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1、
最新人教版物理九年級第 13 章第 2 節(jié)《內(nèi)能》教案
教學(xué)目標(biāo):
(一)知識與技能
1. 了解內(nèi)能的概念 , 能簡單描述溫度與內(nèi)能的關(guān)系。
2. 能區(qū)別物體的內(nèi)能和機(jī)械能。
3. 知道做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的, 知道兩者的區(qū)別。
(二)過程與方法
通過演示實(shí)驗(yàn) , 感知分子動(dòng)能與勢能。
(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過探究 , 使學(xué)生體驗(yàn)探究過程 , 激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。
教學(xué)重點(diǎn):
1. 對內(nèi)能概念的理解。
2. 做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。教學(xué)難點(diǎn):
內(nèi)能
2、與溫度變化的關(guān)系。教學(xué)方法:
以實(shí)驗(yàn)探究為主的綜合啟發(fā)式教學(xué)。
教學(xué)用具:
足球、彈簧、冰塊等。
教學(xué)過程:
(一)引入新課
我們知道做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體具有機(jī)械能 , 那么熱現(xiàn)象發(fā)生過程中 , 也有相應(yīng)的能量變化。另一方面 , 我們又知道熱現(xiàn)象是大量分子做無規(guī)律熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。那么熱運(yùn)動(dòng)的能量與大量的無規(guī)律運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系呢?這是今天學(xué)習(xí)的問題。
(二)新課教學(xué)
1.分子的動(dòng)能、溫度
物體內(nèi)大量分子不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) , 對于每個(gè)分子來說都有無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。
由于物體內(nèi)各個(gè)分子的速率大小不同 , 因此 , 各個(gè)分子的動(dòng)能大小不同。由于
3、熱現(xiàn)象是大量
分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 , 所以研究個(gè)別分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能是沒有意義的。而研究大量分子熱運(yùn)
動(dòng)的動(dòng)能 , 需要將所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的平均值求出來 , 這個(gè)平均值叫做分子熱運(yùn)動(dòng)的平均
動(dòng)能。
學(xué)習(xí)擴(kuò)散現(xiàn)象時(shí) , 我們知道擴(kuò)散現(xiàn)象與溫度有關(guān)系 , 溫度越高 , 分子運(yùn)動(dòng)越激烈 , 擴(kuò)散也
加快。依照分子動(dòng)理論 , 這說明溫度升高后分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇。用上述分子熱運(yùn)動(dòng)的平均
動(dòng)能來說明 , 就是溫度升高 , 分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大。如果溫度降低 , 說明分子熱運(yùn)動(dòng)的
平均動(dòng)能減小。因此從分子動(dòng)理論觀點(diǎn)來看 , 溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志
4、。
“標(biāo)志”的含義是指物體溫度升高或降低 , 表示了物體內(nèi)部大量分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大
或減小。溫度不變 , 就表示了分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能不變。其他宏觀物理量如時(shí)間、質(zhì)量、
物質(zhì)種類都不是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。但是 , 溫度不是直接等于分子的平均動(dòng)能。
另一方面 , 溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)意義上的平均動(dòng)能相對應(yīng) , 對于個(gè)別
分子或幾十個(gè)、幾百個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能大小與溫度是沒有關(guān)系的。
我們知道 , 溫度這個(gè)物理量在宏觀上的意義是表示物體冷熱程度 , 而它又是大量分子熱運(yùn)動(dòng)
平均動(dòng)能大小的標(biāo)志 , 這是溫度的微觀含義。
2.分子
5、勢能
分子間存在著相互作用力 , 因此分子間具有由它們的相對位置決定的勢能 , 這就是分子
勢能。
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如果分子間距離約為 10-10 m數(shù)量級時(shí) , 分子的作用力的合力為零 , 此距離為 r 0。
當(dāng)分子距離小于 r 0 時(shí) , 分子間的作用力表現(xiàn)為斥力 , 要減小分子間的距離必須克服斥力
做功 , 因此 , 分子勢能隨分子間距離的減小而增大。這種情形與彈簧被壓縮時(shí)彈性勢能增大
是相似的。如圖 1 中彈簧壓縮 ,
6、 彈性勢能 Ep 增大。
如果分子間距離大于 r 0 時(shí) , 分子間的相互作用表現(xiàn)為引力 , 要增大分子間的距離必須克
服引力做功 , 因此 , 分子勢能隨分子間的距離增大而增大。這種情況與彈簧被拉伸時(shí)彈性勢
能增大是相似的。如圖 1 中彈簧拉伸 ,Ep 增大。
從以上兩種情況綜合分析 , 分子間距離以 r 0 為數(shù)值基準(zhǔn) ,r 不論減小或增大 , 分子勢能都
增大。所以說 , 分子在平衡位置處是分子勢能最低點(diǎn)。如果分子間距離是無限遠(yuǎn)時(shí) , 取分子
勢能為零值 , 分子間距離從無限遠(yuǎn)逐漸減少至 r 0 以前過程 , 分子間的作用力表現(xiàn)為引力 , 而
7、
且距離減少 , 分子引力做正功 , 分子勢能不斷減小 , 其數(shù)值將比零還小為負(fù)值。當(dāng)分子間距離
到達(dá) r 0 以后再減小 , 分子作用力表現(xiàn)為斥力 , 在分子間距離減小過程中 , 克服斥力做功 , 使分
子勢能增大。其數(shù)值將從負(fù)值逐漸變大至零 , 甚至為正值。分子勢能隨分子間距離 r 的變化
情況可以在圖 2 的圖象中表現(xiàn)出來。從圖中看到分子間距離在 r 0 處 , 分子勢能最小。
既然分子勢能的大小與分子間距離有關(guān) , 那么在宏觀上什么物理量能反映分子勢能的大
小變化情況
8、呢?如果對于確定的物體 , 它的體積變化 , 直接反映了分子間的距離 , 也就反映了
分子間的勢能變化。所以分子勢能的大小變化可通過宏觀量體積來反映。
3.物體的內(nèi)能
( 1)物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和 , 叫做物體的內(nèi)能。一切物體都是
由不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)并且相互作用著的分子組成 , 因此任何物體都是有內(nèi)能的。
提問學(xué)生:宏觀量中哪些物理量是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子勢能的標(biāo)志?
根據(jù)學(xué)生的回答 , 引導(dǎo)到一個(gè)確定的物體 , 分子總數(shù)是固定的 , 那么這物體的內(nèi)能大小是由宏
觀量——溫度和體積決定的。如果不是確定的物體 , 那么物體
9、的內(nèi)能大小是由質(zhì)量、溫度、
體積和物態(tài)來決定。
課堂討論題:下列各個(gè)實(shí)例中 , 比較物體的內(nèi)能大小 , 并說明理由。
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①一塊鐵由 15℃升高到 55℃, 比較內(nèi)能。
②質(zhì)量是 1kg,50 ℃的鐵塊與質(zhì)量是 0.1kg,50 ℃的鐵塊 , 比較內(nèi)能。
③質(zhì)量是 1kg,100 ℃的水與質(zhì)量是 1kg,100 ℃的水蒸氣 , 比較內(nèi)能。
(2)物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)對應(yīng)著機(jī)械能 , 熱運(yùn)動(dòng)對應(yīng)著內(nèi)能。任何物體都具有內(nèi)能 , 同時(shí)還可以具
有機(jī)械能。例如在空中飛行的炮彈 , 除了具有內(nèi)能 , 還具有機(jī)械能——?jiǎng)?/p>
10、能和重力勢能。
提問學(xué)生:一輛汽車的車廂內(nèi)有一氣瓶氧氣 , 當(dāng)汽車以 60km/h 行駛起來后 , 氣瓶內(nèi)氧氣的
內(nèi)能是否增加?
通過此問題 , 讓學(xué)生認(rèn)識內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢能之總和 , 而不是分子定
向移動(dòng)的動(dòng)能。另一方面 , 物體機(jī)械能增加 , 內(nèi)能不一定增加。
4. 物體的內(nèi)能改變的兩種方式
1)列舉鋸木頭和用砂輪磨刀具 , 鋸條、木頭和刀具溫度升高 , 說明克服摩擦力做功 , 可以
使物體的內(nèi)能增加。如果外力對物體做功全部用于物體內(nèi)能改變的情況下 , 外力做多少功 ,
物體的內(nèi)能就改變多少。如果用 W 表示外界對物體做的
11、功 , 用 E 表示物體內(nèi)能的變化 , 那
么有 W= E。功的單位是焦耳 , 內(nèi)能的單位也是焦耳。
演示壓縮空氣 , 硝化棉燃燒。說明外力壓縮空氣過程 , 對氣體做功 , 使氣體的內(nèi)能增加 ,
溫度升高到棉花的燃點(diǎn)而使其燃燒。
以上實(shí)例說明做功可以改變物體的內(nèi)能。
2)在爐灶上燒熱水 , 火爐烤熱周圍物體 , 這些物體溫度升高內(nèi)能增加。這些實(shí)例說明依
靠熱傳遞方式也可以使物體的內(nèi)能改變。物體吸收熱量 , 內(nèi)能增加。物體放出熱量 , 物體的
內(nèi)能減少。如果傳遞給物體的熱量用 Q表示 , 物體內(nèi)能的變化量是 E, 那么 ,Q= E。
熱量的單位
12、是焦耳 , 過去的單位是卡。
所以做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式。
3)做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的。
一杯水可以用加熱的方法(即熱傳遞方式)傳遞給它一定的熱量 , 使它從某一溫度升高
到另一溫度。這過程中這杯水的內(nèi)能有一定量的變化。也可以采取做功的方式 , 比如用攪拌
器在水中不斷攪拌 , 也可以使這杯水從相同的初溫度升高到同一高溫度 , 這樣 , 水的內(nèi)能會有
相同的變化量。兩種方式不同 , 得到的結(jié)果是相同的。除非事先知道 , 否則我們無法區(qū)別是
哪種方式使這杯水的內(nèi)能增加的。
因此 , 做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的。
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4)雖然做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的 , 但是這兩種方式的物理過程有本質(zhì)的
區(qū)別。做功使物體內(nèi)能改變的過程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。而熱傳遞的過程只是物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 , 沒有能量形式的轉(zhuǎn)化。
(三)課堂小結(jié)
同學(xué)們 , 你本節(jié)課都學(xué)會了什么?請同學(xué)們考慮一下。然后請一個(gè)學(xué)生總結(jié) , 大家認(rèn)真聽著 , 最后老師補(bǔ)充。
板書設(shè)計(jì)
16.2 內(nèi)能
一、分子的動(dòng)能、溫度
二、分子勢能
三、物體的內(nèi)能
四、物體的內(nèi)能改變的兩種方式
布置作業(yè)
一、下列過程中 , 屬于通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是 ( )
A. 鉆木取
14、火 B.鋸木頭時(shí) , 鋸片發(fā)熱
C .衛(wèi)星進(jìn)人大氣層時(shí)外殼發(fā)熱 D.熱水中放人冰塊 , 水溫下降
二、關(guān)于分子動(dòng)理論和內(nèi)能 , 下列說法正確的是( )
A.物體內(nèi)能增大 , 溫度一定升高
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B.物體的溫度升高 , 分子運(yùn)動(dòng)一定加劇
C.分子之間存在引力時(shí) , 就沒有斥力
D. 0℃的冰沒有內(nèi)能
三、“鉆木取火”是通過 的方式改變木頭的內(nèi)能的;太陽能熱水器是通過
的方式改變水的內(nèi)能的。
答案:
一、 D 二、 B 三、做功 熱傳遞
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