内容正文:
第十四章 内能与热机
第一节 内能及其改变
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物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
预习清单
1.物体内所有分子无规则运动的______与__________的总和称为物体的内能。
2.内能的国际单位是________,符号用____表示。
3.分子无规则运动的剧烈程度与________有关,物体的温度越高,分子运动越剧烈,分子的动能越大。物理学中把分子的这种无规则运动又叫做________________。
动能
分子势能
焦耳
J
温度
分子的热运动
预习清单
4.改变内能有两种途径:________和________。
5.在热传递过程中,物体间________传递的多少称为热量。热量通常用字母______表示,常用单位是________,符号是______。
做功
热传递
内能
Q
焦耳
J
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
甲 乙 丙
导入新课
演示实验:在矿泉水瓶中放适量的水,盖紧盖子后,用力拧矿泉水瓶瓶身,稍稍松开瓶盖,让学生注意观察实验现象,并请学生思考为什么瓶内出现白雾,瓶塞喷射出去了呢?
任务一:物体的内能
1.内能的定义
问题1:我们知道运动的物体具有动能,那构成物质的分子具有动能吗?
运动的物体具有动能。构成物质的分子在永不停息地做无规则运动,所以构成物质的分子也具有动能。这种动能叫做分子动能。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务一:物体的内能
问题2:如图所示,我们知道拉长的弹簧具有弹性势能,那构成物质的分子之间具有势能吗?
因为分子之间存在着引力和斥力,并有空隙,所以分子也具有势能。这种势能叫做分子势能。
任务一:物体的内能
【学生活动】自主阅读教材找出内能的定义和单位。
我们把构成物体的所有分子无规则运动的分子动能与分子势能的总和,叫做物体的内能。内能的单位是焦耳,物理符号是J。
注意:内能不是一个分子或少数分子的能量,而是物体内部所有分子的总能量。各种形式能量的单位都是焦耳。
根据原来所学的知识,我们知道运动的足球具有动能。离开地面,具有重力势能;足球与身体接触时,还具有弹性势能。机械能是动能与势能的总和。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务一:物体的内能
问题3:请同学们想一想,飞在空中的足球,除了具有机械能,还具有什么能呢?
飞在空中的足球还具有内能。因为足球内部的所有分子都在不停地做无规则运动,所以具有分子动能,因为分子间存在着相互作用力,所以具有分子势能。
任务一:物体的内能
问题4:一辆静止在水平地面上的小汽车具有机械能吗? 具有内能吗?
因为静止,所以动能为零。因为车静止在水平地面上,所以重力势能为零。机械能是动能和势能的总和,所以机械能为零。因为汽车内部所有的分子都在不停地做无规则运动,所以小汽车具有内能。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务一:物体的内能
【学生活动】学生分小组讨论:炽热的铁水具有内能,冰冷的冰山具有内能吗?
构成物质的分子永不停息地做无规则运动,所以冰冷的冰山具有内能。
总结:机械能可以为零,内能不能为零。
问题5:在我们的生活中,还有哪些物体具有内能呢?
课桌、铅笔、橡皮、尺子、书本、滚烫的开水、水杯、烧水壶、蒸熟的米饭等都具有内能。
任务一:物体的内能
2.内能的影响因素
演示实验:取适量的墨水,分别滴入热水和冷水中,观察实验现象并思考实验现象说明内能的大小与什么有关。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务一:物体的内能
总结:
分子无规则运动的剧烈程度与温度有关,物体的温度越高,分子运动越剧烈,分子动能越大。物理学中把分子的这种无规则运动又叫做分子的热运动。如果体积变化不大,同一物体的温度越高,其内能越大;温度越低,其内能越小。
任务一:物体的内能
问题1:一滴80℃的水和一桶30℃的水,哪个内能更大呢?
一桶30℃的水具有的内能更大。
问题2:温度高的物体具有的内能一定大吗?
不一定。
总结:内能不仅和温度有关,还与物体的质量有关。
问题3:相同质量的0℃的水和0℃的冰的内能相同吗?
不相同,0℃的水具有的内能更大。
总结:内能与温度、质量和状态有关。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务二:改变内能的两种途径
1.做功改变物体的内能
问题1:到了冬天,我们的双手会感觉很冷,如何可以让双手暖和起来呢?
搓手、向双手“哈气”、捂热水袋等。
搓手能使双手温度升高,内能增加,这种改变内能的方式我们称为做功。
任务二:改变内能的两种途径
演示实验:请一位学生与教师一起完成演示实验。
在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放入一小团硝化棉,迅速向下压活塞。
总结:向下压活塞时,活塞压缩玻璃筒内的空气,对筒内空气做了功。硝化棉燃起来表明筒内空气的温度升高,达到了硝化棉的燃点,即筒内空气的内能增加了。实验说明做功改变物体的内能。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务二:改变内能的两种途径
问题2:在课堂开始时我们演示的实验看到瓶盖喷出,瓶内出现白雾是什么原因呢?
用力拧矿泉水瓶对瓶内气体做功,气体内能增大,温度升高,瓶内的水吸热汽化成为水蒸气;松开瓶盖看到瓶盖喷出去是因为气体膨胀对瓶盖做功,内能转化为机械能,所以瓶内气体内能减小,温度降低,水蒸气液化形成小水滴,所以在瓶内看到白雾。
任务二:改变内能的两种途径
问题3:
你能举出哪些生活中的例子是属于通过做功改变物体的内能的?
钻木取火,向下滑滑梯时屁股感觉热。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务二:改变内能的两种途径
2.热传递改变物体的内能
除了搓手能使我们的手变热,我们还可以通过捂热水袋的方法来使我们的手温度升高。当温度不同的物体互相接触时,低温物体温度升高,高温物体温度降低,我们把这个过程叫做热传递。热传递的方式可以改变物体的内能。
问题:你还能举出哪些生活中的例子是通过热传递改变物体内能的?
煎鸡蛋、烧水、加热食物、火锅等。
任务二:改变内能的两种途径
【学生活动】学生分组实验:利用桌子上的实验器材—— 一段较粗的软铁丝、一张砂纸、热水袋,使一段软铁丝的温度升高。
将一根铁丝快速反复弯折数十次,使铁丝的温度升高;铁丝放在热水袋上,使铁丝的温度升高;用砂纸反复地去摩擦铁丝,使铁丝的温度升高。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务三:热量
1.热量
在热传递过程中,物体间传递内能的多少称为热量。热量的符号是Q。热量的单位是焦耳,符号是J。
问题1:热水袋能一直给我们的双手传递热量吗?
不能,当热水袋中的水温变得比我们的手的温度低了之后就不能继续提供热量了。
任务三:热量
总结:
热传递产生的条件是温度差。高温物体放出热量,温度降低,内能减少;低温物体吸收热量,温度升高,内能增加。因此热传递的实质就是内能从高温物体向低温物体转移,转移过程中能量的形式不变。热传递过程传递的是能量,而不是温度。热量是过程量,我们只能说“吸收”或“放出”,不能说“含有”“具有”。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务三:热量
问题2:
物体的温度越高含有的热量越多,请学生分析这句话的正误。
热量是过程量,是在热传递的过程中产生的,不能说某个物体“含有”“具有”热量。
任务三:热量
2.热量和内能的关系
学生活动1:小组讨论,分析热量、温度和内能的关系。
总结:物体吸收热量,内能增大,温度不一定升高,比如晶体熔化的过程中,不断吸收热量,但温度不变。物体放出热量,内能一定减小,温度不一定降低。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
任务三:热量
学生活动2:小组讨论,热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体,这句话对吗? 请同学们说明判断的理由。
内能大不代表物体的温度一定高。1桶30℃的水的内能比1滴80℃的水具有的内能大,但热量总是从高温物体传递给低温物体,所以热量不能从30℃的水传递给80℃的水。因此热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体说法是错误的。
任务三:热量
问题:请学生分析内能增长一定是吸收了热量,这种说法是否正确。
不正确。改变内能的途径有两种——热传递和做功,所以内能增长可能是吸收了热量,也可能是对物体做了功。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
核心总结
1.内能
(1)概念:物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和。
(2)影响内能的主要因素:物体的温度、质量和状态等。
(3)分子的热运动:物理学中把分子的无规则运动称为分子的热运动。分子无规则运动的速度与温度相关,物体的温度越高,分子无规则运动的速率就越快,导致分子动能越大,内能越大;物体的温度越低,分子无规则运动的速率就越慢,导致分子动能越小,内能越小。
核心总结
(4)内能与机械能的区别与联系:
①物体的内能的多少与物体的温度、质量和状态相关;而机械能与物体的质量、速度、高度、形变相关。它们是两种不同形式的能。
②一切物体在任何时候都具有内能,但有些物体能够说没有机械能,比如静止在地面上的物体。
③内能和机械能能够通过做功相互转化。
④内能的单位与机械能的单位是一样的,国际单位制都是焦耳,简称“焦”,用符号J表示。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
核心总结
2.改变物体内能的两种途径是做功和热传递。
3.热量
(1)概念:在热传递过程中,物体间内能传递的多少。
(2)热量的物理符号为Q,单位为焦耳,符号为J。
(3)热传递的条件:温度差。
核心总结
(4)热传递的实质:能量从高温物体向低温物体转移,这是能量转移的一种方式。
(5)热量反映了热传递过程中,内能转移的多少,是一个过程量。所以在热量前面只能用“放出”或“吸收”,绝对不能说某物体含有、具有多少热量,也不能说某物体的热量是多少。热传递转移的是能量,不是温度。
(6)物体吸收热量,物体内能增加;物体放出热量,物体的内能减少。
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
课堂评价
1.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,所含热量越多
B.温度高的物体,内能不一定大
C.0℃的冰块,内能一定为零
D.任意两个物体间都会发生热传递
B
课堂评价
2.下列事例中,仅用热传递的方式改变物体内能的是
( )
A.阳光照射下,太阳能热水器内的水温度升高
B.用锤子敲打钢板,锤子和钢板会变热
C.冬天双手互相摩擦,手会发热
D.用打气筒给自行车胎打气,筒壁会发热
A
物理竞赛的解题策略,物理知识的科普传播,特别是凸透镜成像规律。将物理知识编成记忆口诀。注意区分相似概念的区别。学习物理要敢于质疑和验证。建立物理量之间的关联,良好的数理基础是必备条件。记录实验现象并分析原因,通过测量实践掌握仪器使用,如杠杆平衡条件的应用。物理思维的培养需要长期积累。理解本质比记忆公式更重要。建立错题本分析常见错误,观看科普视频拓展视野,物理学习要注重过程而非结果。
课堂评价
3.如图所示,向瓶内打气,当瓶塞跳起时会看到瓶内出现“白气”。打气时,瓶内气体的内能______(选填“增大”、“减小”或“不变”);瓶塞跳起时,瓶内气体内能是通过_______(选填“做功”或“热传递”)改变的。
增大
做功
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