第一节 物体的内能（教学设计）物理沪科版选择性必修第三册

第1节 物体的内能（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第一节 物体的内能 教学 目标 物理观念 1. 理解内能的定义，明确内能是物体内所有分子热运动动能与分子势能的总和，知道一切物体在任何情况下都具有内能。 2. 掌握温度、体积、物质的量是决定物体内能大小的关键因素，建立内能与分子动理论的关联。 3. 区分做功与热传递两种改变内能的方式，理解二者在改变内能上的等效性。 科学思维 1. 能从微观角度分析分子动能、分子势能与内能的关系，建立宏观内能与微观分子运动的联系。 2. 能通过实例辨析做功与热传递，培养对比分析、逻辑推理的物理思维。 3. 结合柴油机工作过程，理解内能与机械能的相互转化，提升能量转化的思维能力。 科学探究 1. 通过温差发电、弯折铁丝等简易实验，观察内能的转化与改变，提升实验观察与现象分析能力。 2. 经历 “现象 — 分析 — 总结” 的探究过程，归纳内能的决定因素与改变方式。 3. 能运用内能知识解释蒸汽机、柴油机、摩擦生热等生活与生产中的实际问题。 科学态度 与责任 1. 通过热质说与热动说的科学史，感受科学探究的严谨性，培养实事求是的科学态度。 2. 了解内能在工业革命、能源利用中的应用，体会物理与生产生活的紧密联系，激发科学探究热情。 教学重难点 教学重点： 1. 内能的定义、构成、决定因素。 2. 改变物体内能的两种方式：做功和热传递，理解二者的本质与等效性。 3. 运用内能知识解释常见现象、解决基础辨析题。 教学难点： 1. 微观角度理解分子势能与体积的关系、分子动能与温度的关系。 2. 区分内能与宏观机械能，明确内能是微观能量。 3. 准确判断做功与热传递，理解二者改变内能的等效性与本质区别。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【情境导入】 从工业革命到身边的内能奇迹 历史情境： 展示瓦特改良蒸汽机图片，讲解蒸汽机将蒸汽内能转化为机械能，开启工业革命，引出内能的应用价值。 实验演示： 展示温差发电实验装置，在温差发电片两侧分别放置冷水、热水，观察小风扇转动。 提出问题 风扇转动的能量来自哪里？ 这种储存在物体内部的能量是什么？ 这种能量如何被改变和利用？ 导入新课： 这种储存在物质内部、由分子热运动与分子相互作用决定的能量，就是本节课要学习的物体的内能。 学生讨论： 观察蒸汽机、温差发电实验现象，描述能量转化过程。 思考讨论：风扇转动的能量来源是什么？这种能量有什么特点？ 举例说出生活中利用内能的实例，分享个人体验。 新课讲授 1. 内能的微观本质与定义 · 分子动能：分子做无规则热运动具有的动能，温度是分子平均动能的唯一量度，温度越高，分子平均动能越大。 · 分子势能：由分子间相对位置决定的相互作用能，与物体体积密切相关，分子间距变化会引起分子势能改变。 · 内能定义：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，用符号U表示。 · 内能的特点 · 普遍性：任何物体在任何情况下都具有内能（分子永不停息做热运动）。 · 状态性：内能是状态函数，由温度、体积、物质的量等状态决定。 2.物体内能的决定因素 1. 温度：影响分子热运动的平均动能，温度越高，分子动能越大。 2. 体积：影响分子间距离，进而改变分子势能。 3. 物质的量：决定分子总数，分子数量越多，内能越大。 4. 易错提醒：温度相同的物体，内能不一定相同，还与质量、体积、物质种类有关。 3.改变物体内能的两种方式 （1）热传递 · 定义：因温度差引起的内能转移过程。 · 本质：内能的转移（能量形式不变，从高温物体转移到低温物体）。 · 实例：火炉取暖、热水融冰、晒太阳、烧水。 （2）做功 · 定义：通过摩擦、压缩、弯折等机械作用改变内能。 · 本质：能量的转化（如机械能转化为内能）。 · 实例：双手摩擦生热、弯折铁丝发热、压缩空气引火、钻木取火。 （3）等效性 做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的，例如使铁丝升温，既可以加热（热传递），也可以反复弯折（做功）。 4.内能的应用与科学史 · 柴油机工作原理 · 压缩冲程：外界对气体做功，气体内能增加，温度升高。 · 做功冲程：燃气膨胀对外做功，内能转化为机械能。 · 科学史：热动说的胜利 · 争论：热质说（热是物质） vs 热动说（热是运动）。 · 实证：伦福德炮镗钻孔实验驳斥热质说；焦耳测定热功当量，确立能量守恒。 学生讨论  结合分子动理论，讨论分子动能与温度的关系。  观察分子势能随分子间距变化的图像，分析体积对分子势能的影响。  归纳总结：内能的定义、符号及两大特点。  小组交流：温度相同的物体，内能一定相同吗？说明理由。 学生讨论：  动手体验：弯折铁丝、双手摩擦，感受做功改变内能。  举例辨析：判断烧水、晒太阳、烤火等现象的能量改变方式。  对比总结：做功与热传递的本质区别及等效性。  完成课堂即时辨析题，同桌互查互评。 学生讨论：  分析柴油机压缩、做功冲程中的能量转化。  阅读热质说与热动说史料，讨论伦福德、焦耳实验的意义。  用内能知识解释生活中的内能转化现象。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 第 1 题 关于物体的内能，下列说法正确的是（） A. 温度为 0℃的物体没有内能 B. 内能增加一定是从外界吸收了热量 C. 温度越高，分子热运动越剧烈，内能越大 D. 热量总是从内能大的物体向内能小的传递 答案：C 解析： A 错误，一切物体在任何温度下都有内能，0℃的物体分子仍在做热运动。 B 错误，改变内能有做功和热传递两种方式，内能增加可能是外界对物体做功。 C 正确，同一物体温度越高，分子平均动能越大，内能越大。 D 错误，热量传递由温度差决定，从高温物体传向低温物体，与内能大小无关。 第 2 题 质量相同的 0℃的水和 0℃的冰，比较它们的内能（） A. 水的内能大 B. 冰的内能大 C. 内能一样大 D. 无法判断 答案：A 解析： 两者温度相同，分子平均动能相同；质量相同，分子总数相同。冰熔化成水需要吸收热量，这部分热量用于增加分子势能，因此水的分子势能更大，内能更大。 第 3 题 下列现象中，通过做功改变物体内能的是（） A. 冬天晒太阳感到暖和 B. 用煤气灶烧水 C. 将铁丝反复弯折，弯折处发热 D. 在炉火上烤火 答案：C 解析： A、B、D 都是通过热传递改变内能，属于内能的转移。 C 弯折铁丝是机械能转化为内能，属于做功改变内能。 第 4 题 在装有冰水混合物的烧杯中放入干冰，一段时间后烧杯中冰变多，下列说法正确的是（） A. 烧杯内冰和水的总内能增加 B. 试管内干冰升华吸热，使烧杯内温度降低 C. 烧杯内水的内能转化为冰的内能 D. 烧杯内水分子的平均动能增大 答案：B 解析： 干冰升华吸热，使冰水混合物放热，水凝固成冰，冰量增加。 A 错误，系统放热，总内能减少。 C 错误，属于热传递，不是能量转化。 D 错误，温度不变，分子平均动能不变。 第 5 题 四冲程柴油机中，使汽缸内气体内能减小的冲程是（） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 答案：C 解析： 压缩冲程：外界对气体做功，内能增加。 做功冲程：气体对外做功，内能转化为机械能，内能减小。 吸气、排气冲程内能基本不变。 第 6 题 一定质量的理想气体，温度不变时被挤压体积变小，气体内能变化为（） A. 内能增加 B. 内能减少 C. 内能不变 D. 无法判断 答案：C 解析： 理想气体内能只由温度决定，温度不变，分子平均动能不变，内能不变。外界做功的同时气体放热，总内能保持恒定。 第 7 题 下列关于分子动能的说法正确的是（） A. 物体温度升高，每个分子的动能都增大 B. 温度是分子平均动能的唯一量度 C. 温度相同的不同物质，分子平均动能不同 D. 分子动能只与物体运动速度有关 答案：B 解析： A 错误，温度升高是分子平均动能增大，不是每个分子动能都增大。 B 正确，温度是分子平均动能的唯一量度。 C 错误，温度相同，任何物质分子平均动能相同。 D 错误，分子动能是微观热运动动能，与宏观速度无关。 第 8 题 分子势能与下列哪个宏观物理量直接相关（） A. 温度 B. 体积 C. 质量 D. 密度 答案：B 解析： 分子势能由分子间相对位置决定，宏观上与物体体积直接相关。 第 9 题 下列说法正确的是（） A. 物体的机械能越大，内能一定越大 B. 内能是物体内所有分子动能和势能的总和 C. 内能与物体运动速度、高度有关 D. 温度高的物体内能一定大 答案：B 解析： A 错误，机械能与内能是不同形式能量，无必然联系。 B 正确，符合内能定义。 C 错误，内能是微观能量，与宏观机械运动无关。 D 错误，内能还与质量、体积、物质种类有关。 第 10 题 下列过程属于热传递改变内能的是（） A. 钻木取火 B. 搓手取暖 C. 热水袋暖手 D. 压缩空气引火 答案：C 解析： A、B、D 都是做功改变内能。 C 热水袋暖手是温度差引起的内能转移，属于热传递。 第 11 题 关于做功和热传递，下列说法正确的是（） A. 做功和热传递在改变内能上是等效的 B. 做功是内能的转移，热传递是能量的转化 C. 只有做功才能改变物体内能 D. 只有热传递才能改变物体内能 答案：A 解析： A 正确，做功和热传递效果等效。 B 错误，做功是能量转化，热传递是内能转移。 C、D 错误，两者都能改变内能。 第 12 题 同一物体，下列情况内能最大的是（） A. 10℃的固态 B. 10℃的液态 C. 50℃的液态 D. 50℃的气态 答案：D 解析： 同一物体，温度越高、分子势能越大，内能越大。50℃高于 10℃，气态分子势能大于液态，因此 D 内能最大。 第 13 题 下列说法错误的是（） A. 一切物体都具有内能 B. 内能是状态函数 C. 物体温度不变，内能一定不变 D. 物体体积变化会影响分子势能 答案：C 解析： C 错误，如晶体熔化时温度不变，但吸热内能增加（分子势能增大）。 A、B、D 均正确。 第 14 题 热量传递的方向取决于（） A. 内能大小 B. 温度高低 C. 质量大小 D. 体积大小 答案：B 解析： 热量自发从高温物体传向低温物体，由温度差决定，与其他因素无关。 第 15 题 下列过程中，物体内能减小的是（） A. 压缩气体 B. 摩擦生热 C. 气体对外膨胀做功 D. 用火烧水 答案：C 解析： A、B 是外界对物体做功，内能增加。 D 是热传递吸热，内能增加。 C 气体对外做功，内能减小。 第 16 题 关于内能和机械能，下列说法正确的是（） A. 内能和机械能是同一种能量 B. 物体内能为零时，机械能也为零 C. 内能是微观能量，机械能是宏观能量 D. 机械能大的物体内能一定大 答案：C 解析： 内能是微观分子热运动能量，机械能是宏观机械运动能量，二者本质不同，无必然联系。 第 17 题 晶体熔化过程中，温度保持不变，则（） A. 分子动能增加，势能不变 B. 分子动能不变，势能增加 C. 分子动能和势能都增加 D. 内能保持不变 答案：B 解析： 熔化温度不变，分子平均动能不变；吸热用于增大分子势能，总内能增加。 第 18 题 下列因素不影响物体内能大小的是（） A. 温度 B. 体积 C. 运动方向 D. 物质的量 答案：C 解析： 内能由温度、体积、物质的量、物质种类决定，与宏观运动方向无关。 第 19 题 用打气筒快速打气，筒壁变热，主要原因是（） A. 热传递 B. 外界对气体做功，内能增加 C. 气体对外做功 D. 筒壁摩擦生热为主 答案：B 解析： 快速打气是压缩气体，外界对气体做功，气体内能增加，温度升高，使筒壁发热。 第 20 题 下列说法正确的是（） A. 温度高的物体含有的热量多 B. 物体吸热，温度一定升高 C. 物体温度升高，内能一定增加 D. 物体内能增加，温度一定升高 答案：C 解析： A 错误，热量是过程量，不能说 “含有热量”。 B 错误，如晶体熔化吸热温度不变。 C 正确，同一物体温度升高，内能一定增加。 D 错误，内能增加可能是分子势能增大，温度不变。 板 书 设 计 一、内能的定义 物体内部所有分子热运动的动能与所有分子间势能的总和 符号：U 特点：一切物体在任何情况下都具有内能；状态函数 二、内能的构成 1. 分子动能 温度是分子平均动能的唯一量度 温度升高，分子平均动能增大 2. 分子势能 由分子间相对位置决定 宏观上与物体体积相关 三、内能的决定因素 1. 温度 —— 影响分子动能 2. 体积 —— 影响分子势能 3. 物质的量 —— 影响分子总数 四、改变内能的两种方式 1. 做功 本质：能量的转化（机械能→内能） 实例：搓手取暖、弯折铁丝、压缩空气引火 2. 热传递 本质：内能的转移（由温度差引起） 实例：火炉取暖、热水融冰、晒太阳 ★ 等效性：做功和热传递在改变物体内能上等效 五、实际应用 柴油机： 压缩冲程：外界对气体做功→内能增加 做功冲程：内能转化为机械能→内能减小 六、重要结论 1. 任何物体都有内能 2. 温度相同，内能不一定相同 3. 内能是微观能量，与宏观机械能无关 4. 热量从高温物体传向低温物体 课 堂 小 结 1. 核心概念：内能 = 所有分子动能 + 所有分子势能，一切物体都有内能。 2. 决定因素：温度、体积、物质的量。 3. 改变方式：做功（能量转化）、热传递（内能转移），二者等效。 4. 核心思维：宏观内能与微观分子运动相结合。 作 业 布 置 1. 完成教材课后习题，辨析内能概念、改变方式相关题目。 2. 列举 3 个生活中改变内能的实例，分别说明是做功还是热传递，并简要分析能量变化。 教 学 反 思 本节课以蒸汽机、温差发电实验激趣，从微观到宏观讲解内能的本质与改变方式，学生对内能定义、做功与热传递的区分掌握较好。但在分子势能与体积的关系、内能与机械能的辨析上仍有困惑，后续需增加微观动画演示与对比例题，强化易错点讲解，提升知识应用能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $