：改变物体内能的两种方法 做功 热传递 改变物体内能的实质是能量的转移 改变物体内能的实质是机械能与内能能量的转化 改变物体内能的途径是做功和热传递 两种方式的结果是等效的 二、物体内能的改变 思考与讨论 1．人从滑梯下滑时，臀部有什么感觉？ 2．火的使用使人类迈出了文明的第一步。在远古时代，“ 钻木取火 ”是人类常用的一种取火方法，如图 3-65 所示。钻木为什么能获得火呢？ 钻木取火 热的或烫的感觉。 木头克服钻头摩擦做功，内能增加，温度升高； 从滑梯下滑 做功可以改变物体内能。 温度达到木屑的着火点，木屑燃烧。 摩擦生热。 这两种现象蕴含共同的科学道理是什么？ 二、物体内能的改变 有一只瓶子，里面装着一些铁屑，可以用什么方法使铁屑的内能增加？如果你没有看到内能改变的过程，单凭铁屑温度的升高，你能说出究竟采用了什么方法吗？ 做功和热传递对改变物体的内能是等效的。 无法根据结果来判断内能是通过哪种方法改变的。 不断振荡，对铁屑做功，铁屑的内能增加； 通过加热，铁屑吸热，使铁屑的内能增加。 思考与讨论 三、温度、热量与内能 第5节 物体的内能 三、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。 三、温度、热量与内能 （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（物体吸收或放出的能量的多少）。 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、温度、热量与内能 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，不一定要吸收或放出热量。 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。 2. 温度与热量 不一定 不一定 温度（升高） (吸收)温度 三、温度、热量与内能 ①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。 3. 温度与内能 不一定 一定 温度（升高） 内能（升高） 三、温度、热量与内能 ①物体吸热或放热，内能一定变化。 物体吸收热量，内能增加。物体放出热量，内能减少。 ②物体内能改变，不一定是由于物体吸收或放出热量。 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。 4. 热量与内能 不一定 不一定 (吸收)热量 内能（升高） 三、温度、热量与内能 5. 温度、热量与内能 温 度 热 量 内 能 定义 表达 单位 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） 三、温度、热量与内能 视频讲解——《温度、热量与内能辨析》 四、课堂总结 第5节 物体的内能 四、课堂总结 ①物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和， 叫物体的内能；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 热传递和做功改变物体的内能是等效的。 热传递 实质：内能的转移。 内能改变的量度：热量。 做 功 实质：内能与其它能的转化。 内能改变的量度：功的多少。 改变内能的 两种方法 内 能 五、练习与应用 第5节 物体的内能 五、练习与应用 1、刘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。‌ 五、练习与应用 2、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 3、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 1.0℃的冰块内能为零 2.温度相同的物体内能一定相等 3.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 4.发生热传递时,温度总是从高温物体传递给低温物体 5.60℃的水一定比30℃的水含有的热量多 6.物体的温度升高,一定是吸收了热量 7.鸡汤沸腾过程中,吸收热量,温度不变,内能不变 8.0℃的冰熔化成0℃的水,内能不变 9.物体吸热,内能一定增加 × × × × × × × × × （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） 4、判断正误 六、提升训练 第5节 物体的内能 六、提升训练 1、关于温度、热量、内能，下列说法正确的是（ ） A.0℃的冰没有内能 B.冰熔化时虽然温度保持不变，但它的内能增加 C.物体的温度越高，所含的热量越多 D.只要物体的温度不变，物体的内能就一定不变 B 【解析】A.自然界中，一切物体在任何温度下都有内能，故A错误; B.冰熔化时，要吸收热量，它的内能增加，但是温度不变，故B正确; C.热量是过程量，只是在热传递过程中，不能说物体含有热量，故C错误; D.冰熔化时，温度保持不变，但要持续吸收热量，所以它的内能增加，所以物体的温度不变，物体的内能也会变，故D错误。故选B。 六、提升训练 2、下列改变内能的方式与其他三种不同的是（ ） A.钻木取火 B.锅被烧热 C.锅盖被顶开 D.搓手取暖 B 【解析】钻木取火、锅盖被顶开、搓手取暖都是通过做功改变内能，锅被烧热是通过热传递改变内能，故B符合题意ACD不符合题意。故选B。 六、提升训练 3、如图烧瓶内盛少量水，并滴入几滴酒精，用打气筒给瓶内打气，可看到瓶塞跳起，瓶口出现白零。下列说法正确的是（ ） A.给瓶内打气时，瓶内气体内能减少 B.给瓶内打气时，外界对瓶内气体做功 C.瓶塞跳起时，瓶内气体内能增加 D.瓶塞跳起时，在瓶口看到白雾是因为气体温度升高 B 【解析】AB.用气筒向装有少量水的瓶里打气，瓶内气压增大，是外界对瓶内空气做功，瓶内气体内能增大，故A错误，B正确; CD.瓶塞跳起时，瓶内气体对瓶塞做功，使气体自身的内能减少，温度降低，内能转化为机械能，在瓶口看到白雾是因为气体温度降低，水蒸气液化形成小水滴，故CD错误。故选B。 六、提升训练 4、下列关于内能和机械能的说法，正确的是（ ） A.一个物体可能只有机械能，但没有内能 B.一个物体可能只有内能，但没有机械能 C.一个小球运动的速度越快，它的内能越大 D.－20℃的冰不具有内能 B 六、提升训练 5、质量相同的0℃的冰、0℃的水、0℃的水蒸气中，它们的内能（　　） A．一样大 B．冰的内能最大，水蒸气的内能最小 C．水的内能最大，冰的内能最小 D．水蒸气的内能最大，冰的内能最小 D 六、提升训练 6、如图为一种自热火锅的构件图。该自热火锅的发热包内有铁粉、铝粉、炭 粉、生石灰等物质，将发热包放到水中，会放出大量的热。有关该自热火锅 的说法不正确的是（　C　） A. 生石灰与水反应会放出大量的热是化学能转化为内能 B. 设计出气孔的目的是避免使用时盒内气压过高 C. 加热时，温度从发热包传递给食物 D. 食物被加热时，温度升高，内能增大 C 六、提升训练 7、科学课上老师演示了“跳舞的瓶盖”实验（如图所示）。操作过程 如下：取一个空水瓶，将其瓶盖倒置蘸水后放于瓶口，双手快速摩擦后 捂住瓶身，瓶盖跳起。请运用所学知识解释瓶盖跳起的原因。 六、提升训练 答：将瓶盖倒置蘸水后放于瓶口起到密封作用。双手快速摩擦，克服摩 擦力做功（机械能转化为内能），手的内能增大，温度升高。手捂住瓶 身后与水瓶发生热传递，水瓶及瓶内气体内能增加，温度升高。瓶内气 体受热膨胀（气压增大），气体对瓶盖做功（气体的内能转化为瓶盖的 机械能），瓶盖跳起。 六、提升训练 8、火的使用推动了人类文明的进步。随着科技的发展，生活中的点火方式越来越便捷多样，但火柴（如图甲）仍是实验室常用的点火工具。火柴引燃过程：划动火柴→擦火皮（含微量易燃物）产生火星→引发火柴头燃烧。图乙是小丽设计的三种引燃火柴的方式，若F1＝F2＞F3，且B、C的火柴棒与擦火皮夹角相同，则哪种方式最容易将火柴引燃？请用所学知识解释。 六、提升训练 答：方式B更容易将火柴引燃。火柴头与擦火皮之间的压力越大，产生 的摩擦力越大；火柴划动过程中，克服摩擦力做功越多，机械能转化为 内能越多；内能增大，温度升高；温度达到擦火皮上易燃物的着火点， 产生火星；放出的热量传递到火柴头，引发火柴头燃烧。方式B中，火 柴头与擦火皮之间的压力最大，最容易将火柴引燃 六、提升训练 9、如图所示的一只瓶子，内装一些铁屑。我们既可以通过振荡，也可 以通过加热的方式使铁屑的温度升高，内能增大。从改变物体内能的方 法来看，前者是通过 　做功　的方法，后者是通过 　热传递　的方法来 增大铁屑的内能的。如果你没有看到内能改变的过程，那么仅凭铁屑温 度的改变，能否确定采用了什么方法改变了铁屑的内能？ 　不能　（填 “能”或“不能”），这是因为 　两者效果相同　。 做功　 热传递　 不能　 两者效果相同　 六、提升训练 10、把两滴墨水分别同时滴入盛有冷水和热水的两个玻璃杯中，实验过程及现象如图所示，分析可知，物体的温度越高，分子的无规则运动越 　剧烈　。若将冷水倒掉一些，则对比原来这杯冷水，杯中剩余冷水的内能 　减小　。 剧烈　 减小　 六、提升训练 11、如图所示为某物质由液态变为固态的过程中，温度随时间变化的图 像。由图可知：t3时物体的内能 　不等于　（填“等于”或“不等 于”）零，t1时物体的内能 　大于　（填“大于”“小于”或“等 于”）t2时物体的内能。 不等于　 大于　 六、提升训练 12、如图甲所示为探究“做功改变物体内能”的装置，该装置由圆底烧 瓶、温度传感器、橡皮塞、气筒等组成。向圆底烧瓶内注入适量酒精， 使用气筒向烧瓶内打气，根据数据采集器处理得到如图乙所示温度随时 间变化的图像。 六、提升训练 （1） 描述气筒打气5s后出现的实验现象： 　橡皮塞弹出，瓶口冒白 雾，数据采集器显示温度下降　。 （2） 有同学认为，图乙中BC段对应发生情况与热机中做功冲程相似，请写出相似处： 　均为气体对外做功，内能转化为机械能　。 （3） 在用本装置进行实验时能否去掉瓶内的酒精？请判断并说明理 由： 　能，通过温度传感器的温度变化可反映内能改变情况　。 橡皮塞弹出，瓶口冒白 雾，数据采集器显示温度下降　 均为气体对外做功，内能转化为机械能　 能，通过温度传感器的温度变化可反映内能改变情况　 六、提升训练 13、如图甲所示，该实验装置在操作中存在用较大的力但不易压到底、 乙醚棉花不易燃烧等缺点。现有人将此装置改进成如图乙装置：用一根 可以绕O点转动的硬棒OA压在活塞上，筒内的棉花改用着火点更低的火 柴盒侧面的摩擦粉及火柴头碎屑。改进后的实验只需要用较小的力快速 作用于A点压下活塞，就更容易观察到燃烧现象。请你结合所学知识对 改进后装置更易观察到燃烧现象的原因加以解释。 六、提升训练 答：改进装置后，硬棒可以绕O点转动，看作杠杆，动力臂大于阻力 臂，是一个省力杠杆，用较小的力带动活塞压缩玻璃筒内空气做功，机 械能转化为筒内空气的内能，使其气体的内能增加，温度升高；用着火 点更低的火柴盒侧面的摩擦粉及火柴头碎屑取代棉花，使燃烧更易发生 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.45.100 $$