初中第十章 机械能、内能及其转化二 内能教学设计

10.2 内能

教学目标

【知识与能力】

1.知道物质是由分子组成的，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

2.能识别扩散现象，并能用分子热运动的观点进行解释。

3.了解内能的概念，能简单描述温度和内能的关系。

4.知道热传递过程中，物体吸收(放出)热量，温度升高(降低)，内能改变。

5.了解热量的概念，知道热量的单位是焦耳。

6.知道做功可以使物体内能增加和减少的一些事例。

【过程与方法】

1.通过演示实验说明一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

2.通过探究找到改变物体内能的两种方法。

3.通过演示实验说明做功可以使物体内能增加和减少。

4.通过查找资料，了解地球的“温室效应”。

【情感态度价值观】

1.通过探究使学生体验探究的过程，激发学生主动学习的兴趣。

2.通过演示实验，培养学生的观察能力，并使学生通过实验理解做功与内能变化的关系。

3.鼓励学生自己查找资料，培养学生自学的能力。

教学重难点

【教学重点】

通过扩散现象说明分子在不停地运动；内能概念的建立；改变物体内能的两种方法。     

【教学难点】  

做功和热传递在改变物体内能上是等效的。

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，那么热现象发生的过程中，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则热运动产生的。那么热运动的能量与大量的无规则运动有什么关系呢？

新课教学

一、物质的构成

1．常见的物质是由极其微小的粒子——分子、原子构成的。

2．分子的大小：直径约为10-10m。

3．分子间有空隙。

二、分子热运动

1．扩散现象：不同物质互相接触时，彼此进入对方的现象。

◆探究活动1：扩散现象

(1)气体扩散实验（盛有二氧化氮的广口瓶、空广口瓶、玻璃片）：在装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面倒扣一个空瓶子，使两个瓶口相对，之间用一块玻璃板隔开，如图所示。抽掉玻璃板后，观察有什么变化发生？

实验现象：一段时间后，两瓶气体彼此进入对方，颜色混合均匀，变为浅红棕色。

实验结论：气体分子在不停运动。

(2)液体扩散实验（烧杯2个、硫酸铜溶液、漏斗）：在烧杯里装一半清水，将CuSO4溶液注入清水中，放置30天后。观察现象。

实验现象：一段时间后，硫酸铜溶液和水混合均匀。

实验结论：液体分子在不停运动。

(3)固体扩散实验

实验现象：几年后电子显微镜下观察到的合金。

实验结论：固体分子在不停运动。

2．气体、液体、固体都能发生扩散现象。一般情况下，固体之间的扩散最慢，气体之间的扩散最快。

3．扩散现象表明，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，分子间有间隙。

◆探究活动2：

影响扩散快慢的因素（烧杯2个、红墨水、冷水、热水、滴管）：在一个烧杯中装半杯热水，另一个同样的烧杯中装等量的凉水。用滴管分别在两个杯底注入红墨水。

实验现象：热水杯的颜色先变得均匀。

实验结论：温度越高、分子无规则运动越剧烈，扩散得越快。

4．影响扩散快慢的因素：温度。

5．分子无规则的运动叫分子的热运动。

三、分子间的作用力 

◆探究活动3：分子间的作用力

（1）分子间有引力：将两个铅柱的底面削平、削干净，然后紧紧地压在一起，两块铅就会结合起来，下面吊一个重物都不能把它们分开。

实验现象：磨光的两铅柱紧压对接在一起，下面挂很重的物体也不能将它们分开。

实验结论：分子间有引力。

（2）分子间有斥力

实验现象：针管里的气体压缩到一定程度后，很难再被压缩。

实验结论：分子间有斥力。

1．分子间存在引力

宏观表现：固体、液体能保持一定体积，不致散开。

2．分子间存在斥力

宏观表现：固体、液体很难被压缩。

类比长短不同的两根弹簧连着的两个小球，分析分子间作用力。分子间存在引力和斥力，如图所示。

3．引力和斥力之间的关系

（1）分子间作用力与分子间距离(r)有关：

r ＜平衡距离时，表现为斥力；

r ＞平衡距离时，表现为引力；

r ＞10倍平衡距离时，作用力很微弱，可以忽略。

（2）引力和斥力的变化过程

引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但在变化过程中，始终是斥力变化得快。      

四、分子动理论及应用

1．内容：

(1)物质由分子组成；

(2)分子在永不停息地做无规则运动；

(3)分子间存在相互作用的引力和斥力。

2．应用：

例：用分子动理论解释蒸发现象及蒸发快慢的影响因素。

五、固态、液态、气态的微观模型

1．固态物质：分子排列紧密，分子间作用力强，分子虽然做无规则运动，但位置相对稳定。

2．液态物质：分子间作用力比固体小，分子没有固定位置，运动比较自由。

3．气态物质：分子间距很大，高速向周围运动，分子间作用力很小。

六、物体的内能

1.内能

（1）分子具有动能和势能

类比：运动的足球具有动能；运动的分子也具有动能。

被拉伸的弹簧的各部分互相吸引而具有势能；地球附近的物体受到地球的吸引，被举高的物体具有势能；分子间相互吸引也具有势能。

被压缩的弹簧的各部分互相排斥而具有势能；互相排斥的分子也具有势能。

结论：构成物质的分子在不停地做热运动，同样具有动能，而分子间具有相互作用力，又使得它们具有势能。

（2）物体的内能

物体内部所有分子的动能和分子势能的总和叫作物体的内能。

内能的单位是焦耳（J）。

内能：是所有分子热运动的动能和分子势能的总和，与物体是否做机械运动无关。

机械能：物体整体所具有的能，是物体动能和势能之和，与物体机械运动有关。

（3）内能、温度、热量的关系

①内能跟温度的关系

温度的高低，标志着物体内部分子运动速度的快慢。因此，物体的温度升高，其内部分子无规则运动的速度增大，分子的动能增大，内能也增大，反之，物体温度降低，其内部分子无规则运动的速度减小，物体内能减小。因此，物体温度的变化，一定会引起内能的变化。

物体内能的变化，不一定引起温度的变化。这是由于物体内能变化的同时，有可能发生物态变化。物体在发生物态变化时内能变化了，温度有时变化有时却不变化。如晶体的熔化和凝固过程，还有液体沸腾过程，内能虽然发生了变化，但温度却保持不变，这是因为物体的分子势能发生了变化。

②内能与热量的关系

物体的内能改变了，物体却不一定吸收或放出了热量，这是因为改变物体的内能有两种方式：做功和热传递。即物体的内能改变了，可能是由于物体吸收（或放出）了热量也可能是外界对物体做了功（或物体对外做了功）。

而热量是物体在热传递过程中内能变化的量度。物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减少。因此物体吸热或放热，一定会引起内能的变化。

③热量与温度的关系

物体吸收或放出热量，温度不一定变化，这是因为物体在吸热或放热的同时，如果物体本身发生了物态变化（如冰的熔化或水的凝固）。这时物体虽然吸收（或放出）了热量，但温度却保持不变。

物体温度改变了，物体不一定要吸收或放出热量，也可能是由于对物体做功（或物体对外做功）使物体的内能变化了，温度改变了。

（4）机械能与内能的比较

空中运动的足球除了整体具有机械能外，同时还具有内能。

①物体宏观运动而具有的能是机械能。机械能与整个物体的机械运动情况有关。

②内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关，所以内能是不同于机械能的另一种形式的能。

想一想：冰山有内能吗？

冰冷的冰山，温度虽然低，其中的水分子仍然在做热运动，所以也具有内能。一切物体不论温度高低，都具有内能。

2.内能的改变

（1）热传递改变内能

物体吸热        温度升高        内能增加

物体放热        温度降低        内能减少

热传递改变内能的实质是：内能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一个部分转移到另一部分。

思考：内能改变多少可以用什么来量度呢？

内能改变多少可用传递的热量的多少来量度。

在热传递过程中，传递能量的多少叫作热量，热量的单位是焦耳。

发生热传递时，高温物体内能减少，低温物体内能增加。

热传递的三种方式：生活中常见的热传递改变内能的三种方式。传导：放在热汤中的金属勺子变热了；对流：烧水水变热；辐射：晒太阳。

（2）做功改变内能

演示实验：克服摩擦做功

克服摩擦做功可以使物体的内能增加。

压缩气体做功也可以使物体的内能增加。

气体膨胀对外做功，物体的内能减少。

结论：对物体做功,内能增加,温度升高。物体对外做功,内能减少，温度降低。

思考：你怎样让一段50 cm的铁丝温度升高呢？ 

用火烧、太阳晒、用手焐，用温度更高的物体使铁丝温度升高，热传递。

用手搓、在地上摩擦、用锤敲、反复弯折，温度升高的过程，往往伴随着运动、做功。

板书设计

内能

1．常见的物质是由分子、原子构成的。

2．扩散

(1)扩散现象：不同的物质互相接触时彼此进入对方的现象。

(2)影响扩散快慢的主要因素：温度。

(3)扩散现象表明：

组成物质的分子是不停地做无规则运动的；

组成物质的分子间是有间隙的。

3．分子间同时存在相互作用的引力和斥力。

4.内能

（1）分子具有动能和势能

（2）物体的内能

物体内部所有分子的动能和分子势能的总和，叫作物体的内能。

内能的单位是焦耳（J）。

（3）内能、温度、热量的关系

（4）机械能与内能的比较

5.内能的改变

（1）热传递改变内能

（2）做功改变内能

随堂练习

1.下列现象中，属于扩散现象的是（  ）

A．春天刮起沙尘暴，飞沙漫天      B．三九寒天下雪时，雪花飞舞

C．煮稀饭时，看到锅中米粒翻滚    D．槐树开花时，周围香气弥漫

2.关于粒子和宇宙，下列认识中正确的是（  ）

A．扩散现象只发生在气体之间      B．液体分子间只存在吸引力

C．固体的分子间没有空隙          D．宇宙天体、分子都在不停息地运动

3.在0℃的房间里，静止在地面上的铅球（   ）

A.具有机械能     B.没有机械能    C.具有内能      D.没有内能

4.下列关于物体的内能和温度关系的说法中，正确的是 （   ）

A.物体的内能跟温度有关，物体的内能越大，温度越高

B.物体的内能跟温度有关，物体的温度升高内能增大

C.物体的内能只和温度有关，所以温度高的物体，内能一定大

D.物体的内能只和温度有关，内能大的物体温度一定高

5.下面四句话中都有一个“热”字，其中哪一句话中的“热”字表示温度（   ）

A.热传递                        B.物体吸热温度升高    

C.摩擦生热                        D.今天天气很热

6.物体从粗糙的斜面上滑下来，则（   ）

A.机械能不变，内能不变                 B.机械能增加，内能不变

C.机械能减小，内能减少                 D.机械能减小，内能增加

7.下列说法正确的是（   ）

A.一切物体都具有内能            

B.一定质量的物体，温度越高，内能越小

C.物体的内能增加，温度一定升高  

D.物体的速度增加，内能一定增加

8.下列关于内能的概念的说法中，错误的是（   ）

A.任何物体都具有内能                      

B.0℃的冰不具有内能

C.一个物体的温度发生变化，它的内能也变化  

D.内能和机械能的单位都是焦耳

9.下列说法正确的是（   ）

A.有机械能的物体必有内能         B.无机械能的物体必无内能

C.有内能的物体可能无机械能       D.内能与机械能是两种不同形式的能

10.下列与物体的内能有关的因素是（   ）

A.物体的运动速度                B.物体的高度  

C.物体的运动速度和高度           D.物体的温度

11.下列说法错误的是（   ）

A.温度越高，分子无规则运动越快  

B.温度越高，气体、液体、固体的扩散越快

C.温度越高，液体蒸发得越快    

D.温度越高，物体的运动速度越大

参考答案：

1.D  2.D  3.BC 4.B 5.D 6.D 7.A 8.B 9.CD 10.D 11.D