高考物理考点物体的内能温标复习。

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第二课时物体的内能温标

【教学要求】
1．知道物体的内能的概念，了解物体的内能与宏观物理量间的关系。
2．知道两种温标以及它们间的换算关系。
【知识再现】
一、内能
1．分子的平均动能：物体内分子动能的平均值叫分子平均动能．是分子平均动能的标志．温度越高，分子平均动能．
2．分子势能：由分子间的相互作用和决定的能量叫分子势能．分子势能的大小与物体的体积有关：①当分子间的距离rr0时，分子势能随分子间的距离增大而增大；②当rr0时，分子势能随分子间的距离减小而增大；③r＝r0时，分子势能最小．
3．物体的内能：物体内所有分子的
的总和叫物体的内能．
4．改变物体的内能的两种方式是
和．
二、温度(T或t)
1．两种意义：宏观上表示物体的；微观上标志物体内分子热运动的.它是物体分子的标志．
2．两种温标
摄氏温标：单位℃，在1个标准大气压下，水的冰点作为，沸点作为．
热力学温标T：单位K．把作为0K．绝对零度(0K)是的极限，只能接近不能达到．
两种温标的关系：每1度表示的冷热差别，两种温标是相同的，只是不同，所以二者关系为式：T＝t+273(K)，△T＝△t
知识点一对分子动能的理解
分子动能是指单个分子的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动能不尽相同，所以单个分子动能没有意义，对大量的分子的动能才有意义。分子的平均动能是所有分子动能的平均值，温度是分子平均动能的标志。物体内分子运动的总动能是所有分子动能的总和，也等于分子平均动能与分子总数的乘积。
【应用1】当物体温度升高时，下列说法中正确的是（）
A．每个分子的温度都升高
B．每个分子的运动都加剧
C．每个分子的动能都增大
D．物体分子的平均动能增大
导示:温度是物体分子平均动能的标志，不代表个别分子的情况，所以温度升高后，只能说物体的分子平均动能增大，而对个别分子的一些说法都是无意义的。答案D正确。
当温度一定是，物体内分子动能的分布呈正态分布，即分子动能大的和小的数目较少，而处于中间某定值的分子数目较多。这个中间值与物体的温度有关。
知识点二对分子势能的理解
由分子间的相互作用和相对位置决定的能量叫分子势能。分子力做正功，分子势能减少，分子力做负功，分子势能增加。在平衡位置时(r=r0),分子势能最小.分子势能的大小跟物体的体积有关系．
【应用2】（07苏州调研）如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，纵轴表示分子间的相互作用力，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则（）
A．乙分子由a到c的过程中，分子势能先减小后增大
B．乙分子由a到d的过程中，分子势能一直增加
C．乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动
D．乙分子由a到c做加速运动，到c时速度最大
导示:乙分子由a向甲分子运动时，运动到c之前一直为引力，分子力做正功，分子势能减少，速度增大，再靠近乙分子的过程中，分子间表现为斥力，分子力做负功，速度又要减小。故D正确。
知识点三物体内能的决定因素
物体内能的决定因素是依据物体内能的定义：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和。所以物体的内能与物体的温度、体积、物态和物质的量有关。又可分为微观决定因素：分子势能、分子平均动能、分子的数目。宏观因素：体积、温度、物质的量。
【应用3】判断下列说法，正确的是（）
A．温度高的物体，内能不一定大
B．同样质量的水100℃时的内能比60℃时大
C．内能相同的物体，温度一定相同
D．物体速度增大，则分子平均动能增大，内能也增大
导示:根据内能的决定因素可知，A选项正确。物体的速度与分子热运动的速度无关，D错，故选A。
分子的平均动能由温度惟一决定，个别分子的动能是没有意义的。分子势能是由物体体积决定的，具有相对性。物体的内能则由分子平均动能、总分子势能、分子数目共同决定。
知识点四温标间的换算
热力学温标与摄氏温标之间的换算关系为：T=t+273.15，温度每升高1C，在热力学温标中就升高1K，在量值上是相等的，只不过是规定的零起点不同而已。
【应用4】关于热力学温标的正确说法是（）
A．—33C=240K
B．热力学温标零度为—273C，叫绝对零度
C．摄氏温度与热力学温度都可以取负值
D．温度由tC升高到2tC，对应的热力学温度升高了273K+t
导示:在热力学温标中，273.15近似地认为是273，根据换算，AD正确，热力学温标零度为—273C，叫绝对零度是一种正常的说法，但摄氏温度中有负值，热力学温度中是没有负值的。故选ABD。
类型一内能、热量、机械能的比较
对于同一物体，机械能由物体的状态和位置决定，内能则与物体的温度、体积、物质的量有关，与物体宏观的机械运动无关。热量则是物体之间内能转移的一种量度。
【例1】关于机械能、内能、热量的说法正确的是（）
A．机械能大的物体，内能多，热量也多
B．物体机械能损失时，内能可以增加
C．物体机械能可以为零，内能也可以为零
D．物体温度不变，没有热量传递
导示:物体的机械能大，与内能无关，而热量则是热传递过程中量度内能转移的物理量，A错。机械能损失了，有可能就转化为该物体的内能了，内能可能增加，B对。物体的机械能可能为零，而内能为零是不可能的，C错。物体温度不变的过程中，也有可能有热传递，如对物体做了功，要保持温度不变，必有热传递过程，D错。故选B。
能量是状态量，物理中状态量的还有：动能、速度等，热量和功一样是过程量，过程量是在状态量发生变化过程中的一种量度。
类型二能量转化或转移的计算
辐射、熔解、汽化、液化、升华等物理过程中都伴随着能量的转化或转移，在能量转化和转移过程中往往涉及到有关能量计算问题，能的转化和守恒定律是该过程计算的依据。
【例2】(07扬州期末)某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率，制作了一个半径0.10m的0C的冰球，在环境温度为0C时，用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧秤下放在太阳光中。经过40min后弹簧秤的示数减少了3.5N。已知冰的熔化热λ＝3.35×105J/kg，请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在每平方米面积上的辐射功率(冰的熔化热是指一个标准大气压下1kg0C的冰熔化成0C的水所吸收的热量。设冰融化成水后，全部滴离黑布包着的冰球。g＝10m/s2，结果保留两位有效数字)。
导示:太阳光垂直照射时间t=2400s
面积＝m2
冰减少的质量＝0.35kg
冰吸收的热量J
由热平衡方程
所以W/㎡
另外，在计算热辐射时常用到一种模型：以辐射源为球心，从辐射源到吸热物体的距离为半径，作一个球面，看吸热物体的吸热面积，从而计算出吸热物体所吸收的热量。
类型二改变物体内能的两种方式
改变物体内能有两种方式，即做功和热传递，并且这两种方式对改变物体内能是等效的。
【例2】（07苏锡常镇一模）一定质量的理想气体，由初始状态A开始，按图中的箭头所示方向进行状态变化，最后又回到初始状态A，即A→B→C→A，这一过程称为一个循环，对气体在该循环中的有关描述正确的是()
A．由A→B，气体的分子平均动能增大，吸收热量
B．由B→C，气体的分子数密度增大，内能减小，吸收热量
C．由C→A，气体的内能减小，放出热量，外界对气体做功
D．经过一个循环过程后，气体内能可能减少，也可能增加
导示:由A→B，气体温度升高，气体的分子平均动能增大，同时体积增大，气体要对外做功，所以要吸收热量，A正确。由B→C，气体体积不变，气体的分子数密度不变，温度降低，内能减小，B错。由C→A，温度降低，气体的内能减小，体积减小，外界对气体做功，必放出热量，C正确。经过一个循环过程后，气体又回到了原来状态，气体内能不变，D错。故选AC。
物体内能改变的两种方式中，要分清是由哪种情况而产生的，对内能改变是增加还是减小往往是解题的关键。
1．下列关于分子的动能，正确的是()
A．物体运动速度大，物体内分子的动能一定大
B．温度升高，物体内每个分子动能都增大
C．温度降低，物体内分子平均动能一定减小
D．物体内分子的平均动能与物体做机械运动的速度大小无关
2．关于分子势能，下列说法正确的是()
A．外力对物体做正功，分子势能增大
B．分子力做正功，分子势能增大
C．物体体积增大，分子势能增大
D．理想气体分子势能为零
3．(07高考理综北京卷)为研究影响家用保温瓶保温效果的因素，某位同学在保温瓶中灌入热水，先测量初始水温，经过一定时间后再测量末态水温。改变实验条件，先后共做了6次实验，实验数据记录如下表：
序号瓶内水量（mL）初始水温（℃）时间（h）末态水温（℃）
1100091478
2100098874
3150091480
41500981075
5200091482
62000981277
下列研究方案中符合控制变量方法的是()
A．若研究瓶内水量与保温效果的关系，可用第1、3、5次实验数据
B．若研究瓶内水量与保温效果的关系，可用第2、4、6次实验数据
C．若研究初始水温与保温效果的关系，可用第1、2、3次实验数据
D．若研究保温时间与保温效果的关系，可用第4、5、6次实验数据
4．（07南京检测）固定的水平气缸内由活塞B封闭着一定量的气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略．假设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变．若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于气缸内气体的下列结论，其中正确的是（）
A．气体对外做功，气体内能减小
B．气体对外做功，气体内能不变
C．外界对气体做功，气体内能不变
D．气体从外界吸热，气体内能不变

参考答案：1．CD2．CD3．A
4．BD

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物理教案物体的内能

教学目标
（1）知道什么是物体的内能
（2）知道物体内能的组成
（3）知道分子动能和分子势能与哪些因素有关

教学建议

教材分析
分析一：教材先由所学知识推出分子动能的存在，并说明分子动能与温度的关系，再又分子力说明分子势能的存在，最后总结出内能的概念

分析二：分子势能在微观上与分子间距离有关（宏观上表现为体积），当分子间距离大于平衡距离时，分子力表现为引力，此时增大分子间距离，分子力作负功，分子势能增加；当分子间距离小于平衡距离时，分子力为斥力，此时减小距离，分子力还是做负功，分子势能增加；由此可见分子间距离等于平衡距离时分子势能最小，但不一定为零，因为分子势能是相对的．分子势能与分子间距离的关系如上图所示．分子势能可与弹性势能对比学习，分子相距平衡距离时相当于弹簧的平衡位置，但对比学习时，也要注意两者的区别．
分析三：比较两物体内能大小，需要考虑到分子平均动能、分子势能和分子总个数．分子平均动能与温度有关，温度越高，分子平均动能越大，温度越低，分子平均动能越小．分子势能与分子间距离（宏观上表现为体积）有关，分子间距离改变（宏观上表现为体积改变），分子势能改变，但分子势能与分子间距离（体积）的关系比较复杂：分子间距离增大，分子势能可能增大，也可能减小，即体积增大，分子势能可能增大，也可能减小．因此我们不能单从体积的改变上判断分子势能如何改变，而是往往要视具体情况而定．
分析四：机械能与内能有着本质的区别，对于同一物体，机械能是由其宏观运动速度和相对高度决定的，而内能是由物体内部分子无规则运动和聚集状态决定．例如放在桌面上静止的木块温度升高，其机械能不变，而内能发生了改变．

教法建议
建议一：在分析物体内能时要充分利用前三节所学分子动理论的基本观点，由旧有知识推导出新知识．
建议二：在讲分子势能时，最好能与弹簧的弹性势能进行类比学习．
建议三：在区分机械能与内能时，最好能举例说明．

--方案

教学重点：内能的组成，分子动能和分子势能分别与哪些因素有关．
教学难点：分子势能
一、分子动能
温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子运动越剧烈，分子平均动能越大．分子平均速度和平均动能是一个宏观统计概念，温度越高，分子平均动能越大，但并不是所有分子动能都增大，个别分子动能还有可能减小．
二、分子势能
由分子间作用力决定的一种能量，与分子间距离有关，宏观上表现出与物体体积有关．
当分子间距离大于平衡距离时，分子力表现为引力，此时增大分子间距离，分子力作负功，分子势能增加；当分子间距离小于平衡距离时，分子力为斥力，此时减小距离，分子力还是做负功，分子势能增加；由此可见分子间距离等于平衡距离时分子势能最小，但不一定为零，因为分子势能是相对的．分子势能与分子间距离的关系如图所示．

三、物体的内能
物体内所有分子的动能和分子势能的总和叫内能．
例1：相同质量的0℃水与0℃的冰相比较
A、它们的分子平均动能相等
B、水的分子势能比冰的分子势能大
C、水的分子势能比冰的分子势能小
D、水的内能比冰的内能多
答案：ABD
评析：质量相同的水和冰，它们的分子个数相等；温度相等，所以分子平均动能相等，因此它们总的分子动能相等．由水结成冰，需要释放能量，所以相同质量、温度的水比冰内能多，由于它们总的分子动能相等，所以水比冰的分子势能大．本题很容易误认为水结成冰，体积增大，所以内能增大．
机械能与内能有着本质的区别，对于同一物体，机械能是由其宏观运动速度和相对高度决定的，而内能是由物体内部分子无规则运动和聚集状态决定．例如放在桌面上静止的木块温度升高，其机械能不变，而内能发生了改变．
例2：下面有关机械能和内能的说法中正确的是
A、机械能大的物体，内能一定也大
B、物体做加速运动时，其运动速度越来越大，物体内分子平均动能必增大
C、物体降温时，其机械能必减少
D、摩擦生热是机械能向内能的转化
答案：D
评析：对于机械能和内能，它们是两种完全不同的形式的能，需要从概念上对它们进行区分．
四、作业

探究活动
题目：怎样测量阿伏加德罗常数
组织：分组
方案：查阅资料，设计原理，实际操作
评价：方案的可行性、科学性、可操作性

高考物理考点复习

第二课时单元知识整合
1．布朗运动和扩散现象说明了分子永不停息地做无规则运动，布朗运动并不是分子的运动，而是分子无规则运动的反映。
2．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间的距离的减小而增大，但斥力比引力变化得快；当10r0rr0时，分子力表现为引力，当rr0时，分子力表现为斥力。
3．物体的内能是所有分子做热运动的分子动能和分子势能的总和，温度是分子热运动平均动能的标志，物体的内能与温度、体积和分子数有关。
4．当r=r0时，分子势能最小，当10r0rr0时，分子势能随r的增大而增大，当rr0时，分子势能随r的增大而减小。
5．改变内能的方式有做功和热传递；它们对改变物体内能是等效的，但做功是能量的转化，热传递是能量的转移。
6．热力学第一定律的表达式为△U＝W+Q。热力学第二定律告诉我们不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化；或者说不可能使热量由低温物体传到高温物体而不引起其他变化，所以说第二类永动机不可能制成。
7．一定质量的气体的压强，在宏观上取决于温度和体积，在微观上取决于平均动能和分子密度。
8．液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。
9．液晶一方面像液体具有流动性，另一方面又像晶体在特定方向比较整齐，具有各向异性。
1．构建理想化模型
(1)计算分子大小和分子间距时构建“球模型”和“立方体”模型。
(2)研究分子间的相互作用力时构建“弹簧模型”。
(3)研究气体的状态变化时构建“理想气体模型”。
2．单分子油膜法测分子直径，其中还包括“数格子”的估算方法(有些参考书称之为“填补法”)。
3．假设法：如在研究第一类永动机和第二类永动机时可假没它的存在，推出与已知的定律或规律相矛盾的结论。
4．统计法：研究气体的热运动，可以从统计的角度研究气体分子运动的特点。
5．能量守恒法：能量守恒不仅是一种规律，而且是研究物理问题的一种重要方法。
6．与NA有关的计算的基本思路：
知识点一分子大小的估算
分子大小估算方法，是根据题目中给出的条件或情景进行的，其中阿伏加德罗常数是联系宏观与微观量的桥梁。
【例1】已知水银的密度=1.36104kg/m3,摩尔质量为=200.610-3kg/mol,求:1cm3水银中含有的原子数为多少个?并估算水银原子的直径.
导示:
得:d=3.6×10-10m
估算分子大小时有两种模型，对固体和液体，一般用球模型，对气体估算分子间距离时用立方体模型。
知识点二气体分子运动论
气体的压强是由大量分子与容器壁碰撞而产生的，从微观角度看，它与单位体积内的分子数目有关，与分子运动的平均速度有关。在宏观上看，它与气体的体积、气体的温度有关。
【例2】（07理综）如图所示，质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在气缸内，活塞与气缸之间无摩擦。a态是气缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态，b态是气缸从容器中移出后，在室温（270C）中达到的平衡状态。气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变。若忽略气体分子之间的势能，下列说法正确的是（）
A、与b态相比，a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多
B、与a态相比，b态的气体分子在单位时间内对活塞的冲量较大
C、在相同时间内，a、b两态的气体分子对活塞的冲量相等
D、从a态到b态，气体的内能增加，外界对气体做功，气体对外界释放了热量
导示:由于两种状态下压强相等,所以在单位时间单位面积里气体分子对活塞的总冲量肯定相等;由于b状态的温度比a状态的温度要高,所以分子的平均动量增大,因为总冲量保持不变,所以b状态单位时间内冲击活塞的分子数肯定比a状态要少.故选AC。
知识点三制冷原理
【例3】电冰箱是一种制冷机,是用机械的方法制造人工低温的装置.一般电冰箱使用氟里昂作为制冷剂.压缩机工作时,强迫制冷剂在电冰箱内外的管道中不断循环,那么,下列说法中正确的是（）
A.冰箱内的管道中,制冷剂迅速膨胀并吸收热量
B.冰箱外的管道中,制冷剂迅速膨胀并放出热量
C.冰箱内的管道中,制冷剂被剧烈压缩并吸收热量
D.冰箱外的管道中,制冷剂被剧烈压缩并放出热量.
导示:热量不会自发地从低温热源移向高温热源,要实现这种逆向传热,需要外界做功.气态的制冷剂在压缩机中经压缩成高温气体,送入冷凝器,将热量传给空气或水,同时制冷剂液化成液态,再通过膨胀阀或毛细管进行节流减压膨胀后,进入箱内蒸发器,液态制冷剂在低压下可以在较低温度下蒸发为气体,在蒸发过程中制冷剂吸热,使周围温度降低,产生低温环境,蒸发后气态的制冷剂再送入压缩机,这样周而复始,由外界(压缩机)做功,系统(制冷剂)从低温热源(蒸发器)吸热,把热量传到高温热源(冷凝器),从而在冰箱内产生低于室温的温度.根据前面的分析可知AD正确。
应理解热力学定律和气体状态变化的特点。
知识点四气体的实际问题
气体的实际问题，与日常生活联系密切，气体分子数目、气体压强计算时要抓住被研究的对象，进行模型化处理。
【例4】（07年山东卷）某压力锅结构如图所示。盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。假定在压力阀被顶起时，停止加热。
（1）若此时锅内气体的体积为V，摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，写出锅内气体分子数的估算表达式。
（2）假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1J,并向外界释放了2J的热量。锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
（3）已知大气压强P随海拔高度H的变化满足P=P0（1-αH），其中常数α＞0。结合气体定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同。
导示:（1）设锅内气体分子数为n，
（2）根据热力学第一定律，ΔE=W+Q=-3J
锅内气体内能减少，减少了3J
（3）由P=P0（1-αH）（其中α＞0）知，随着海拔高度的增加，大气压强减小；
由P1=P+mg/S知，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时锅内气体压强减小；
根据查理定律P1/T1=P2/T2
可知阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低。
知识点五气体状态参量的变化
气体状态参量的变化，涉及P、V、T三个物理量，分析物理过程中是否有不变的物理量，还是三个物理量都发生变化，选择好研究的气体对象后，根据气体实验定律可理想气体状态方程列式求解。
【例5】(07宁夏卷)如图所示，两个可导热的气缸竖直放置，它们的底部都由一细管连通（忽略细管的容积）。两气缸各有一个活塞，质量分别为m1和m2，活塞与气缸无摩擦。活塞的下方为理想气体，上方为真空。当气体处于平衡状态时，两活塞位于同一高度h。（已知m1＝3m，m2＝2m）
⑴在两活塞上同时各放一质量为m的物块，求气体再次达到平衡后两活塞的高度差（假定环境温度始终保持为T0）。
⑵在达到上一问的终态后，环境温度由T0缓慢上升到T，试问在这个过程中，气体对活塞做了多少功？气体是吸收还是放出了热量？（假定在气体状态变化过程中，两物块均不会碰到气缸顶部）。
导示:⑴设左、右活塞的面积分别为A/和A，由于气体处于平衡状态，故两活塞对气体的压强相等，即：
由此得：
在两个活塞上各加一质量为m的物块后，右活塞降至气缸底部，所有气体都在左气缸中。
在初态，气体的压强为，体积为；在末态，气体压强为，体积为（x为左活塞的高度）。由玻意耳－马略特定律得：
解得：，即两活塞的高度差为
⑵当温度由T0上升至T时，气体的压强始终为，设x/是温度达到T时左活塞的高度，由盖吕萨克定律得：
活塞对气体做的功为：
在此过程中气体吸收热量
1．以下关于分子力的说法,正确的是（）
A.分子间既存在引力也存在斥力
B.液体难被压缩表明液体分子中分子力总是引力
C.气体分子之间总没有分子力的作用
D.扩散现象表明分子间不存在引力
2．一个带活塞气缸内盛有一定量的气体,若此气体的温度随其内能的增大而升高,则
A.将热量传给气体,其温度必升高
B.压缩气体,其温度必升高
C.压缩气体,同时气体向外界放热,其温度必不变’
D.压缩气体,同时将热量传给气体,其温度必升高
3．封闭在玻璃玻璃容器内的气体,温度升高时,不发生改变的物理量有:()
A.分子动能B.分子势能C.气体的压强D.分子的密度E.气体的状态

参考答案
1．A2．D3．BD

物体的内能

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第七章A物体的内能
一、教学任务分析
物体的内能是继机械能之后学习的另一种形式的能。学习内能既认识了微观世界的分子具有能量，也为以后学习能的转化和能量守恒定律等知识奠定基础。
学习物体的内能需要以分子动理论、物体的动能、势能、机械能等知识为基础。
以实验创设情景，通过对问题的讨论，引入学习物体的内能，以及物体的内能与温度、体积和状态的关系。
通过DIS实验和学生实验，使学生知道“外力对物体做功，物体的内能增加”，“物体对外做功，内能减少”的变化规律。
通过“历史回眸”，介绍焦耳对热与功当量关系的研究。
在学习分子势能时，与重力做功、重力势能变化类比，使学生体验“类比”的方法；在学习物体的内能时，感受初步的统计规律概念；在研究做功使物体内能发生变化的过程中，感受“实验探究”的方法，培养学生的观察、分析、判断、推理、归纳等能力；在学习焦耳对热与功当量关系的研究中，体验科学家在探究真理过程中的科学精神。
二、教学目标
1．知识与技能
（1）知道分子的动能，知道温度是分子热运动平均动能的标志。
（2）知道分子势能，知道分子势能跟物体的状态和体积有关。
（3）知道物体的内能。
（4）知道内能变化的两个途径：做功和热传递。知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
2．过程与方法
（1）通过学习分子势能，认识“类比”的科学方法。
（2）通过学习内能的概念，感受统计规律的研究方法。
（3）通过研究做功使物体内能发生变化的学习过程，认识“实验探究”的方法。
3．情感、态度价值观
（1）通过观察和动手操作实验，体验乐于科学探究的情感。
（2）通过对焦耳的简单介绍，感悟科学家在探究真理过程中的科学精神。
三、教学重点与难点
重点和难点：物体的内能；内能变化的两个途径。
四、教学资源
1、器材
（1）演示实验：
①分别装有冷、热水的杯子各一只，温差电池、小电扇
②铜管、绳子、温度传感器、数据采集器、计算机。
③圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。
（2）学生实验：
①烧杯两只、红墨水、冷、热水。
②酒精灯、试管、试管夹、活塞。
2、课件：柴油机的结构及工作过程flash课件。
五、教学设计思路
本设计内容包括三个方面：一是物体的内能；二是内能变化的两个途径；三是做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
本设计的基本思路是：以实验创设情景，激发学生的好奇心。通过对问题的讨论，引入学习物体的内能，以及物体的内能与温度、体积和状态的关系。通过结合日常生活经验进行交流讨论，在实验的基础上，得出改变物体内能的两个途径。通过“历史回眸”，介绍焦耳对热与功当量关系的研究，知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
本设计要突出的重点和要突破难点是：物体的内能和内能变化的两个途径。方法是：以实验和分析为基础，根据学生在初中和前阶段学习时已经掌握的知识，结合学生的亲身体会，应用实验和动画演示对实例进行分析，掌握物体的内能和内能变化的两个途径，从而突出重点，并突破难点。
本设计强调问题讨论、交流讨论、实验研究、教师指导等多种教学策略的应用，重视概念、规律的形成过程以及伴随这一过程的科学方法的教育。通过学生主动参与，培养其分析推理、比较判断、归纳概括的能力，使之感受“类比”、“实验探究”、“归纳推理”等科学方法；感悟科学家的探究精神，提高学习的兴趣。
完成本设计的内容约需1课时。
六、教学流程
1、教学流程图
2、流程图说明
情景演示实验1
内装一定质量、不同水温的上、下两只杯子，杯体上标明水的温度值。其中，上方的杯底有一块半导体材料制成的温差电池，电池两极与一只小风扇构成回路。当上下杯水的温度不同时，风扇会不停转动。
设问1：驱动风扇运转的能量来自何处？
活动I学生实验1
取两杯温度不同、体积相同的清水，分别滴入一滴红墨水，观察发生的变化。
活动II大家谈
列举内能发生变化的实际事例。
设问2：如何使内能发生变化？
活动III演示实验2DIS实验
用温度传感器研究摩擦与热的关系。观察温度变化曲线，分析拉动次数和对应的温度变化情况。
活动Ⅳ演示实验3
演示压缩空气，硝化棉燃烧。
播放柴油机的结构及工作过程的flash课件。
活动V学生实验2
用酒精灯加热试管中的水，沸腾时，可以看到活塞被冲出，试管壁上有小水珠生成。
活动Ⅵ历史回眸
介绍焦耳对热与功当量关系的研究。
3、教学主要环节本设计可分为三个主要的教学环节。
第一环节，通过实验观察与讨论，归纳得出物体内能的概念，以及物体的内能与温度、体积和状态的关系。
第二环节，通过DIS实验和学生实验的研究，认识改变物体内能的两条途径。
第三环节，通过“历史回眸”，介绍焦耳对热与功当量关系的研究，知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
七、教案示例
（一）情景引入:
1、观察演示实验1，提出问题
演示实验1：内装一定质量、不同水温的上、下两只杯子，杯体上标明水的温度值。其中，上方的杯底有一块半导体材料制成的温差电池，电池两极与一只小风扇构成回路。当上下杯水的温度不同时，风扇会不停转动。
设问1：驱动风扇运转的能量来自何处？
2、导入新课
我们可以用这节课学习的知识来回答上面的问题。
（二）物体的内能
物体由大量分子组成，分子在不停地做无规则的热运动。
1、分子动能
学生实验1：取两杯温度不同、体积相同的清水，分别滴入一滴红墨水，观察发生的变化。
结论：温度越高，分子的无规则运动（热运动）越剧烈。
温度是物体分子热运动平均动能的标志。
2、分子势能
分子势能随分子间距离的变化而变化，分子势能与物体的状态和体积有关。
类比：重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加。
分子间作用力做正功，分子势能减少，分子间作用力做负功，分子势能增加。
3、物体的内能
（1）热现象是大量分子热运动的宏观表现，是大量分子运动的统计结果。
（2）内能与温度的区别。
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。
（3）内能与机械能的区别。
定义决定量值测量
内能物体内所有分子动能和势能之和由物体温度、体积和状态决定任何物体都有内能，不为零无法测量
机械能物体的动能，重力势能和弹性势能统称跟宏观运动状态，参照系和零势能点的选取有关可以为零可测量
大家谈：列举内能发生变化的实际事例。
设问2：如何使物体的内能发生变化？
（三）改变内能的途径
1、做功可以改变物体的内能
（1）外界克服摩擦力做功，使物体的内能增加。
演示实验2：用温度传感器研究摩擦与热的关系。铜管内插入温度传感器，拉动绳子，观察软件界面上温度变化曲线，分析拉动次数和对应的温度变化情况。
结论：摩擦做功越多温度升高越大，摩擦做功越快温度升高越快。克服摩擦力做功，物体温度升高，内能增加。
（2）压缩气体做功，气体内能增加。
演示实验3：活塞压缩玻璃管内的空气，硝化棉燃烧。
结论：压缩空气做功，使空气温度升高，内能增大，达到硝化棉的燃点使棉花燃烧。
播放柴油机的结构及工作过程的flash课件，进一步认识压缩气体做功可以使气体内能增加。
（3）气体对外做功，内能减少。
学生实验2：用酒精灯加热试管中的水，沸腾时，可以看到活塞被冲出，试管壁上有小水珠生成。
结论：试管内的气体推动活塞做功时，气体内能减少，温度降低，使试管内水蒸气液化成小水滴。
2、热传递可以改变物体的内能
（四）做功和热传递对改变物体的内能是等效的
介绍“历史回眸”栏目中焦耳对热与功当量关系的研究，知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的，感悟科学家的探究精神。

（五）应用
回顾新课导入时创设的情景，解释小风扇转动的原因：上下两个杯子的水温相同时，风扇没有转动；而当两个杯子水温相差较大时，风扇在很快转动。实际上是利用温差来发电，从而使马达旋转，这个实验说明在一定条件下物体的内能可以转化为电能。
（六）总结（略）
（七）作业布置（略）

《物体的内能》教案

《物体的内能》教案

教学目标：

1．通过分子运动模型和动能、势能的类比建构内能概念模型，通过对内能大小因素影响的活动，加深学生对内能概念的理解。

2．通过学生加热铜片上热变色指甲油的实验，让学生直观的感受并理解热传递的规律。通过摩擦双手升温的活动、弯折铁丝发热活动以及压缩空气引火仪的演示实验等让学生归纳出对物体做功能使内能增加的科学规律。通过气体对外做功实验让学生明白物体对外做功内能减少的科学规律。

3．通过让学生回答生活中热传递和摩擦生热的例子，体会科学来自生活，服务于生活。

4．引导学生仔细观察实验步骤并用科学的方法来解释进行讨论，提高学生的分析能力、培养孩子的合作精神、培养严谨的科学态度。

重点难点：

重点：内能概念的理解、改变内能的方法。

难点：内能概念的建构，对科学现象的解释。

教学过程：

老师活动：学生活动：设计意图

引入：老师：同学们，老师今天带来了一个有趣的玩具叫斯特林发动机。转一下它会慢慢停下来（用手轻轻拨动）。

老师：这杯是开水，现在把它放在开水上，看它在不停的转动（用手轻轻拨动）。它能不停的转动说明有什么？

能量是来自哪里呢？

老师：开水具什么能量呢？

老师：今天，我们一起来学习物体的内能就是同学们说的热能(板书：物体的内能)

新课展开：老师：为了认识内能我们先来回顾一下曾经学过有关分子运动的知识和机械能的知识。

老师：我们根据分子运动的特点看一下分子的动态模型图，类比一下飞行的子弹和拉伸或压缩的弹簧（PPT上展示）

老师：我们来仔细观察一下分子具备什么样的能量？

追问：为什么这样认为？

追问：还有什么能？

追问：为什么这样认为？

老师：回答很好（并用弹簧分子模型模型进行类比）

定义：我们把物体内部所有分子动能和势能的总和.（板书：总和）

介绍：在这里，“总和”这个词非常关键，它揭示了内能其实是一个统计量，而不是一个分子的动能或一对分子的势能那么简单，这应该就是内能与机械能最本质的区别。

老师：同学们，读一下内能的概念。

老师：在概念中找出关键词，并说明影响关键词的大小的因素和对应的宏观量。

（板书：在动能下打一箭头写上温度）

（板书：在势能下打一箭箭头写上状态和体积）

老师：回答的很好，还有哪位同学找的关键词呢？

（板书：在所有分子下打一箭头写上质量）老师：考虑的很仔细，还有没有同学找到其他的关键词。

（板书：分子下打一箭头写上材料）

思考1：大气层热层温度高达一千多摄氏度，可是在那里宇航员并不觉得热。这是为什么？

材料：大气层热层空气密度只及地面密度的千亿分之一

思考2：为什么说无论高温物体还是低温物体，都具有内能。

过渡：我们如何来改变物体内能大小呢？

老师：我们来做一个实验，：铜片上涂的是热变色指甲油，温度低的时候是蓝紫色，温度高的是红色。我们把没有涂上指甲油的一端对着酒精灯加热观察现象。

老师：说明热传递方向是怎么样的？

（板书：改变内能：热传递：高温→低温）（热量）

老师：请同学们说一说生活中靠热传递改变内能的例子。

老师：请思考此时能量是转化还是转移过去的？

追问：为什么？

过渡：除了热传递还有没有其他的方法改变内能呢？

（板书：做功）

老师：能不能举例说明？

老师：能不能举些摩擦生热的例子？

老师：我们现在就体会一下，双手摩擦内能增加。

小结：外界对物体做功可以使物体内能增加

（板书：做功：对内增加）

老师：只要外界对物体做功不一定的摩擦的方式内能都会增加。（演示实验空气压缩引火仪）我们观察到什么？

老师：为什么老师压缩空气会使得硝化棉燃烧起来？

老师：我们摸一下铁丝弯折的地方有什么感觉？

追问：为什么会感觉热？

过渡：物体对外做功又会怎么样呢？（演示实验压缩空气对外做功）

老师：请同学们仔细观察现象。说一说看到了什么？

老师：有白雾说明了什么？

老师：为什么温度会下降？

（做功：对外减少）

老师：做功的过程能量是发生的转化还是转移？为什么？

老师：我们观察了这整个实验过程。同学们试着把这个现象的利用科学原理来解释说明一下。

提示：（PPT）

1.变化的原因是什么变化的结果是什么？

2.是直接变化还是间接一连串的变化？

3.找出变化的关键词。

4.根据它们之间的关系，用简洁的科学性的语言串接起来。

课堂小结：

课内作业：（见课件课学案）

学生：由于惯性还能转动。

学生：说明有能量。

学生：说明有动能。

学生：来自开水。

学生：开水有热能

学生:完成任务单一：并回答提问

任务一：知识储备

1、物质是由大量的组成的，分子间有。

2、分子在做永不停息的，越高分子运动越剧烈。

3、分子间不仅存在力，而且还存在力。

任务二：认识内能

学生：具有动能。

学生：分子一直在运动（板书：动能）。

学生：具有势能。

学生：分子间存在引力和斥力(板书：势能)

学生：当分子距离近的时候斥力大于引力，当分子距离远的时候引力大于斥力。

学生：完成任务二,并回答问题

思考：影响内能大小的因素

关键词影响因素对应的宏观量

学生：我找到的关键词是分子动能，影响分子能的因素是分子运动的快慢，对应宏观量是温度。

学生：我找的关键词是分子势能，影响分子势能的因素是的分子间的引力和斥力，与分子间的距离有关，对应的宏观量是状态和体积。

学生：我找到的关键词是所有分子，影响因素是分子的数量，对应的宏观量是质量。

学生：我找的是分子，影响因素是分子的种类，对应的宏观量是材料。

思考讨论后，学生：由于那里分子的密度极低，虽然分子热运动很剧烈，但是数量太少太少，所以内能非常非常的小，以至于人们并不感觉热。

学生：因为分子在永不停息的做热运动，分子始终有动能和势能，所以我们说低温物体也具有内能。

任务三：改变内能

（学生实验：用试管夹夹住铜片放在酒精灯上加热）

学生：我看到热变色指甲油慢慢从高温部位红过来。

学生：热量从高温物体传到低温物体，从物体的高温部分传到物体的低温部分。

学生：煮饭、烧开水、用热水袋暖手……

学生：是转移过去的。

学生：因为是同一种能，都是内能，一个增加一个减少。

学生：做功

学生：钻木取火

学生：滑滑梯屁股发烫、双手摩擦会感觉暖、流星……

学生活动：摩擦双手生热

学生：我们看到引火仪里的东西燃烧了。

学生：因为外界对物体做功使得内能增加，当硝化棉温度达到着火点于是就燃烧起来。

学生活动：多次弯折铁丝

学生：感觉有点发热

学生：因为对铁丝做功，铁丝的内能增加。

学生：我们看到老师打气后，吸滤瓶的瓶塞“嘭”的飞起来，看到瓶子里出现了大量的白雾。

学生：说明温度下降水蒸气液化。

学生：气体对外做功，内能减少。

学生：发生的转化，因为变成了不同形式的能。

学生小组讨论。

学生：变化的原因是老师在打气，结果是瓶子里出现了大量白雾。

学生：是一连串的变化。

学生：打气→气压差→瓶盖跳起→气体对外做功→气体温度降低→瓶内气体液化→白雾。

学生：不停打气，瓶内气压大于大气压，由于气压差塞子向外飞出，此时气体对外做功，内能减少，温度下降，瓶内的水蒸气遇冷对外放热液化成小水滴。所以就看到这样的现象。

学生：……

激趣激疑引入。对内能的学习充满期待。

为构建内能概念模型进行知识的回顾和铺垫。

通过对分子模型的分析得出内能的定义。

通过对内能寻找内地大小的因素使得与宏观现象进行联系。进一步建构起内能的概念。

理解内能大小不是单单由温度的高低引起的。

通过创新的实验让学生明白什么是热传递以及热传递的规律。

体会热传递对生活中的作用。

引导学生热传递属于能量转移。

体会摩擦做功内能增加过程。

通过大量外界对物体做功使得内能增加，这种归纳的思维方式。

引导学生观察实验并得出实验结论。

引导学生回答做功是能量转化的过程。

对科学现象的解释进行方法指导。

反思:通过红墨水分别在热水、冷水中扩散的快慢不同，回顾了初一所学的知识：构成物质的分子在永不停息地做无规则的运动，而且这种运动的快慢与温度有关，所以称为分子的热运动。通过对比子弹的运动与分子的运动得出运动着的分子也具有动能；通过对比形变的弹簧与相互作用的分子得出分子也具有势能。最后确定物质内部所有分子热运动的动能和势能的总和，叫做物体的内能。为了明确物体内能的影响因素（前面学生已经确定温度越高，物体的内能越大）,通过对分子模型的分析得出内能的定义。用弹簧分子模型模型进行类比,对内能寻找内地大小的因素使得与宏观现象进行联系。进一步建构起内能的概念。