物体的内能

《1 物体的内能》教案
教学目标
1．在物理知识方面要求：
（1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能大小的标志。
（2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。
（3）知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和机械能。
（4）知道做功和热传递在改变物体内能上是等效的，知道两者的区别，了解热功参量的意义。
2．在培养学生能力方面，这节课中要让学生建立：分子动能、分子平均动能、分子势能、物体内能、热量等五个以上物理概念，又要让学生初步知道三个物理规律：温度与分子平均动能关系，分子势能与分子间距离关系，做功与热传递在改变物体内能上的关系。因此，教学中着重培养学生对物理概念和规律的理解能力。
3．渗透物理学方法的教育：在分子平均动能与温度关系的讲授中，渗透统计的方法。在分子间势能与分子间距离的关系上和做功与热传递关系上都要渗透归纳推理方法。
重点、难点分析
1．教学重点是使学生掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。
2．区分温度、内能、热量三个物理量是教学上的一个难点；分子势能随分子间距离变化的势能曲线是教学上的另一难点。
教具
1．压缩气体做功，气体内能增加的演示实验：圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。
2．幻灯及幻灯片，展示分子间势能随分子间距离变化而变化的曲线。
教学过程
（一）引入新课
我们知道做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的能量变化。另一方面，我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。
（二）教学过程的设计
1．分子的动能、温度
物体内大量分子不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小不同。由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。
学习布朗运动和扩散现象时，我们知道布朗运动和扩散现象都与温度有关系，温度越高，布朗运动越激烈，扩散也加快。依照分子动理论，这说明温度升高后分子无规则运动加剧。用上述分子热运动的平均动能来说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能增大。如果温度降低，说明分子热运动的平均动能减小。因此从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。“标志”的含义是指物体温度升高或降低，表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小。温度不变，就表示了分子热运动的平均动能不变。其他宏观物理量如时间、质量、物质种类都不是分子热运动平均动能的标志。但是，温度不是直接等于分子的平均动能。
另一方面，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。
我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。
2．分子势能
分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。
如果分子间距离约为10-10m数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为r0。
当分子距离小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，要减小分子间的距离必须克服斥力做功，因此，分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的。
如果分子间距离大于r0时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此，分子势能随分子间的距离增大而增大。这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的。
从以上两种情况综合分析，分子间距离以r0为数值基准，r不论减小或增大，分子势能都增大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点。如果分子间距离是无限远时，取分子势能为零值，分子间距离从无限远逐渐减少至r0以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且距离减少，分子引力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小为负值。当分子间距离到达r0以后再减小，分子作用力表现为斥力，在分子间距离减小过程中，克服斥力做功，使分子势能增大。其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值。
既然分子势能的大小与分子间距离有关，那么在宏观上什么物理量能反映分子势能的大小变化情况呢？如果对于确定的物体，它的体积变化，直接反映了分子间的距离，也就反映了分子间的势能变化。所以分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。
3．物体的内能
（1）物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的。
提问学生：宏观量中哪些物理量是分子热运动的平均动能和分子势能的标志？
根据学生的回答，引导到一个确定的物体，分子总数是固定的，那么这物体的内能大小是由宏观量——温度和体积决定的。如果不是确定的物体，那么物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定。
（2）物体机械运动对应着机械能，热运动对应着内能。任何物体都具有内能，同时还可以具有机械能。例如在空中飞行的炮弹，除了具有内能，还具有机械能——动能和重力势能。
提问学生：一辆汽车的车厢内有一气瓶氧气，当汽车以 60km/h行驶起来后，气瓶内氧气的内能是否增加？
通过此问题，让学生认识内能是所有分子热运动动能和分子势能之总和，而不是分子定向移动的动能。另一方面，物体机械能增加，内能不一定增加。
4．物体的内能改变的两种方式
（1）列举锯木头和用砂轮磨刀具，锯条、木头和刀具温度升高，说明克服摩擦力做功，可以使物体的内能增加。如果外力对物体做功全部用于物体内能改变的情况下，外力做多少功，物体的内能就改变多少。如果用W表示外界对物体做的功，用ΔE表示物体内能的变化，那么有W=ΔE。功的单位是焦耳，内能的单位也是焦耳。
演示压缩空气，硝化棉燃烧。说明外力压缩空气过程，对气体做功，使气体的内能增加，温度升高到棉花的燃点而使其燃烧。
以上实例说明做功可以改变物体的内能。
（2）在炉灶上烧热水，火炉烤热周围物体，这些物体温度升高内能增加。这些实例说明依靠热传递方式也可以使物体的内能改变。物体吸收热量，内能增加。物体放出热量，物体的内能减少。如果传递给物体的热量用Q表示，物体内能的变化量是ΔE，那么，Q=ΔE。
热量的计算公式有：Q=mcΔt，Q=ML，Q=mλ（后面的两个公式分别是物质熔解和汽化时热量的计算式）。热量的单位是焦耳，过去的单位是卡。
所以做功和热传递是改变物体内能的两种方式。
（3）做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
一杯水可以用加热的方法（即热传递方式）传递给它一定的热量，使它从某一温度升高到另一温度。这过程中这杯水的内能有一定量的变化。也可以采取做功的方式，比如用搅拌器在水中不断搅拌，也可以使这杯水从相同的初温度升高到同一高温度，这样，水的内能会有相同的变化量。两种方式不同，得到的结果是相同的。除非事先知道，否则我们无法区别是哪种方式使这杯水的内能增加的。
因此，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
（4）虽然做功和热传递对改变物体的内能是等效的，但是这两种方式的物理过程有本质的区别。做功使物体内能改变的过程是机械能转化为内能的过程。而热传递的过程只是物体之间内能的转移，没有能量形式的转化。
（三）课堂小结
（1）这节课上新建立了三个物理概念：分子热运动的平均动能、分子势能、内能。要知道这三个概念的确切含义，更为重要的是能够区分温度、内能、热量，知道内能与机械能的区别和联系。
（2）要掌握三个物理规律：分子热运动的平均动能与温度的关系、分子间的相互作用力与分子间距离的关系、做功与热传递在使物体内能改变上的关系。
《1 物体的内能》习题
一、填空题
1、物体内部所有分子_______与_______的总和，叫做物体的内能。内能的单位是________，各种形式的能的单位都是________。
2、一切物体，不论温度高低，都具有________，同一个物体，温度越高，分子热运动越________，内能越________；物体温度降低时，内能会________。
3、改变物体内能的方式有两种：________和________，这两种方式在改变物体的内能上是________。
4、发生热传递的条件是两个物体或同一物体的不同部分之间存在________，高温物体和低温物体发生热传递时，高温物体内能________，低温物体内能________。
5、用做功的方法可以改变物体的内能。对物体做功越多，物体的内能________越多，物体对外做功越多，物体的内能________越多。
6、填写下面三种情况的热传递方式：
（1）“烤红薯”主要是利用：________；
（2）“蒸馒头”主要是利用：________；
（3）“烙饼”主要是利用：________。
8、南极的冰川________内能，上涨的海水________内能。
9、在冬运会女子冰壶比赛中，两名队员在冰壶前方“刷冰”,通过________﹍的方式改变冰的内能,使表面的冰________成薄薄的一层水(填物态变化名称)，这样就能够减小冰壶与冰面之间的________，使冰壶按照运动员预计的运动快慢和方向运动。
10、用活塞式打气筒 给自行车胎打气的过程中，气筒的筒壁通常会发热。筒壁发热的原因是________做功和________做功。请设计实验证明究竟哪个是主要 的发热原因________________________。
11、国家文物局和测绘局最近对明长城进行了测绘，工作时测绘员以0.5米/秒的速度沿直线做匀速运动，100秒内通过的距离为________米。烈日下测绘器材表面温度会升高，表明它的内能________（选填“增加”、“减少”或“不变”），其内能的变化是通过________方式实现的（选填“做功”或“热传递”）。
二、选择题
1、关于物体的内能，下列说法中错误的是（ ）。
A、0℃的物体没有内能
B、内能和其他形式的能之间可以互相转化
C、物体间的内能可以转移
D、一切物体都具有内能
2、以下的日常生活事例中，通过做功来增加物体内能的是（ ）。
A、给自行车车胎打气，气筒发烫 B、太阳能热水器中水的温度升高
C、点燃的爆竹腾空而起 D、用水壶烧水，水蒸气将壶盖顶起
3、在下列过程中，利用热传递改变物体内能的是（ ）。
A、钻木取火 B、用锯锯木板，锯条发热
C、用热水袋取暖 D、 两手互相搓搓，觉得暖和
4、下列事例中，属于内能转化为机械能的是（ ）。
A、用打气筒打气，气筒壁发热 B、内燃机做功冲程中，燃气对外做功
C、冬天对手哈气，手的温度升高 D、锯木头时锯条发热
5、下列现象中，通过做功改变物体内能的是（ ）。
A、石头被太阳晒热 B、用锤子敲打钢板，锤子和钢板都会变热
C、冬天，暖气使房间变暖 D、单缸四冲程汽油机的排气冲程学
6、下列过程中，将内能转化为机械能的是（ ）。
A、汽油机的压缩冲程 B、水蒸气顶起水壶盖的过程
C、小孩沿滑梯下滑的过程 D、流星在大气层中穿行的过程
《1 物体的内能》习题
一、选择题
1、 物体的内能是（ ）。
A、 物体的动能和势能的总和
B、 物体所含一切能量的总和
C、 物体内部所有分子做无规则运动的动能和热能的总和
D、 物体温度升高或降低时，吸收或放出的热量
2、 下列说法中正确的是（ ）。
A、 温度越高，物体内分子的无规则运动越慢
B、 对一个物体而言，温度越高，物体的内能越大
C、 物体的内能跟物体的温度无关
D、 温度为0℃时，物体没有内能
4、下列说法中正确的是（ ）。
A、两杯水，温度高的那杯水中的内能一定较多
B、一个物体可以没有机械能，但一定有内能
C、一个物体可以没有内能，但一定有机械能
D、因为内能与温度有关，所以0℃的物体没有内能
5、下列选项中，用做功的方法使物体内能增加的是（ ）。
A、热水淋浴后全身感到暖和
B、冬天，对手“哈气”，手感到暖和
C、锯木头时锯条发烫
D、冬天，在房间内用暖气取暖，全身感到暖和
6、关于物体内能的几种说法中，下列说法正确的是（ ）。
A、水有内能，冰没有内能
B、水蒸气具有的内能一定比水具有的内能大
C、一杯水的温度越高，它具有的内能越大
D、一杯水放在高处比放在低处时具有的内能大
7、一块0℃的冰熔化成0℃的水的过程中，它的内能的变化情况是（ ）。
A、内能变大 B、内能减小 C、内能不变 D、不能确定
8、下列说法中错误的是（ ）。
A、一个物体有机械能，可能没有内能
B、一个物体可能只有内能，没有机械能
C、机械能的大小与物体的机械运动情况有关
D、内能的大小与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关
9、用磨刀石磨刀时，边磨边洒一些水，这是因为（ ）。
A、使磨出的刀更干净
B、磨刀时克服摩擦做功 ，温度升高，用水来降温
C、这是人们的习惯动作
D、磨刀石是石头，防止损坏刀具
二、填空题
1、在物理学中，把物体内所有的________和______的总和，叫做物体的内能。
2、一切物体不论温度高低，都具有_______。同一物体的内能随着________的变化而变化，________越高，物体具有的内能越多。
3、冬天双手对搓一会儿感到暖和，这是因为 ；在炉旁烤火身体感到暖和，这是利用 的方法使人体温度升高。
4、萧敏同学用电饭煲做饭，片刻后听到“噗－噗－噗”的响声，走近一看，发现水蒸气冲动了锅盖。他用学过的物理知识解释了这一现象：水蒸气对锅盖__________，水蒸气的内能___________，内能转化为锅盖的_____________。
5、冬天双手反复磨擦会感到暖和，这是利用 的方式增加了手的内能，双手捧着热水袋也会感到暖和，这是利用 的方式增加了手的内能。
6、分子动理论的基本内容：
（1）物质是由 组成的；（2）分子之间不仅存在着 ，还存在着 。
7、冬天双手反复磨擦会感到暖和，这是利用 的方式增加了手的内能，双手捧着热水袋也会感到暖和，这是利用 的方式增加了手的内能。
课件21张PPT。物体的内能想一想1、一个物体能够做功我们就说这个物体具有
2、物体由于运动能够做功而具有的能量叫
3、物体由于被举高而能够做功而具有的能叫
4、物体由于发生弹性形变而能够做功而具有的能叫能动能重力势能弹性势能还记得《分子动理论》吗？ 物体是由大量的____组成的；分子在不停地作无规则的__ _；分子之间存在着___________ _。那分子有能量吗？分子运动相互作用的引力和斥力观察对比一:①运动着的足球有动能吗？运动着的分子呢?结论1、运动着的分子也有动能②石块和地球互相吸引具有势能互相吸引的分子也有势能吗?石块由于地球吸引而下落观察对比二:分子结论2、相互吸引的分子间也有势能③被压缩的弹簧的各部分互相排斥而具有势能。讨论：互相排斥的分子之间有没有势能呢？结论3、互相排斥的分子也具有势能观察对比三:1、定义：物体内所有分子无规则运动的动能以及分子之间势能的总和叫物体的内能。一、物体的内能思考分子热运动的剧烈程度与什么因素有关呢？温度有关 物体的内能跟温度有关吗？为什么？内能的单位：符号：焦耳J2、影响内能的因素温度升高分子无规则运动越剧烈组成这个物体的所有
分子的动能总和增加这个物体的内能也就增加分子的无规则运动就越剧烈
分子动能就越大结论1：一个物体温度升高时，它的内能_____；温度降低时，内能就会_____。增加减少思考：问题：温度相同的一杯水内能，跟一桶水的内能一样吗？
（根据内能的定义思考）答：不同，质量大的含分子数多内能大，质量小的分子数少内能小。结论2：内能的大小还跟质量有关总结：通过以上分析可知影响内能的因素：温度、质量、状态。问题：冬天喝牛奶时先将牛奶放在热水中温一温再喝，牛奶的温度怎么变？内能怎么变？热水的温度怎么变？内能怎么变？
这种改变内能的方法是什么？热传递问题：有一根铁丝，你能通过哪些方法使它的温度升高？（使它的内能增加）想一想※ 热传递3、改变内能的两种方式※ 做功总结A、放在太阳下晒； B、在石头上摩擦；C、放在热水中烫； D、放在火上烧； E、用锤子敲 F、放在手中捂 G、用力反复弯折； 例一：如图所示：给试管中的水加热至，瓶塞会跳出，并在瓶口
产生大量的白气，为什么？分析：白气是液化产生的 液化过程需要放热
温度必须降低内能减少 试管中的空气对塞子做功内能减少。结论：物体对外做功，内能减少。二、做功对内能的改变能的转化关系:对物体做功外界消耗机械能机械能转化为内能物体对外做功外界获得机械能内能转化为机械能思考:做功改变内能的实质是什么?内能和其机械能之间相互转化外界对物体做功，内能增加。
物体对外界做功，内能减少。1、热传递改变内能的实质A.物体吸热内能增加B.物体放热内能减少讨论:热传递改变内能的实质是什么?内能发生转移高温物体低温物体转移到(不同物体之间)高温部分低温部分(同一物体之间)三、热传递对内能的改变2、热传递改变内能的方式热传导热对流热辐射空调改变房间温度用热水袋取暖晒太阳实质上是各物体间内能的转移注：做功和热传递的区别思考：热传递时是能的形式改变吗？
做功时能的形式改变吗？
热传递：能的形式没变，是能量的转移。
做功时：机械能转化为内能或者内能转化为机械能，能的形式发生了改变。 思考：内能改变多少可以用什么
来量度呢？内能改变多少可用传递的热量的多少来量度。四、什么叫热量 (1) 定义: 在热传递过程中,物体间内能传递的多少叫热量，用符号Q表示。(2) 热量(Ｑ)的单位：国际制单位为焦耳，符号为：J问题：物体温度升高含有热量增多吗？
温度降低物体含有热量减少对吗？ 实验研究表明，1kg水温度升高1 ℃要吸收热量4.2×103J，温度降低1 ℃要放出热量4.2×103J。注意：
热量是热传递过程中传递的内能，是内能的一部分，有热传递才有热量。
只能说“放出热量”、“吸收热量”、“传递热量”，而不能说“某物体具有热量”、“某物体的热量”、“某物体所含的热量” 。课堂小结※ 热传递1、改变内能的两种方式※ 做功2、做功和热传递的区别 热传递：能的形式没变，是能量的转移。
做功时：机械能转化为内能，或者内能转化为机械能，能的形式发生了改变。是能量的转化。 外界对物体做功，内能增加，
物体对外界做功，内能减少。热传递和做功改变物体内能是等效的。3、改变物体内能的方式方式内能如何变化能的种类是否改变如何量度改变了多少热
传
递做功（机械功）物体吸收热量，内能_____； 物体放出热量， 内能_____。对物体做功， 内能_____； 物体对外做功，内能_____。不变 内能的转移改变 机械能与内能相互转化传递热量的多少做功的多少再见关于卡的知识
卡路里，是一个能量单位。我们往往将卡路里与食品联系在一起，但实际上它们适用于含有能量的任何东西。例如，4升汽油含有约3.1千万卡路里的能量。利用217个“巨无霸”大号汉堡中的卡路里，您能够驾车行驶35公里。
卡路里
明确地说，1卡路里的能量或热量可将1克水的温度升高1摄氏度。1卡路里等于4.184焦耳（焦耳是物理学中常用的能量单位）。
我们大多数人把卡路里与我们吃的或喝的东西联系在一起，就比如“这听汽水含有200卡路里”。实际上，食品包装上列出的卡路里是大卡，也被记做大写字母C，相当于将1000克水在1大气压下由14.5℃提升到15.5℃所需的热量，约等于4186焦耳的内能。所以，实际上这听汽水含有20万卡路里。在英文中，“calorie”表示卡路里，约等于4.186焦耳，“Calorie”表示大卡，约等于4186焦耳。
由于后来科学家发现水在不同温度下的比热容不同，所以衍生了以下不同的定义：
营养学用的“15度卡路里”：将1克水在1大气压下由14.5℃提升到15.5℃所需的热量，约等于4.1855焦耳。“4度卡路里”：将1克水在1大气压下由3.5℃提升到4.5℃所需的热量。
“平均卡路里”：将1克水在1大气压下由0℃提升到100℃所需的每度热量平均数，约等于4.190焦耳。
International Steam Table的卡路里，相约4.1868焦耳。
热力学和化学使用的“热化学卡路里”，相约4.184焦耳。
一般所说的卡路里还分为两种：
大卡，也被记做大写字母C，最常见于食品标注，相当于将1000克水在1大气压下由14.5℃提升到15.5℃所需的热量，约等于4186焦耳的内能。
小卡，也被记做cal，较多见于科研文档中，1000小卡=1大卡。