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。
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。
课堂讨论题:下列各个实例中,比较物体的内能大小,并说明理由。
①一块铁由 15℃升高到 55℃,比较内能。
②质量是 1kg 50℃的铁块与质量是 0.1kg 50℃的铁块,比较内能。
③质量是 1kg 100℃的水与质量是 1kg 100℃的水蒸气,比较内能。
(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。
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。
课上练习
判断下面各结论是否正确?
(1)温度高的物体,内能不一定大。
(2)同样质量的水在 100℃时的内能比 60℃时的内能大。
(3)内能大的物体,温度一定高。
(4)内能相同的物体,温度一定相同。
(5)温度高的物体,含有的热量多,或者说内能大的物体含有的热量多。
答案:(1)、(2)是对的。
三、课堂小结
1.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.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。
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第2课时
一、复习引入
1.复习提问
什么是物体的内能?物体内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。什么叫分子的动能?它和哪些因素有关?由于分子在不停地做着无规则热运动而具有的动能.它与物体的温度有关(温度是分子平均动能的标志)。
什么叫分子的势能?它和哪些因素有关?分子间存在相互作用力,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。它和物体的体积有关。
物体的内能和哪些因素有关呢?与物体的温度和体积有关。
2.问题讨论,引入新课
如何改变物体的内能呢?让学生小组讨论,汇报结论。
可以改变物体的温度或体积。物体内能的变化可以通过什么表现出来呢?或者说怎样判断一个物体(如一杯水、一块铁块)的内能是否改变呢?教师指导学生得出小结:通常情况下,对固体或液体,由于体积变化不明显,主要是通过温度的变化来判断内能是否改变。
二、新课学习
4.物体的内能改变的两种方式
我们今天一起来探讨一下改变内能的方法。
(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。
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