7.5《内能》教案(新人教版选修3-3)

7. 5、内能

教学目标

1．在物理知识方面要求：（1）知道分子的动能,分子的平均动能,知道物体的温度是分子平均动能大小的标志，（2）知道分子的势能跟物体的体积有关,知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律，（3）知道什么是物体的内能,物体的内能与哪个宏观量有关,能区别物体的内能和机械能，

2．在培养学生能力方面,这节课中要让学生建立：分子动能、分子平均动能、分子势能、物体内能、热量等五个以上物理概念,又要让学生初步知道三个物理规律：温度与分子平均动能关系,分子势能与分子间距离关系,做功与热传递在改变物体内能上的关系，因此,教学中着重培养学生对物理概念和规律的理解能力，

3．渗透物理学方法的教育：在分子平均动能与温度关系的讲授中,渗透统计的方法，在分子间势能与分子间距离的关系上和做功与热传递关系上都要渗透归纳推理方法，

重点、难点分析

1．教学重点是使学生掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能）,掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系），2．区分温度、内能、热量三个物理量是教学上的一个难点；分子势能随分子间距离变化的势能曲线是教学上的另一难点，

主要教学过程

引入新课

我们知道做机械运动的物体具有机械能,那么热现象发生过程中,也有相应的能量变化，另一方面,我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的，那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题，

教学过程的设计

一、温度的宏观和微观意义是什么？如何理解？

分子的无规则运动特点是多、变、快、乱,在热现象中,关心的是多个发分子,而不是单个分子，

（1）、分子的平均动能――所有分子的动能的平均值

m～10 －26 kg v＝10 5 m / s

（2）、温度：宏观――表示物体的冷热程度

微观――是物体平均动能的标志

（3）、 温度相同,平均动能就相同,不论物体的组成、结构、种类和物态 (无论如何)

二、什么是分子势能？分子势能与什么有关？

（1）、由于分子间存在着相互作用的引力和斥力而具有的与其相对位置有关的能量,叫做分子势能， （类似于重力势能和弹性势能），因此任何物体都是有内能的，

（2）、微观――与相对位置有关

宏观――与体积有关

三、什么是物体的内能,它与什么有关？

1、 所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能,也叫热力学能

2、 与温度T、体积V和分子个数N有关

3、 一切物体都具有内能

四、内能和机械能又什么区别？

1、 宏观物体的机械运动对应机械能，机械能可以为零，

2、 微观物体对应内能，内能不可以为零，

3、 内能和机械能之间可以相互转化，

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

五 区别内能、热量和温度

课堂练习

1、 温度的高低是由人的感觉决定的（×）

2、 物体平均速度大的物体的温度高（×）

3、 20℃的水和20℃的铜的平均动能相同（√）

4、 体积变大,内能变大（×）

5、 温度升高,所有的分子的平均动能都变大（×）

6、 温度越高,总动能越大（×）

7、 同温度的水和氢气相比,氢气的平均速度大（√） 8、 温度高的物体,内能不一定大，

9、 同样质量的水在100℃时的内能比60℃时的内能大，

10、 内能大的物体,温度一定高，

11、 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1kg50℃的铁块与质量是0.1kg50℃的铁块,比较内能，

③质量是1kg100℃的水与质量是1kg100℃的水蒸气,比较内能，

改变内能的两种方式

一、做功改变物体的内能 r0＝10 －10m

r＜r0

引力＜斥力

表现斥力 r＝r0

引力＝斥力

合力＝0 r＞r0

引力＞斥力

表现引力 r＝10 r0

r＝10 r0

引力＝斥力＝0

合力＝0

r＝r0

Ep最小 r＞r0 引力

做负功

Ep增加 r＜r0 斥力

做负功

Ep增加

斥力

引力 r0 EP

温度计

接打气筒 胶塞

摩擦生热、压缩气体、搅拌

1、 对物体做功,物体的内能增加

2、 物体对外做功,物体的内能减小

3、 做了多少功,就改变多少内能

二、热传递改变物体的内能

教室里的热水、火炉上的凉水

1、 外界向物体传递热量（吸热）,物体的内能增加

2、 物体向外界传递热量（放热）,物体的内能减小

3、 传递多少热量,内能就改变多少

三、做功和热传递的实质

1、 做功改变内能,是能量的转化,用功的数值来度量

2、 热传递改变内能,是能量的转移,用热量来度量

四、做功和热传递的等效性

做功和热传递在改变内能上是等效的，

例如：使物体升高温度,可以用热传递的方法,也可以用做功的方法,得到的结果是相同的,如果事先不知道,我们无法知道它是通过哪种途径改变的内能，

1 cal＝4.2 J 1 J＝0.24 cal

多维链接

温度计和温标的发明

公元前200一100年间,古希腊菲隆和希隆各自制造过一种以空气膨胀为原理的测温器，其后,人们还在三个容器中分别装上冷、温、热水来判断物体的冷热：用手摸进行比较，

1592或1595年,伽利略制成了第一个气体温度计，玻璃管与玻璃泡相连,管内有有色液体,倒置于水杯之中，当被测温度的物体与泡接触时,泡内空气就会因热胀冷缩而发生体积变化,使有色液柱上升或下降,再由玻管上标有“热度”(即现在所说的“温度”)的刻度读出，这是有史以来的第一支有刻度的温度计，显然,这种温度计不完善：变化着的大气压也会使液柱升降,测量范围极其狭窄，

物理学中热力学里有一门叫计温学的分支学科,它是利用物质的热效应来研究测温技术的，它包括温度分度法、温度参照点的选择、温度计按不同用途的设计、制定各种测温标准、提高测温精度、准确度、测定实用温标和热力学温标的差值等，伽利略发明气体温度计后,人们的工作就大致按这些内容进行，

1611年,伽利略的同事桑克托留斯改进了伽利略的气体温度计,制成一种蛇状玻璃管气体温度计,玻管上有llO个刻度,可测体温，

1629年,约瑟夫·德米蒂哥这位物理学家兼犹太教师出版了一本叫《花园中的喷泉》的书,书中载有盛有白兰地的玻璃泡温度计,它旁边的小字上写着“oleb”(上升)，有人认为这是人类第一支较准确的温度计，但现未能查明其发明者,而只能猜测是伽利略或他在帕多瓦大学的同事德米蒂哥，具体发明年代只能大致确定在17世纪初，

1631—1632年,法国化学家詹·雷伊把伽利略的玻璃管倒转过来,并直接用水而不是空气的体积变化来测定温度，这是第一支用水作工作物质的温度计，但因管口末密封,水会蒸发而产生越来越大的误差，

1641年,第一支以酒精为工作物质的温度计首次出现在意大利托斯卡纳大公爵费迪南二世的宫庭里，1644—1650年间,这位大公将其不断完善：用蜡把红色酒精温度计的玻管口封位,在玻管上刻度，可见,这支温度计已具有现代温度计的雏型,以致不少人将温度计的发明归功于这位大公，1654年,这种温度计已在佛罗伦萨普及,以致这一年被一些人认为是温度计诞

生之年，它还被传到英国和荷兰，

1646年,意大利物理学家莱纳尔第尼明智地提出以水的冰点和沸点作为温度计刻度的两个定点，但无奈当时流行的酒精温度计里酒精的沸点(78.5℃)低于水的沸点(100℃),所以用水的沸点为第二个定点对酒精温度计显然不切实际,所以这一建议当时未能实施，

1657年成立的意大利佛罗伦萨实验科学院在其存在的10年间地进行了水银和酒精温度计的研究,制作过40(或80)个等分标度的没有定点的酒精温度计：它在1660年冬最冷时显示11—12“度”,冰的熔点显示13.5“度”,夏天最热时为40“度”，

1658年,法国天文学家伊斯梅尔·博里奥制成第一支用水银作工作物质的温度计，

1660年,意大利材料测试研究所也制成了水银温度计，

1665年,荷兰物理学、数学家惠更斯地提议把水的冰点和沸点作温度计刻度的两个定点,以便各种温度计标准化，同年,英国物理学、化学家波义耳根据他于1662年发现的气体定律(即玻义耳定律,后经法国物理学家马略特完善后称波义耳一马略特定律,简称波一马定律),指出气体温度计不准的原因及其他缺点，其后,人们大多转向其他工作物质的温度计的研究，

1672年,休宾在巴黎发明了第一个不受大气压影响的空气温度计，

1688年,达兰西的温度计以水和牛油熔解时的两个温度作温度计刻度的两个固定点，

18世纪初,形形色色的温度标准(温标)已多达30余种，例如,丹麦天文学家罗默(他以1676年用观测木星卫星蚀的方法第一次证实光的传播是等速运动而闻名于世)以人体温度为22.5“度”和水的沸点为60“度”作温度计上刻度的两个定点，牛顿于1701—1703年制作的亚麻子油(一说蓖麻油)温度计把雪的熔点0“度”和人体的温度12“度”作温度计的两个定点，

法国物理学家阿蒙东最先指出测温液体是规则膨胀的,“有绝对零度存在”也是他最先指出的,他于1703年也制成了一支实用气体温度计，

在18世纪以前,温标不统一且不太实用，这些工作历史地落在华伦海特等人的肩上，

迁居荷兰的德国玻璃工华伦海特也在英国居住过，他经过1709—1714年的研究,把冰、水、氯化铵的混合物平衡温度定为0℉,人体温度定为96℉(如以今天我国标准体温37℃,则应为98．6℉,可见他采用的体温不是今天我国的标准体温),其间分为96格,每格为1℉，1724年,他又把水的沸点定为2120℉，但遗憾的是,他未能将冰的熔点定为0℉,而是定为32℉，这就是华氏温标,其符号为tF，这是曾长期使用且至今仍在香港和世界许多地方使用的第一种温标，他还发明了在填充水银时进行净化的方法,制成了第一种实用的水银温度计，

1730年,主要研究物理学和动物学的法国博物学家列奥缪尔制成了一种酒精温度计,他把水的冰点0oR和沸点80oR刻在温度计上作两个定点,再把其问分为80格,每隔为1oR，这是其后流行了多年的第二种温标——列氏温标,其符号为tR，

1742年,瑞典物理学家、天学家摄尔修斯制成的水银温度计则把水的沸点和冰的熔点分别定为0℃和100℃,其间分为100格,每格为1℃,这是第三种得到广泛流行的实用温标——摄氏温标,其符号为t或tc，1743年,克里森指出上述定点不符合越热的物体温度越高的习惯,8年以后的1750年,摄尔修斯接受同事斯特默尔的建议,把上述两定点的温度对调,这才成了现在的摄氏温标即百分温标，

上述三种温标都是初级原始的温标,其缺点有二，一是温度值只有在两个定点是准确的其余各点都不准确；二是定义范围很窄,例如水银温度计测量范围是—38．87—+356．9℃，以下第四种温标克服了这些缺点，

1848年,英国物理学家汤姆逊即开尔文提出热力学温标，其符号为TK或T,并于1854年指出只需选用一个固定点数值,这种温标就能确定，这个点就是“绝对零度”，然而,在实际建立热力学温度单位时,考虑到历史传统和当时的技术条件,他不得不用摄尔修斯的0—100℃的