第十三章內能與熱機第一節物體的內能設計說明本節內容是上海科技版教材九年級第十三章第一節，教材可分為兩個部分：幫助學生建立內能的概念；了解改變內能的方式。本節內容是在前面學習機械能的基礎上，進一步學習更為抽象的能的形式，也為后面學習比熱容、熱機、電熱器等打下基礎，因此本節起著承上啟下的關鍵作用。學生已經學習了分子熱運動，有分子動理論做基礎，同時還學習了動能和勢能，知道影響動能和勢能大小的因素，具備一定的觀察、動手能力，分析問題、歸納總結的能力更加進步。作為學習主體的九年級學生，對事物的認識正處于由感性向理性發展的階段，但感性認識仍處于主導地位，尤其是對抽象事物的認識。因此，本課應以感性知識為依托，借助實驗等手段加強直觀性和形象性，把抽象的概念具體化、生活化，再通過理性分析和判斷，獲取新知識，逐漸培養學生的抽象思維能力。教學目標【知識與技能】1.了解內能的概念，能簡單描述溫度和內能的關系。2.知道改變物體內能的兩種途徑。3.知道熱傳遞過程中，所傳遞內能的多少叫做熱量，熱量的單位是焦耳。【過程與方法】1.通過觀察實驗現象，培養初步的分析和推理能力。2.通過對生活事例分析，提高分析問題的能力。【情感、態度和價值觀】1.體會參與觀察、實驗、制作等科學實踐活動的樂趣。2.通過分析事例，逐步形成用能量觀點看世界的意識。重點難點教學重點1.內能概念的建立。2.改變物體內能的方式。教學難點正確理解內能的概念。教學方法實驗、觀察、討論、分析、類比、推理相結合的教學方法。教具、學具多媒體課件、酒精燈、鐵絲、溫度計、火柴等。授課時數1課時教學過程導入新課展示鉆木取火和倒熱水的圖片，自古以來，人們就在不斷地尋找與“熱”有關的某種能量。“熱”是一種能量嗎？它能做功嗎？本節課我們就來研究一下。復習回顧物體由于運動具有的能叫做動能；物體由于高度位置所具有的能叫做重力勢能；物體因彈性形變而具有的能叫做彈性勢能。我們也知道：物質由分子構成，構成物質的分子也在永不停息地做無規則運動，且分子間存在相互的作用力，那么分子是否也具有能量呢？講授新課一、物體的內能投影展示：運動的足球和拉伸的彈簧兩幅圖片，類比分子動能和分子勢能。師生共同類比結果：運動的足球具有動能→構成物質的分子在永不停息地做無規則運動，所以運動的分子也具有動能，叫做分子動能。被拉伸或壓縮的彈簧各部分相互吸引或排斥而具有勢能→構成物體的分子之間也有相互吸引或排斥的作用，互相吸引或排斥的分子之間也具有勢能。【教師點撥】同學們用這種將已知的事物跟未知的事物進行比較，根據它們的相同點或相似點推知未知事物也可能有某種屬性，這種方法叫類比法，這是一種非常重要的方法。【總結】1.構成物質的分子也具有動能和勢能。2.物體內所有分子無規則運動的動能，以及分子勢能的總和叫做物體的內能。內能與機械能的區別：內能機械能概念分子動能與分子勢能的總和物體動能和勢能的統稱實質與物體內部的分子熱運動及相互作用情況有關與物體的整體運動情況有關，如物體的速度、相對于地面的高度及彈性形變大小等3.內能是能量的一種形式，各種形式的能量的單位都是焦耳（J）。【思考】熾熱的鐵水有內能，北極的冰山有沒有內能？【教師點撥】一切物體的分子都在不停地做無規則運動，因而具有動能。分子之間有相互作用的力，因而具有勢能。所以一切物體都具有內能。投影出課本圖13-1和圖13-2所示的圖片，讓學生交流、討論。圖13-1等質量熱水的內能比圖13-2燈絲熾熱時的內能比未冷水的內能大通電時的內能大【思考】內能與溫度有什么關系？【教師點撥】溫度是物體內部大量分子無規則運動劇烈程度的標志。物體內能是否變化，可以由溫度是否變化來反映。物體溫度降低時內能減少，溫度升高時內能增加。【總結】1.物體的內能與溫度有關，一個物體溫度越高，內能越大。2.理解內能的注意事項：(1)內能是指物體的內能，不是分子的內能，更不能說是個別分子和少數分子所具有的能，而是物體內部所有分子共同具有的動能和勢能的總和，所以單純考慮一個分子的動能和勢能是沒有現實意義的。(2)一切物體在任何情況下都具有內能，根據分子動理論可知，一切物體中的分子都在永不停息地做無規則運動，分子間都有分子力的作用，無論物體處于何種狀態，是何形狀，體積多大，溫度是高是低都是如此。因此，一切物體在任何情況下都具有內能，也就是說，內能是一切物體都具有的一種形式的能量，例如60℃的水具有內能，降低到0(3)內能具有不可測量性，即不能準確知道一個物體的內能的具體數值。(4)正確理解溫度與物體內能的關系：內能與溫度的對應關系一定要考慮物態，就是說同一物體且物體狀態不發生改變時，溫度越高，對應著物體內分子做無規則運動的程度越劇烈，每個分子的平均分子動能越大，所有分子的分子動能的和也就越大。晶體在熔化或凝固時，分子動能盡管不變，但物態在改變，物態對應著分子間距離的大小，而分子間相對距離與分子勢能有關，分子勢能變了，物體的內能也隨著改變，所以晶體熔化時，吸收熱量，內能在增加，但溫度并不升高，因為溫度是分子平均動能的標志。【思考】一小杯水和一大桶水，它們的溫度相同，它們的內能是否相同？如果不同，哪一個內能大？【教師點撥】說明物體的內能還跟分子數的多少有關。二、改變物體內能的兩種途徑【思考】取一根粗鐵絲，我們有什么辦法可使粗鐵絲的溫度升高，內能增加？【教師點撥】方法1：用火燒、太陽曬、用手焐等，它們共同特點是用溫度更高的物體使鐵絲溫度升高。方法2：用手搓、用紗布摩擦、用錘敲、反復彎折等，它們共同特點是溫度升高的過程，往往伴隨著運動。【思考】物體的內能有多有少，改變物體的溫度可以改變物體的內能。那么改變物體內能還有哪些方法呢？活動1做功可改變內能投影下列圖片，讓學生觀察、討論、總結。甲乙如圖甲所示，冬天手冷的時候，兩手互相搓搓就暖和了。如圖乙所示，人從滑梯上滑下時，臀部會有灼熱的感覺。師生共同小結：通過以上實驗現象可知，外界對物體做功，物體的溫度會升高，內能會增加。【探究實驗】如下圖所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒里放一小團硝化棉，把活塞迅速壓下去。【現象】發現硝化棉燃燒起來。【思考】厚玻璃筒里的硝化棉燃燒說明什么？【答案】活塞壓縮空氣做功→空氣的內能增加→溫度升高，達到硝化棉的燃點，硝化棉燃燒。【總結】對物體做功，物體的內能增加，溫度升高。【演示實驗】拿一個大口的厚玻璃瓶，瓶內裝入少量的水，用塞子塞緊，在瓶內水上方的空氣中由于水的蒸發而產生一定量的水蒸氣，通過塞子上的孔用打氣筒往瓶里打氣，觀察當塞子從瓶口跳起來時玻璃瓶中有什么現象發生。實驗現象：當塞子跳起來時，可以看到玻璃瓶中出現了大量的白霧。師生共同小結：這是因為瓶內空氣膨脹推動塞子做功時，內能減少，溫度降低，使水蒸氣遇冷液化成小水滴，形成了白霧，此實驗現象表明：物體對外做功，物體的內能會減少，溫度會降低。【總結】做功可以改變物體的內能，對物體做功，物體的內能會增加；物體對外做功，物體的內能會減少。【生活中物理】1.舉例說明機械能轉化為內能的現象。2.舉例說明內能轉化為機械能的現象。【教師點撥】對做功可以改變物體的內能的理解：用做功的方法可以改變物體的內能。對物體做功，物體的內能會增加，如：壓縮氣體做功時，氣體溫度升高，內能增加；但需要注意的是，對物體做功，物體的內能不一定都增加，如：把一杠鈴從低處舉到高處，克服了杠鈴的重力做功，此時杠鈴的重力勢能增加，但內能不變。物體對外做功，物體的內能減少，如：氣體膨脹做功時，內能減少，溫度降低。內能的改變可用功來量度，用做功的方式來改變物體的內能，是能量的轉化過程，做功越多內能變化越大。教師導入：通過學習我們知道，做功可以改變物體的內能，那么還有沒有其他的方法呢？活動2熱傳遞可改變內能1.讓學生閱讀教材第36頁圖13-5、圖13-6和圖13-7三幅圖，讓學生回答下列問題：（1）發生熱傳遞的條件是什么？（2）熱傳遞有哪幾種方式？（3）熱傳遞的方向怎樣？（4）熱傳遞改變內能的實質是什么？（5）多媒體展示：如圖所示的三種情況各是通過熱傳遞的哪種方式來改變物體內能的？（6）你能舉出生活中用熱傳遞來改變物體內能的事例嗎？學生回答后，師生共同總結：（1）發生熱傳遞的條件是兩物體或同一物體的不同部分之間存在著溫度差。（2）熱傳遞有熱傳導、對流和熱輻射三種方式。（3）熱傳遞的方向是熱從高溫物體傳到低溫物體，或由物體的高溫部分傳到低溫部分。（4）用熱傳遞來改變物體內能的實質是一個物體的一部分內能轉移給另一個物體，或者內能從同一物體的高溫部分轉移到低溫部分，實際上是內能的轉移。（5）圖（a）是通過熱傳導使水的內能增加的；圖（b）是通過對流使水的內能增加的；圖（c）是通過熱輻射使水的內能增加的。（6）①曬太陽感到暖和；②用蒸籠熘冷饅頭；③感冒發燒，用冷毛巾敷額頭；④冬天用手摸戶外的金屬時感到涼。2.學生回答：生活中的物理（1）金屬湯勺放在熱湯中，溫度升高，勺的內能增加。（2）食品放入電冰箱，溫度降低，內能減少。（3）在太陽的照射下，太陽能熱水器中水的溫度升高，它的內能增加。【教師點撥】（1）倒入熱水，使水的內能增加。（2）用“熱得快”通電加熱，使水的內能增加。實驗結論：如果只知道水的溫度升高，而沒有看到改變內能方式的過程，我們將無法判斷用的是哪種方式。這說明做功和熱傳遞對于改變物體的內能是等效的。【總結】改變物體內能的方式：做功和熱傳遞，兩種方式對于改變物體的內能是等效的。跟蹤訓練1.下列現象是利用什么方式改變物體的內能的？用鋸子鋸木頭，鋸條發熱了；陽光下的冰塊很快就熔化了；用熱水袋暖手；反復彎折的鐵絲變熱了。答案：做功熱傳遞熱傳遞做功2.如圖所示，古人用力鉆木，使物體溫度升高，這是通過做功來改變物體的內能；將飲料和冰塊放在一起，它們各自的溫度會發生變化，這是通過熱傳遞來改變物體的內能。三、熱量【思考】半杯熱水和半杯冷水混合后得到一杯溫水，熱水和冷水分別失去或得到什么？它們的溫度如何變化？這是通過哪種方式改變物體的內能？【教師點撥】熱傳遞方式改變內能，熱水溫度降低，內能減少；冷水溫度升高，內能增加。即內能從高溫物體轉移到高溫物體。【思考】內能改變多少可以用什么來量度呢？【討論交流后總結】1.熱量的概念：在熱傳遞過程中，物體間內能傳遞的多少稱為熱量。用符號Q表示。2.熱量的單位：在國際單位制中，熱量的單位是焦耳（J）。3.理解熱量的概念(1)物體本身沒有熱量，不能說某個物體有多少熱量，更不能比較兩個物體熱量的多少，只有在熱傳遞過程中，有了內能的轉移，才討論熱量問題。(2)在熱傳遞過程中，內能轉移的多少叫熱量，所以熱量是一個過程量，它存在于熱傳遞的過程中，離開了熱傳遞談熱量是沒有意義的，所以我們不能說某個物體含有或具有多少熱量。(3)熱量與物體內能的多少、溫度的高低沒有關系。【思考】前面我們已經學過內能和溫度，那么溫度、內能和熱量三者有何區別和聯系呢？【教師點撥】1.區別：(1)溫度是表示物體冷熱程度的物理量，它是一個狀態量，只能說溫度是多少，溫度不能傳遞和轉移，單位是攝氏度。從分子動理論的觀點看，它跟物體內分子的熱運動情況有關：溫度越高，分子無規則運動越劇烈。可以說，溫度是分子熱運動的劇烈程度的標志，它是大量分子無規則熱運動的集中體現。內能是能量的一種形式，它是物體內所有的分子無規則運動的動能與分子勢能的總和。(2)內能跟溫度關系密切，當一個物體溫度升高時，內能增加，溫度降低時，內能減少，內能也是一個狀態量。(3)熱量是在熱傳遞過程中傳遞內能的多少，它反映了熱傳遞過程中內能轉移的數量，是內能轉移多少的量度，是一個過程量，要用“吸收”或“放出”來描述，而不能用“具有”或“含有”來描述。沒有熱傳遞，就沒有內能的轉移，也就不存在“熱量”問題。2.聯系：溫度的變化可以改變一個物體的內能，熱量可以用來量度內能轉移的多少，物體吸收或放出熱量，它的內能將發生改變，但它的溫度不一定改變；在熱傳遞過程中，物體的溫度發生變化時，物體一定有吸熱或放熱現象。教師導入：在熱傳遞中，物體間內能傳遞的多少叫熱量，那么同一個物體吸收或放出的熱量跟什么因素有關呢？跟蹤訓練3.夏天天氣真熱，這個“熱”字表示溫度；摩擦生熱，這個“熱”字表示內能；燒煤時向外放熱，這個“熱”字表示熱量。課堂小結一、內能1.定義：物體內所有分子無規則運動的動能，以及分子勢能的總和叫做物體的內能。2.單位：焦耳（J）。3.溫度是物體內部大量分子無規則運動劇烈程度的標志。物體內能是否變化，可以由溫度是否變化來反映。二、改變內能的方式1.做功的實質：能量間的轉化。2.熱傳遞的實質：內能的轉移。3.做功和熱傳遞對于改變物體的內能是等效的。三、熱量：在熱傳遞中，物體間內能傳遞的多少，用字母Q表示，單位是J。當堂達標1.下列說法中正確的是（）A.0℃B.溫度高的物體內能一定大C.物體的溫度升高，它的內能增加D.物體的內能增加，它的溫度一定升高答案：C2.小亮測得甲、乙兩杯水的溫度分別是45℃和75℃，下列判斷正確的是（A.甲杯中水的分子運動一定比乙杯中水的分子運動劇烈B.甲杯中水的內能一定比乙杯中水的內能小C.乙杯中水的熱量一定比甲杯水的熱量多D.乙杯中水的溫度降低，水的內能一定減少答案：D3.下列四幅圖中，利用熱傳遞改變物體內能的是（）A.雙手摩擦能發熱B.燒水時水溫升高C.鋸木材鋸條發燙D.鉆木取火答案：B4.如圖所示，禮花筒利用筒內的高壓空氣膨脹，將彩帶噴向空中，產生喜慶效果。則高壓空氣膨脹過程中（）A.對外做功內能增加B.分子熱運動加劇C.向外界傳遞熱量D.內能轉化為機械能答案：D5.關于熱量