/物体的内能[上学期]

第5节 物体的内能
【教材分析】
关于“热能”，学生已经接触到多次，但是概念模糊。在学习机械能后，有必要来了解这种常见的能量。本节以“内能”为主题，从热能和内能的关系入手，从生活中常见的事例着手，从微观的角度（微粒运动）和宏观的表现（温度）给学生一个科学的概念，易于接受。
本节的重点在于改变内能的两种方法，然后再学会热量的计算方法。通过实验和事例的分析，帮助学生理解。并在此基础上，引出热量和燃料热值的概念。
【教学目标】
知识目标：⒈了解内能的概念。
⒉理解做功和热传递是改变内能的两种方法，知道这两种方法中能量变化的实质和方法的等效性。
⒊知道热量的概念，知道功和热量都可以量度内能的变化。
4 、学会热量的计算
5知道燃料的热值。
技能目标：⒈能从宏观和微观的角度全面了解事物。
⒉培养实验的观察和分析能力。
⒊培养概括和对比分析的能力。
⒋学会从能量变化的角度分析事物的变化。
情感目标：
⒈培养学生联系实际生活和实验现象分析科学规律的探索科学的精神。
⒉通过从能量变化的角度讨论问题，为建立能量守恒定律奠定基础。
【教学重点】
理解做功和热传递是改变内能的两种方法，及其方法的实质和等效性。
【教学难点】
⒈内能的概念。
⒉应用改变内能的两种方法分析实例：热量的计算。
【教学准备】
课件；克服摩擦做功、压缩气体做功、气体对外做功等演示实验。
【课时安排】 2~3课时
【教学过程】
引人：
这前一节课中我们已经学习了两种能量的形式--------动能与势能，以及动能与势能的特点，今天我们继续来学习另一种能量的形式。
新课学习：
1、 内能
【回忆实验】将红墨水滴到温度不同的水中，观察现象。
提问1：这是什么现象？（扩散现象）
提问2：产生扩散现象的原因是什么？（物质由分子、原子或离子等粒子构成，构成物质的粒子在永不停息地做无规则运动；分子间存在间隙）
1、热运动：物体内部大量粒子的无规则运动
提问3：微粒的无规则运动称为热运动，相应的能叫什么能？（内能）
2、内能：物体内部大量粒子做热运动（微观运动）所具有的能叫内能。
设问4：它们可能与哪些因素有关？在不同的温度中，扩散的速度不同说明什么？（物体温度越高，微粒无规则运动越剧烈）
3、关系：物体温度越高，分子热运动越剧烈，内能也越大。
提出内能和热运动的概念、关系并板书（强调：热现象是大量微粒无规则运动的宏观表现，对单个微粒谈热运动、温度、内能是没有意义的。）
温度是物体内部大量微粒无规则运动剧烈程度的标志。根据温度的变化（宏观）反映热运动（微观）的剧烈程度和内能的变化。
【讨论】1、根据图片3-49、3-50，试解释：无论高温物体还是低温物体，都具有内能。
不论物体有没有做其他运动，物体内微粒的无规则运动总是存在的，所以其他能量（机械能）可能为0，内能总是有的，不管是高温物体还是低温物体。
2、物体的温度升高或降低时，内能会有什么变化？
内能的大小与温度的高低有关，一个物体温度升高，内能增加，温度降低，内能减少。
由于内能的大小不仅仅与温度的高低有关，所以不同的物体不能仅根据温度的高低判断内能的大小。
下面两个物体哪个没有内能？
分析：无论什么物体，温度的高低，它们都有内能。
3、内能与机械能有什么不同？
内能是与微观运动有关的能量，它的改变与温度的变化有关；机械能是与宏观运动有关的能量，它的改变与运动的速度、高度等的变化有关。
【练习】1、分析物体间能量的转化：
电风扇通电转动， 能→ 能；自行车刹车时， 能→ 能；用煤气灶加热水， 能→ 能；装得满满的一壶水烧开时，茶壶盖不断跳动， 能→ 能；
2、判断：
A、冰水混合物的温度是0℃，所以没有内能。 （×）
B、任何物体都具有内能和机械能。 （×）
C、甲物体比乙物体的温度高，则甲比乙的内能大。 （×）
D、物体不一定都有内能。 （×）
E、某物体温度升高，它的内能一定增大。 （√）
【过渡】通过观察温度的升高或降低可以了解物体内能的变化，内能怎么会改变？有什么方法可以改变内能？
2、 做功可以改变内能
冬天冷的时候，用什么方法可以取暖？
古人钻木取火从原理上与哪个例子的原理是一样的？
能量转化：都是机械能→内能；温度变化：都是升温；是否做功：都是克服摩擦做功。
【小结】通过做功的方式可以改变物体的内能。
【实验1】如图3-52。观察现象，分析原因。
现象：橡皮塞向上跳起，瓶口出现雾状物。
提问1：来回拉绳子的过程中，有没有做功？（克服摩擦做功）
提问2：能量如何转变？（管壁发烫，机械能→内能，金属管、乙醚的内能增大）
提问3：乙醚有什么变化？（内能增大，乙醚汽化）
提问4：增大乙醚内能的方法？
——对物体（乙醚）做功，物体（乙醚）内能增大。
提问5：橡皮塞为什么会跳起？（乙醚蒸气膨胀，将塞子推出）
提问6：这个过程中有没有做功？谁对谁做功？（乙醚对塞子做功）
提问7：能量如何转变？（内能→机械能，乙醚蒸气内能减小，塞子获得机械能）
提问8：使乙醚内能减小的方法？
——物体（乙醚）对外做功，物体（乙醚）内能减小。
【实验2】如图3-53。观察现象，分析原因。
现象：棉花燃烧。
提问1：为什么选择用乙醚浸过棉花？（乙醚的着火点低，属于易燃物）
提问2：压下活塞过程中，有没有做功？谁对谁做功？（活塞压缩筒内气体做功）
提问3：能量如何转变？（机械能→内能，筒内空气的内能增大，温度升高，达到乙醚的着火点）
提问4：增大空气内能的方法？
——对物体（空气）做功，物体（空气）内能增大。
【实验3】如图3-54。观察现象，分析原因。
现象：塞子向上跳起，瓶内出现白色的雾。
原因：滴入酒精产生了蒸气，向瓶内打气，压强达到一定程度，气体对外做功，内能→机械能，塞子获得了机械能，向上跳起，同时气体的内能减少，温度降低，瓶内的一部分酒精蒸气和水蒸气液化。
【归纳】用什么方法可以增大或减少物体的内能？这种方法的实质是什么？
二、做功可以改变内能
对物体做功→内能增大（机械能→内能）
实质：其他形式的能（机械能）与内能的转化
物体对外做功→内能减小（内能→机械能）
【追问】对物体做了多少功，表明什么？（有多少其他形式的能转化为内能）；物体对外做多少功，表明什么？（有多少内能转化为其他形式的能）。从中可看出，功与内能的关系？（功可以量度内能改变的多少）
三、热传递可以改变内能
【分析】以下两例：手捂热水袋取暖；放在热汤里中的汤勺，勺柄逐渐变烫；手、热水袋、热汤、汤勺的内能有改变吗？能量有转化吗？内能为什么改变了？
内能：都有改变；内能：没有转化为其他形式的能，只是发生了转移。
【读图】3-56。发高烧的病人常用湿毛巾冷敷，冷敷时，热从人体传给毛巾。传热的结果，
人体的温度降低，内能减少，毛巾的温度升高，内能增多。我们把这个过程叫热传递。
【思考】热传递的过程有发生能量的转化吗？热传递实质是什么？发生热传递的条件是什么？热传递的方向如何？热传递的结果是什么？
三、热传递可以改变内能
1、热传递
⑴方向：内能从高温物体传递到低温物体，或者从同一物体的高温部分传递到低温部分
⑵条件：温度差
⑶结果：温度相等
（4）实质：能量的转移
【实验】可以增加金属杆传热实验，观察用蜡粘住的火柴掉下的顺序体会热传递的实质、条件和方向。
热传递的过程没有发生能量的转化，而是能量（内能）的转移（实质）。只要接触的物体间或物体不同部分存在温度差（条件），内能就会从高温物体传递到低温物体，或者从同一物体的高温部分传递到低温部分（方向）。直到两者的温度一致（结果），热传递才结束。
【设问】在热传递中，传递的能量多少叫什么？用什么表示？单位是什么？
在热传递中，传递的能量多少叫做热量，用Q表示。低温物体从外界吸收多少热量，内能就增加多少，温度升高；高温物体向外界放出多少热量，内能就减少多少，温度降低。因此除了功，还可以用热量量度内能改变的多少。由于这种关系，它们的单位也一致：焦耳。
2、热量（Q）：在热传递中，传递的能量多少
单位：焦
3、低温物体从外界吸收热量→内能增大
实质：内能的转移
高温物体向外界放出热量→内能减少
【引申】热量是与热传递相连的概念，离开了热传递谈热量就没有意义了。所以热量只能表达“吸收多少”、“放出多少”、“传递多少”，不能说“有多少”或“含有多少”。
【讨论】图3-57，有一瓶子，里面装着一些铁屑，用什么方法可以增加铁屑的内能？如果你没有看到内能改变的过程，单凭铁屑的温度升高，你能说出究竟采用什么方法？
可能是放在火上烤；可能是克服摩擦对瓶子和铁屑做功；……
【结论】做功和热传递的实质不同，但是改变内能是等效的。所以只从结果是不能判断方法的。
4、做功和热传递：实质不同，改变内能是等效的。
思考：
1、 将一壶水和半壶水烧开，它们吸收的热量哪个多？
2、将一壶水加热到100℃和60℃，它们吸收的热量哪个多？
3、将质量相同的一壶水和一壶煤油都加热到100℃，它们吸收的热量一样多吗？
已知：C水=4.2×103焦/（千克.℃） C煤油=2.1×103焦/（千克.℃）
问：从中你发现，物质吸收的热量的多少与哪些因素有关？
再问：C水=4.2×103焦/（千克.℃）表示什么含义？
1千克的水温度升高1 ℃时需要吸收4.2×103焦的热量
2千克的水温度升高1 ℃时需要吸收__________焦的热量？
1千克的水温度升高2 ℃时需要吸收__________焦的热量
由此，你认为物质吸收的热量的多少应该如何计算
Q=cm(t-t0)
跟学生一起分析每个符号代表的量以及单位。
例：一块质量为5千克，温度为10℃的铁块加热到200℃，铁块吸收了多少热量？
练习】判断：
A、物体不对外界做功，外界也不对物体做功，物体的内能一定不变。 （×）
B、一个物体不吸热也不放热，它的温度一定不变。 （×）
C、物体温度升高，一定是从外界吸收了热量。 （×）
D、只有一个物体不能发生热传递。 （×）
E、热量从热量多的物体向热量少的物体传递。 （×）
四、燃料的热值
【过渡】燃料燃烧会放出大量的热量，燃烧是什么变化？在燃烧过程中，能量如何转化？
燃烧是化学变化；燃烧是贮存在燃料中化学能转化为内能的过程。
【猜测】放热的多少与什么有关？
与燃料种类、燃料多少、能量损失……
【验证1】放热的多少与燃料种类的关系。
假设：取相同质量（1千克），能量没有损失（完全燃烧），比较放热的多少。
引入概念：我们把1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。
单位：焦/千克
读表：了解常用燃料的热值，思考：为什么火箭选用液态氢做燃料？
热值是燃料的特性，不同的燃料的热值一般不同。在常见的燃料中，氢是最好的燃料，理由有三：燃烧完全相同质量的燃料，氢放出的热量最多；燃烧产物无污染；原料取之方便，可循环使用。
【验证2】放热的多少与是否完全燃烧有关。
假设：取相同质量、同种燃料，比较放热的多少。
强调：完全燃烧。
【验证3】……
【引申】说出汽油的热值：4.6×107焦/千克的意义 10千克的汽油完全燃烧能放出多少热量 实际上有放出这么多吗
【板书】
四、燃料的热值
1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。（焦/千克）
布置作业：作业本
课后练习
【教后反思】