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物体的内能

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学科：物理

教学内容：物体的内能

【根底知识精讲】

知识框图

工程 内 容 提示或说明

分子功能 分子由于运动而具有的能量叫分子动能.其大小与分子运动状态有关. 分子动能不是物体运动时具有的动能,不能将两者等同起来.

分子的

平均动能 物体内分子动能的平均值.其大小与温度的上下有关,与物体的运动状态无关. 分子的平均动能是对大量分子的统计结果,对单个或少数分子无意义.

温度 是反映物体冷热程度的物理量,是分子平均动能的标志. “标志〞可理解为温度高,分子的平均动能大；温度低,分子的平均动能小.

分子势能 分子间所具有的由它们的相对位置决定的能.分子势能与分子间距离的关系如下：

①r＜r0时,r减小,分子势能增大；②当r＞r0时,r增大,分子势能增大；③当r=r0时,分子势能最小；④当r＞10r0时,可认为分子势能为零.从宏观上说,分子势能与物体的体积有关. 分子势能不是物体具有的重力势能.分子势能随分子间距离变化的关系与弹性势能随簧长度变化类似.微观上分子间距离的变化在宏观上表达为物体体积的变化.通常情况下,固体分子间距离r=r0.

1.分子动能是一个自然迁移而成的概念.由于分子在作热运动,所以分子具有动能,但分子热运动是无规那么的,面对大量无规那么运动的分子,研究单个分子的动能是不可能的,也是毫无意义的.我们只研究大量分子的动能,而大量分子的动能那么表现出统计规律性,比方物体所有分子动能之和或平均每个分子的动能具有确定的数值.要注意区别单个分子的动能、物体所有分子的动能及分子的平均动能这三个概念.

2.回忆重力势能,取决于重力和高度.看的深刻些,重力势能是由物体与地球引力及两者之间相对位置决定的能量.类比迁移,体会分子势能概念,并类比重力做功与重力势能变化的关系,迁移把握分子力做功与分子势能变化的关系,结合分子的特点、规律掌握分子势能与分子间距离(物质体积V)的关系.

3.物体的内能指物体中所有分子做无规那么运动动能和分子势能的总和.注意“所有〞二字,明确任何物体都有内能,物体的内能与温度、体积、分子总数有关,内能是状态量,它与机械能是两种根本不同的能量形式.

【重点难点解析】

重点 物体的内能及大小的相关因素. 难点 分子力做功与分子势能的关系.

1.温度是分子平均功能的标志

分析 分子运动理论指出：温度越高,分子热运动越剧烈,平均每个分子的动能就越大,所以说温度是分子的平均功能的标志.这是对温度这一概念从物体的冷热程度的简单熟悉,进一步深化到它的微观含义.

2.物体的内能与机械能的区别

通过下表可看出二者的区别

比拟

能 定义 决定 量值 测量 本质

内能 物体内所有分子动能和势能之和 由物体内部状态决定 任何物体都有内能,恒不为零 无法测量 微观分子的运动和相互作用的结果

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 宏观物体的运动和相互作用的结果

【难题巧解点拨】

例1 甲、乙两个分子相距较远(此时它们之间的分子力可以忽略),设甲固定不动,在乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中,关于分子势能变化情况的以下说法,哪个是正确的?( )

A.分子势能不断增大 B.分子势能不断减小

C.分子势能先增大后减小 D.分子势能先减小后增大

解析 从分子间的作用力与分子间的距离的关系知道,当分子间距离大于10r0时,分子间的作用力十分小,可以忽略,所以当乙从较远处向甲尽量靠近的过程中,分子力先是对乙做正功,后是分子力对乙做负功或者乙克服分子力做功,而由做功与分子势能变化的关系又知道,假设分子力做正功,分子势能减小,假设分子力做负功,分子势能增加.因此当乙尽量向甲靠近的过程中,分子势能是先减小后增大,应选D.

例2 有甲乙两种气体,如果甲气体内分子平均速率比乙气体内分子平均速率大,那么( )

A.甲气体温度一定高于乙气体温度

B.甲气体温度一定低于乙气体温度

C.甲气体温度可能高于也可能低于乙气体的温度

D.甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动快

解析 气体温度是气体分子的平均动能的标志,而分子平均动能不仅跟分子的平均速率有关,还跟分子的质量有关,通常认为分子运动越剧烈(即分子的平均速率越大)温度越高是指同一物体而言.此题涉及两种不同气体(分子质量不同),它们的分子质量和平均速率的大小是无法确定分子平均动能的大小的,因而也无法确定这两种气体温度上下,故AB错,C正确,平均值大,并不一定每个分子速率都大,故D不正确.

例3 以下说法正确的选项是( )

A.机械能为零,内能不为零是可能的

B.温度相同,质量相同的物体具有相同内能

C.温度越高,物体的内能越大

D.0℃的冰的内能比等质量的0℃的水内能大

解析 由内能和机械能的区别可知A正确；物体内能由物体的温度、体积和物态等因素决定,故BC不正确；由于0℃的冰的体积比0℃的水大,温度相同,有的同学误认D正确,实际上水有较为复杂的反常膨胀现象,我们用体积来讨论其内能是不适合的,我们可以从能量角度来讨论,由于0℃的冰溶解为0℃的水要吸收热量,或对它做功(如摩擦),所以有其它形成的能转化或内能转移给冰,所以0℃的水的内能比等质量的0℃的冰内能大.

答案 选A.

【命题趋势分析】

本节主要考查三个概念分子平均动能、分子势能、物体内能的理解,以及内能的决定因素、内能与机械能之间的区别等内容.

【典型热点考题】

例1 x、y两容器中装有相同质量的氦气,x中氦气的温度高于y中氦气的温度,但压强却低于y中氦气的压强,由此可知( )

A.x中氦气分子的平均动能一定大于y中氦气分子的平均动能

B.x中每个氦气分子的动能一定大于y中氦气分子的动能

C.x中动能大的氦气分子数一定大于y中动能大的氦气分子数

D.x中氦气分子的热运动一定比y中氦气分子的热运动剧烈

答案 选ACD.

例2 关于分子势能,以下说法正确的选项是( )

A.分子间表现为引力时,分子间距离越小,分子势能越大

B.分子间表现为斥力时,分子间距离越小,分子势能越大

C.物体在热胀冷缩时,分子势能发生变化

D.物体在做自由落体运动时,分子势能越来越小

答案 选BC.

【同步达纲练习】

1.温度相同的氧气和氢气,它们的分子平均动能之比为( )

A.1∶1 B.8∶1 C.1∶8 D.无法确定

2.对温度的描述,正确的有( )

A.温度的上下是由人的感觉决定的

B.物体的内能越大,那么温度越高

C.分子的平均速率大的物体的温度比分子平均速率小的物体的温度高

D.分子的平均动能越大,物体的温度越高

3.由分子间作用力和分子间距离的关系可知( )

A.当r＜r0时,r越小,那么Ep越小

B.当r＞r0时,r越小,那么Ep越大

C.当r＝r0时,Ep最小

D.当r→∞时,Ep最小

4.以下表达中正确的选项是( ) A.物体的内能与物体的温度有关,与物体的体积无关

B.物体的温度越高,物体中分子的无规那么运动越剧烈

C.物体体积改变,内能可能不变

D.物体在压缩时,分子间存在着斥力,不存在引力

5.晶体在熔解过程中,温度 ,分子平均动能 ,其内能 .

6.两个分子相距为r0时,分子势能为零.当分子距离由r0增大时,分子势能 ；当分子距离由r0减小时,分子势能 .

7.三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气,它们的温度相同,那么分子平均速率最大的是 ；气体内能最大的是 .

8.在一列火车上放一杯水,火车静止和匀速运动时,水的内能是否变化?

【素质优化练习】

1.关于机械能和内能,以下说法中正确的选项是( )

A.物体温度升高,内能增加时,其机械能却不一定增加

B.物体的内能损失时,必然导致其机械能减少

C.物体机械能损失时,其内能却有可能增加

D.物体的动能增大时,其分子内能的平均动能也随之增大

2.取一个横截面积是3dm2的不高的圆筒,筒内装水0.6kg,用来测量射到地面的太阳能.在太阳光垂直照射2min后,水的温度升高了1℃.

a.计算在阳光直射下,地球外表每平方厘米每分钟获得的能量.

b.射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面,另外55%被大气吸收和反射而未到达地面,你能由此估算出太阳辐射的功率吗?需要什么数据,自己去查找.

3.某同学为测量地球外表植物吸收太阳能的本领,做了如下实验：用一面积为0.1m2的面盆盛6kg的水,经太阳垂直照射15min,温度升高5℃,假设地表植物接收太阳的水平与水相等,试计算：

(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳?

(2)假设绿色植物在光合作用下每吸收1kJ的太阳能可以放出0.05L的氧气,那么每公顷绿地每秒可放出多少升的氧气.(1公顷=104m2)

参考答案

【同步达纲练习】

1.A 2.D 3.C 4.BC 5.不变,不变,增大 6.增大,增大 7.氢气,氢气 8.不变

【素质优化练习】 1.AC

2.a.圆筒内的水经过2分钟内能的增加为

ΔE ＝Q＝cmΔt

＝4.2×103×0.6×1J＝2.5×103J

每分钟获得的能量为

2.5×103J/2min＝1.25×103J/min

圆筒面积为3dm2＝3×102cm2,所以每分钟每平方厘米获得的能量为

231031025.1J/cm2·min＝4.2J/cm2·min

b.以太阳为球心,又日地距离r为半径作一个球面,根据上述观测,在此球面的每平方厘米面积上每秒钟接受到的太阳能(即射到大气顶层的太阳能)为

45.0602.4J/cm2·s＝61J/cm2·s

太阳的辐射能向四面八方,是均匀辐射的,那么上述球面每秒钟接受到的太阳能,即为太阳的辐射功率P,上述球面的面积为4πr2.其中r＝1.5×1013cm 所以

P＝4πr2×61J/s

＝4π(1.5×1013)2×61J/s

＝2×(1.5×1013)2J/s

＝4.5×1026J/s.

3.(1)6kg水经15min的照射增加内能为ΔE＝Q＝cmΔt＝4.2×103×6×5＝1.26×105J.

每秒钟获得的能量为1.26×105J÷15min＝1.4×102J/s.

每平方米绿色植物每秒接收太阳能为

1.4×102J/s÷0.1m2＝1.4×103J/s·m2.

(2)每平方米绿色植物每秒钟吸收的太阳能可放出的氧气为33101104.1×0.05L/s·m2＝0.07L/s·m2.

每公顷绿地每秒可以放出的氧气为

104m2×0.07L/s·m2＝700L/s.

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内能的利用

内能的利用

1 内能的利用（填空、计算）

一．填空题（共17小题）

1．（2015•自贡）内燃机一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，实现将内能转化为机械能的是

冲程．发动机运行前必须加润滑油，是为了

．某品牌汽车运行100km耗油8kg，这些汽油完全燃烧要放出 J的热量．（汽车的热值q=4.6×107J/kg）

2．（2015•汕尾）走近加油站，会闻到一股汽油味，这是因为汽油分子在 ；完全燃烧10g汽油可以放出

J的热量（汽油的热值为4.6×107J/kg）；汽油机是把内能转化为

能的动力设备．

3．（2015•巴中）天然气的使用，大大改善了我们的生活环境，天然气是 （选填“可”或“不可”）再生能源．在一个标准大气压下，把质量为200kg，温度为20℃的水烧开，水吸收的热量为 J，若天然气燃烧放出的热量只有50%被水吸收，则需要完全燃烧 m3的天然气．（q天然气=3.0×107J/m3）

4．（2015•黑河）在一标准大气压下，把体积为2L，温度为20℃的水烧至沸腾，水至少需要吸收

J的热量．若不计热量损失，需要燃烧

kg干木柴．（q干木柴=1.2×107 J/kg）

5．（2015•镇江）某同学用图示装置测量酒精热值，他在烧杯中加入300g水，调好装置后，加热使水温升高50℃，水需要吸收的热量为 J，他测得此过程中消耗了6g酒精，利用酒精燃烧放出的热量与水吸收的热量相等，算得酒精热值q=

J/kg，他查表得到q酒精=3.0×107J/kg，发现两者偏差较大，你认为其中的原因可能是 （写出一条原因即可）．

6．（2015•德阳）体积为0.28m3、热值为3.6×107J/m3的煤气完全燃烧放出的热量为 J；若这些热量的50%被温度为20℃、质量为30kg的水吸收，则水的末温是 ℃．[水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）]．

《物体的内能》教学设计

《物体的内能》教学设计

1 3.5《物体的内能》第一课时 教学设计 三合中学 刘东升

课题 物体的内能

教

学

目

标 （一）知识与技能

1．通过实验观察，能简单描述同一物体其内能随温度变化的关系。

2．通过实验和体验活动，知道通过做功和热传递的方法可以改变内能；能判断物体内能是否发生改变和用什么方法改变内能；了解热量的概念。

（二）过程与方法

1．通过演示实验和体验活动，锻炼学生的动手能力，活跃学生的思维，培养学生的分析推理能力，语言表达能力，增强与人合作的意识。

2．通过分析具体实例，促使学生尝试应用学到的科学知识去解释具体的问题。

（三）情感态度与价值观

1．通过类比，感受人类认知内能过程中从宏观跨越到微观的伟大，和人类认知过程中孜孜以求，锲而不舍的精神。

2．通过学习，感受到用微观理论去解释宏观现象的奇妙，激发学生的求知欲，使学生乐于探索日常生活中和相关科学技术中的物理学道理，有助于建立正确的科学观。

重点

难点 教学重点：1．了解内能的概念，简单描述温度和内能的关系。

2．知道改变内能的两种方法，举出相关事例。

教学难点：1．用做功和热传递改变物体内能的本质。

2．了解热量的概念。

教学方法 讲授法、讨论法、演示实验法、列举实例法、学生实验体验法、多媒体课件演示法

器材准备 细铁丝、一端订有图钉的竹筷、压缩点燃演示器、气体膨胀做功演示器、针筒、温度探测仪

教学过程

教师活动 学生活动 设计意图

新课引入

用一个趣味实验（变温油墨），引入新课。

结合生活常识提出：热是一种能量吗？

观看、思考、感受。 让学生产生浓厚的兴趣，提高他们的积极性，并为热传递埋下伏笔 2

新

课

讲

授

一、认识内能

1．用机械能来帮助学生理解内能。

物体宏观运动而具有的能是机械能。微观世界的分子虽小，同样具有质量，由于分子在不停的做热运动，同样具有动能，而分子间的作用力，又使得它们具有势能。

2．给出内能的定义：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。内能的单位是焦耳（J）。

做功改变物体内能实验的设计

做功改变物体内能实验的设计

２００７年第７期　物理通报　实验教学研究　

做功改变物体内能实验的设计　

宋艳芝　刘秀清　（唐山师范学院玉田分校　河北唐山０６４１００）（通州区运河中学　北京通州　ｌ０ｌ１００）　理论和实验表明，改变物体内能的方式有两　种：做功和热传递．现实生活中有许多实例可以证　实，热传递可以改变物体的内能．那么，如何用简便　易行的实验证明做功改变物体的内能呢？我们未采　用教科书中介绍的实验方法而是用热敏温度计作为　测温仪器，用５０　ｍＬ兽用塑料注射器作为主要实验　器械，成功地进行了该项实验，教学效果较好．现将　实验装置的设计过程及实验方法介绍如下．　１　材料及用品　热敏温度计，兽用塑料注射器（５０　ｍＬ）１支，３号　橡胶塞１个，铁板（３　ｍｍ×２０　ｍｍ×６５　ｍｍ）２块，长　１５０　ｍｍ的螺丝杆２根，螺丝母铁圈垫４个，小刀，打　孔器，电钻（或手摇钻）．　２　制作过程　２．１　材料加工　（１）铁板钻孔　直径７ｍｍ　

图ｌ　取两块厚铁板，用电钻（或手　摇钻）在每一块厚铁板上用电钻分　别打三个小孔，其中两端孔的直径　为５　ｍｍ，中问孔的直径７　ｍｍ（图　１）．　（２）注射器握柄打孔　在注射器握柄的两侧分别用　电钻（或手摇钻）打一个直径５　ｍｍ　的小孔（图２）．　（３）橡胶塞加工　６　０　６　Ｉ　＿　Ｉ　上　

取一个３号橡胶塞，用打孔器　图２　从橡胶塞的小头端的中问向内打孔（直径为７　ｍｍ），　当打进７　ｍｍ时取下打孔器，用小刀将塞心周围部分　割掉（图３）．　

图３　２．２　仪器组装　（１）取下注射器上握柄及注射栓，将热敏温度　计的探头装入注射器的注射筒内．　（２）将注射器内探头上的细导线从加工后的橡　胶塞细端穿入，并从粗端穿出，然后将橡胶塞塞在注　射器注射筒的下口处（图４），塞得不要太紧，以便调　节注射器内注射栓的位置．　

母　

图４　图５　（３）将注射器上的握柄、注射栓、一块三孔铁板　及压把装在注射筒上，调节注射杆上的螺母使注射　栓处在恰当位置（图５），给注射筒内的热敏温度计　的探头留下足够的空间，以防挤压注射筒内的气体　时将探头压损．　（４）取另一块铁板放在注射器注射筒的下口　处，使橡胶塞上的导线穿过铁板上的中问孔，然后，　将橡胶塞塞紧在注射筒的下口处．　（５）将两根螺杆分别穿过注射器上下两铁板的　一４５

物体的内能学案

物体的内能学案

- 1 - 物体的内能学案

学习内容和过程

一、分子的动能

1、 分子有动能 分子运动论的内容之一：构成物体的大量分子永不停息的做无规则的运动说明________________________。

2、平均动能 分子做无规则运动，每个分子的速率都不相同，有的大、有的小，而且在分子相互碰撞时速率也会改变，但大多数分子的速率处在中等速率。因此，在研究分子动能时，不是关心个别分子的情况，而是研究________________。我们引进新的概念：平均动能：物体里所有分子动能的平均值。

3、平均动能与温度有关

扩散现象和布朗运动都说明分子运动的速率与温度有关。当温度升高时，大部分分子运动的速率加快，也有____________的速率减慢，但分子的平均动能增大。可见，温度是物体分子热运动平均动能的标志。

4、微观温度是___________________的标志。宏观温度是_________________________。

二、分子势能

1、 定义：___________________________________________________________叫分子势能。

2、 分子力做功

类比重力做功说明：重力做正功，重力势能减小；相反，重力做负功，重力势能增大。

（1）当分子间距离从无穷远减小到10倍r。时，分子力非常微小，不考虑分子力做功。

（2）当分子间距离从10倍r。减小到r。时，分子力的

方向与分子运动方向_________，分子力做正功。

（3）当分子间距离从r。减小到不能再小时分子力的

方向与分子运动方向_________，分子力做负功。

3、势能曲线

取横轴r表示分子间距离，纵轴Ep表示分子势能。

（1）r=10r。 Ep=0

(2) r>r。 r _____ Ep_______

(3) r=r。 Ep _______