物體的內(nèi)能、熱量1

1、根據(jù)我們學(xué)習(xí)力學(xué)的經(jīng)驗，物體之間有了作用力，作用力就有可能做功，做功就有能量的轉(zhuǎn)換。在微觀空間是不是這樣呢？答案是肯定的。§114 物體的內(nèi)能 熱量【教學(xué)目的】1、知道什么是分子的動能，知道溫度是物體分子的平均動能的標(biāo)志2、知道什么是分子的勢能，了解決定分子勢能的微觀因素和宏觀因素3、掌握物體內(nèi)能的概念，知道內(nèi)能和那些宏觀因素有關(guān)4、了解改變內(nèi)能的兩種方式【教學(xué)重點】物體的內(nèi)能，決定內(nèi)能的宏觀因素【教學(xué)難點】分子勢能變化和分子力、分子間距的關(guān)系【教具】厚壁玻璃汽缸（含活塞）、藥棉、乙醚【教學(xué)過程】、引入學(xué)生答問：1、分子力的作用范圍是多大？2、在分子力的作用范圍內(nèi)，分子力的大小變化規(guī)

2、律怎樣？3、在分子力的作用范圍內(nèi)，分子力的方向變化規(guī)律怎樣？隨著分子力介紹的結(jié)束，分子動理論的這個單元也就告一個段落。在力學(xué)中，我們已經(jīng)知道了，思考和解決物理問題的兩大基本途徑：動力學(xué)途徑和能量動量途徑。大的、方向性的東西，在不同的領(lǐng)域都是適用的。在熱學(xué)的研究中，我們也可以從能量的角度得出相關(guān)規(guī)律一、分子的動能 溫度所有運動的物體都有動能，分子有質(zhì)量、有速度，還能對懸浮在其中的顆粒產(chǎn)生撞擊力，所以分子有動能是必然的。但統(tǒng)計的研究表明，即便是在一個相對穩(wěn)定的熱學(xué)狀態(tài)，組成物體的分子的動能并不是都大小一樣的，（*它們的速率隨分子個數(shù)的分布是一個復(fù)雜的函數(shù)稱麥克斯韋速率分布。）所以研究每個分子的動能

3、顯得毫無必要?？茖W(xué)家們引進了平均動能的概念。分子動能平均動能研究還發(fā)現(xiàn)，盡管單個分子的速率情況幾乎沒有規(guī)律可言（方向無規(guī)則，大小也是具有無規(guī)則性），但分子的平均動能卻呈現(xiàn)這樣的規(guī)律：溫度高時，平均動能大，溫度低時，平均動能小，（*定量的規(guī)律是正比關(guān)系=kT ）所以我們說溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志這里所說的標(biāo)志，事實上暗示了這樣的潛臺詞：對于某個給定的物體，分子的平均動能只與溫度這個單一的參量相關(guān)。很顯然，要改變物體分子的平均動能，只要改變宏觀參量溫度即可二、分子勢能提問：在力學(xué)中，我們怎么定義重力勢能？學(xué)生：重力做正功，重力勢能減少；做負(fù)功，勢能增加。下面我們對分子力做類似的研究板圖：在圖1

4、中，上圖展示有甲、乙兩個原來相距為r0的分子，并且假定甲分子是固定的。中圖展示了，當(dāng)把乙分子向甲靠近時學(xué)生活動，做功的定性討論下圖展示了，當(dāng)把乙分子原理甲分子時學(xué)生活動，做功的定性討論進一步的研究還表明，分子力做功也具有和路徑無關(guān)的特點，因此我們就可以用勢能的變化來量度分子力做功的情況。勢能的變化與間距r相關(guān)，也就是與分子間的相對位置相關(guān)，所以說分子勢能：由分子間相對位置所決定的勢能根據(jù)前面重力勢能的定義方式，我們可以得知學(xué)生歸納：rr0時，分子勢能隨r的變化關(guān)系；rr0時，分子勢能隨r的變化關(guān)系。設(shè)問：在宏觀的世界里，分子間距的改變體現(xiàn)為物體什么參量的改變？是體積。所以說，物體體積的改變，將

5、是分子勢能改變的外部標(biāo)志。過渡：在力學(xué)世界里，動能和勢能構(gòu)成了機械能，在熱學(xué)世界里，分子的動能和勢能構(gòu)成了三、物體的內(nèi)能物體內(nèi)能：物體中分子動能和分子勢能的總合設(shè)問：在這個定義中，我們應(yīng)該注意哪些關(guān)鍵詞呢？首先，已有的分子動能和分子勢能做過的介紹，既然平均動能由溫度決定，勢能由體積決定，我們可以想象，物體的內(nèi)能肯定同時與宏觀量溫度和體積相關(guān)。其次，我們還要注意，定義中說起分子動能時，是指的平均動能嗎？學(xué)生：不是。（是總動能?。┨釂枺嚎倓幽芎推骄鶆幽苡惺裁搓P(guān)系？學(xué)生：總動能等于平均動能乘以分子總數(shù)（*即k = N）。提問：那么我們除了想到內(nèi)能和問題體積相關(guān)外還會和什么因素相關(guān)？學(xué)生：分子總數(shù)摩爾

6、數(shù)質(zhì)量數(shù)。歸口表述：決定物體內(nèi)能的宏觀參量是溫度、體積和摩爾數(shù)。四、改變內(nèi)能的兩種方式看到內(nèi)能和溫度相關(guān)，我們就會想到和溫度相關(guān)的物理現(xiàn)象：熱傳遞。熱傳遞可以改變物體的溫度，所以它是改變物體內(nèi)能的方式之一。談到溫度改變，談到熱傳遞，我們就會想到初中的知識，并想到經(jīng)常掛在嘴邊的一個詞：熱量。熱量和我們今天講的內(nèi)能有什么關(guān)系呢？我們介紹了改變內(nèi)能的另一種方式之后，再回過頭看這個問題。我們已經(jīng)知道，體積改變可以改變分子勢能，也就能改變物體的內(nèi)能。而要改變一個物體的體積，是必須要做功的，所以，做功也是改變物體內(nèi)能的方式之一。下面看一個演示演示：急速壓迫玻璃汽缸中的氣體，可以引燃沾有乙醚的藥棉原因分析：

7、空氣內(nèi)能增大，溫度升高類似這樣的素材，讓學(xué)生尋找改變內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞雖然，雖然做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，但在深層次的原因方面，它們是不同的。從我們剛才壓縮空氣的過程看，空氣的內(nèi)能增加了，消耗的是什么能？（生物能、機械能。）做功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以，做功改變內(nèi)能事實上內(nèi)能和其它形式能的轉(zhuǎn)化。但是，熱傳遞呢？高溫物體向低溫物體傳熱的直接后果是什么？（前者降溫，后者升溫。）用今天的話來講，前者內(nèi)能減少了，后者內(nèi)能增加了，所以，熱傳遞完成的僅僅是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移同種形式能的轉(zhuǎn)移。說到這里，我們應(yīng)該比較清楚了，熱量是一個量度內(nèi)能改變的過程量，和內(nèi)能的區(qū)別在于，我們不能說某一個狀態(tài)物體具有多

8、少熱量，但可以說某狀態(tài)具有多少內(nèi)能；它們關(guān)系確實非常近，但內(nèi)能這個概念比起熱量，用起來的場合會更多一些。五、小結(jié)本節(jié)我們學(xué)習(xí)的東西很多，接受的信息量很大，要在短時間內(nèi)完整、準(zhǔn)確地掌握每一個知識點是有困難的。希望大家能抓住新知識和老知識的聯(lián)系，抓住本堂課各知識點的聯(lián)系，這樣可能會有所幫助。分子動能和分子勢能是為物體內(nèi)能做鋪墊，但內(nèi)能并不完全是前兩者的相加，還有一個總量上升的問題。但是改變內(nèi)能的因素和動能、勢能是有密切聯(lián)系的，往后面也映射了改變內(nèi)能的兩種途徑。今天，我們能夠定性的理解這些聯(lián)系就很不錯了。至于定量的規(guī)律，后面課程會進一步介紹。六、作業(yè)布置閱讀教材；教材P79第（1）（2）（4）（5）上作業(yè)本；優(yōu)化設(shè)計P62“夯實基礎(chǔ)”部分，做在書上。優(yōu)化設(shè)計P64“夯實基礎(chǔ)”部分，做在書上?！景鍟O(shè)計】注意“教學(xué)過程”的灰色部分，即是板書計劃?！窘毯蟾小刻嗔?，內(nèi)容太多了，趕的透不過氣來。第一堂拖了堂，第二堂上課前聽人說，關(guān)于“改變內(nèi)能的方式”初中已經(jīng)講得比較多了，才在精力上做了一些調(diào)整，最后算是勉