高三物理教案十三(2)

　　既然分子勢(shì)能的大小與分子間距離有關(guān)，那么在宏觀上什么物理量能反映分子勢(shì)能的大小變化情況呢？如果對(duì)于確定的物體，它的體積變化，直接反映了分子間的距離，也就反映了分子間的勢(shì)能變化。所以分子勢(shì)能的大小變化可通過(guò)宏觀量體積來(lái)反映。

　　3．物體的內(nèi)能

　　（1）物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，叫做物體的內(nèi)能。一切物體都是由不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)并且相互作用著的分子組成，因此任何物體都是有內(nèi)能的。

　　提問(wèn)學(xué)生：宏觀量中哪些物理量是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子勢(shì)能的標(biāo)志？

　　根據(jù)學(xué)生的回答，引導(dǎo)到一個(gè)確定的物體，分子總數(shù)是固定的，那么這物體的內(nèi)能大小是由宏觀量——溫度和體積決定的。如果不是確定的物體，那么物體的內(nèi)能大小是由質(zhì)量、溫度、體積和物態(tài)來(lái)決定。

　　課堂討論題：下列各個(gè)實(shí)例中，比較物體的內(nèi)能大小，并說(shuō)明理由。

　�、僖粔K鐵由15 ℃升高到55 ℃，比較內(nèi)能。

　　②質(zhì)量是1kg50 ℃的鐵塊與質(zhì)量是0.1kg50 ℃的鐵塊，比較內(nèi)能。

　�、圪|(zhì)量是1kg100 ℃的水與質(zhì)量是1kg100 ℃的水蒸氣，比較內(nèi)能。

　�。�2）物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著內(nèi)能。任何物體都具有內(nèi)能，同時(shí)還可以具有機(jī)械能。例如在空中飛行的炮彈，除了具有內(nèi)能，還具有機(jī)械能——動(dòng)能和重力勢(shì)能。

　　提問(wèn)學(xué)生：一輛汽車的車廂內(nèi)有一氣瓶氧氣，當(dāng)汽車以60km/h行駛起來(lái)后，氣瓶?jī)?nèi)氧氣的內(nèi)能是否增加？

　　通過(guò)此問(wèn)題，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能之總和，而不是分子定向移動(dòng)的動(dòng)能。另一方面，物體機(jī)械能增加，內(nèi)能不一定增加。

　　4．物體的內(nèi)能改變的兩種方式

　�。�1）列舉鋸木頭和用砂輪磨刀具，鋸條、木頭和刀具溫度升高，說(shuō)明克服摩擦力做功，可以使物體的內(nèi)能增加。如果外力對(duì)物體做功全部用于物體內(nèi)能改變的情況下，外力做多少功，物體的內(nèi)能就改變多少。如果用W表示外界對(duì)物體做的功，用Δ E表示物體內(nèi)能的`變化，那么有W= Δ E 。功的單位是焦耳，內(nèi)能的單位也是焦耳。

　　演示壓縮空氣，硝化棉燃燒。說(shuō)明外力壓縮空氣過(guò)程，對(duì)氣體做功，使氣體的內(nèi)能增加，溫度升高到棉花的燃點(diǎn)而使其燃燒。

　　以上實(shí)例說(shuō)明做功可以改變物體的內(nèi)能。

　　（2）在爐灶上燒熱水，火爐烤熱周圍物體，這些物體溫度升高內(nèi)能增加。這些實(shí)例說(shuō)明依靠熱傳遞方式也可以使物體的內(nèi)能改變。物體吸收熱量，內(nèi)能增加。物體放出熱量，物體的內(nèi)能減少。如果傳遞給物體的熱量用Q表示，物體內(nèi)能的變化量是Δ E，那么，Q= Δ E 。

　　熱量的計(jì)算公式有：Q=mc Δ t，Q=ML，Q=m λ（后面的兩個(gè)公式分別是物質(zhì)熔解和汽化時(shí)熱量的計(jì)算式）。熱量的單位是焦耳，過(guò)去的單位是卡。

　　所以做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式。

　　（3）做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的。

　　一杯水可以用加熱的方法（即熱傳遞方式）傳遞給它一定的熱量，使它從某一溫度升高到另一溫度。這過(guò)程中這杯水的內(nèi)能有一定量的變化。也可以采取做功的方式，比如用攪拌器在水中不斷攪拌，也可以使這杯水從相同的初溫度升高到同一高溫度，這樣，水的內(nèi)能會(huì)有相同的變化量。兩種方式不同，得到的結(jié)果是相同的。除非事先知道，否則我們無(wú)法區(qū)別是哪種方式使這杯水的內(nèi)能增加的。

　　因此，做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的。

　�。�4）雖然做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的，但是這兩種方式的物理過(guò)程有本質(zhì)的區(qū)別。做功使物體內(nèi)能改變的過(guò)程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程。而熱傳遞的過(guò)程只是物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，沒(méi)有能量形式的轉(zhuǎn)化。

　　課上練習(xí)：

　　1．判斷下面各結(jié)論是否正確？

　�。�1）溫度高的物體，內(nèi)能不一定大。

　�。�2）同樣質(zhì)量的水在100 ℃時(shí)的內(nèi)能比60 ℃時(shí)的內(nèi)能大。

　�。�3）內(nèi)能大的物體，溫度一定高。

　�。�4）內(nèi)能相同的物體，溫度一定相同。

　�。�5）熱傳遞過(guò)程一定是從內(nèi)能大的物體向內(nèi)能小的物體傳遞熱量。

　�。�6）溫度高的物體，含有的熱量多，或者說(shuō)內(nèi)能大的物體含有的熱量多。

　　（7）摩擦鐵絲發(fā)熱，說(shuō)明功可以轉(zhuǎn)化為熱量。

　　答案：（1）、（2）是對(duì)的。

　　2．在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，100 ℃的水吸收熱量變成同溫度的水蒸氣的過(guò)程，下面的說(shuō)法是否正確？

　�。�1）分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能不變，因而物體的內(nèi)能不變。

　�。�2）分子的平均動(dòng)能增加，因而物體的內(nèi)能增加。

　�。�3）所吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。

　�。�4）分子的內(nèi)能不變。

　　答案：以上四個(gè)結(jié)論都不對(duì)。

　　（三）課堂小結(jié)

　�。�1）這節(jié)課上新建立了三個(gè)物理概念：分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能、分子勢(shì)能、內(nèi)能。要知道這三個(gè)概念的確切含義，更為重要的是能夠區(qū)分溫度、內(nèi)能、熱量，知道內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(lián)系。

　�。�2）要掌握三個(gè)物理規(guī)律：分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與溫度的關(guān)系、分子間的相互作用力與分子間距離的關(guān)系、做功與熱傳遞在使物體內(nèi)能改變上的關(guān)系。

　　（四）說(shuō)明

　　這節(jié)課是概念性很強(qiáng)的課，又不是從物理實(shí)驗(yàn)或物理現(xiàn)象直接得出結(jié)論的課。對(duì)于概念要知道引入的目的、確切含義、與其他概念的區(qū)別和聯(lián)系。所以課上要講分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能、內(nèi)能、熱量等概念的意義，并且要通過(guò)實(shí)際例題，讓學(xué)生通過(guò)判斷、推理來(lái)加深對(duì)這些概念的認(rèn)識(shí)。

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