10.2 內(nèi)能1.知道物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本圖像,知道擴(kuò)散現(xiàn)象.2.知道什么是內(nèi)能,知道物體溫度改變時(shí),內(nèi)能隨著改變.3.知道做功和熱傳遞可以改變物體內(nèi)能,知道做功和熱傳遞改變物體內(nèi)能是等效的,能用做功和熱傳遞能改變內(nèi)能的關(guān)系來解釋常見的物理現(xiàn)象.4.知道各種形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的.【重點(diǎn)難點(diǎn)】 重點(diǎn):物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本圖像;改變物體內(nèi)能的兩種方式及其在生活中的應(yīng)用.難點(diǎn):分子間存在相互作用力;區(qū)分溫度、內(nèi)能、熱量三個(gè)物理量;理解做功改變物體的內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是發(fā)生了內(nèi)能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化.【新課導(dǎo)入】 導(dǎo)入1:實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入(1)情景創(chuàng)設(shè)教師演示:打開一瓶香水的瓶蓋啟發(fā):你有什么感覺?教室不同地方的同學(xué)為什么都能聞到香氣呢?這是什么原因呢?(2)教師:手中拿一根鐵絲讓同學(xué)們思考:可以通過什么辦法使鐵絲的溫度升高?導(dǎo)入2:復(fù)習(xí)引入上一節(jié)中的單擺實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了怎樣的能量轉(zhuǎn)化?但是大家也看到了單擺上升的高度一次比一次小,最終停下來.單擺的機(jī)械能哪里去了?一個(gè)乒乓球在地面上往返跳,最終停下來,乒乓球原來具有的機(jī)械能哪里去了?一粒飛行的子彈具有動(dòng)能,子彈打中物體后留在物體內(nèi),子彈原有的機(jī)械能哪里去了?我們學(xué)習(xí)了這節(jié)課的內(nèi)容后,同學(xué)們便會(huì)明白其中的道理了,從而引入新課.【課堂探究】 一、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本圖像1.物體是由大量分子組成的提問:平時(shí)用什么話來形容物體的細(xì)小?生答:細(xì)如發(fā)絲.據(jù)此教師就把一般頭發(fā)絲的直徑與分子直徑比較,如果將二萬個(gè)氧分子,一個(gè)緊挨一個(gè)排成一串,那么它們的總長度才跟一根頭發(fā)絲的直徑相當(dāng).分子體積很小,水分子與乒乓球大小之比恰似乒乓球與地球之比.分子的質(zhì)量很小,1022個(gè)水分子的質(zhì)量僅為1.63 g.總結(jié):分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒.分子很微小,無法用眼睛直接看到.物體里含有大量的分子.2.分子在不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng).(1)氣體的擴(kuò)散演示1把少許酒精或風(fēng)油精撒在教室里,很快在各個(gè)角落都能聞到酒精的氣味.演示2二氧化氮擴(kuò)散到空氣中的實(shí)驗(yàn),如圖10-12所示.這個(gè)廣口瓶中充滿了紅棕色的二氧化氮?dú)怏w,用玻璃片蓋住.上面用一個(gè)充滿空氣的廣口瓶口向下放在玻璃片上,二氧化氮?dú)怏w的密度比空氣大.現(xiàn)在把兩個(gè)瓶口之間的玻璃片抽出,注意觀察發(fā)生什么現(xiàn)象.(學(xué)生觀察后再回答)我們發(fā)現(xiàn)下面的瓶子中氣體的紅棕色變淺,上面的瓶子中氣體的顏色也漸漸變成了淺的紅棕色.直到兩個(gè)瓶子中的氣體顏色均勻了為止.裝有空氣的瓶子中顏色變深,說明二氧化氮?dú)怏w的分子運(yùn)動(dòng)到空氣中去了.而空氣的一部分分子運(yùn)動(dòng)到下面的瓶子中去了.最后兩種氣體均勻地混在一起.這些實(shí)驗(yàn)說明:不是重力等外來力的作用,而是氣體分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果.由此提出擴(kuò)散概念.擴(kuò)散:不同的物質(zhì)在接觸時(shí),彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象.擴(kuò)散現(xiàn)象證明了分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng).(2)液體的擴(kuò)散演示3紅墨水滴到清水中的實(shí)驗(yàn).演示4投一粒高錳酸鉀到清水中的實(shí)驗(yàn).演示5硫酸銅溶液的擴(kuò)散.如圖10-13所示.不僅氣體能發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象,液體也能發(fā)生擴(kuò)散,只是比氣體擴(kuò)散慢很多.量筒中裝硫酸銅溶液,上面裝有一半清水,水的密度小,在上面.二者之間的界限很清晰.我們蓋上蓋子,過幾天再來觀察液體的擴(kuò)散現(xiàn)象.說明:液體分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng).(3)固體的擴(kuò)散白墻邊堆放煤,墻壁中會(huì)有黑色煤粉.把磨得很光的鉛片和金片緊壓在一起,在室溫下放置5年后再將它們分開,可以觀察到它們互相滲入約1毫米深.說明:固體分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng).大量事實(shí)表明:構(gòu)成物質(zhì)的分子都在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),同時(shí)還說明了分子間存在間隙.(4)分子的運(yùn)動(dòng)跟溫度的關(guān)系演示6取三只燒杯,分別倒入冷水、溫水和熱水,然后分別向三只杯內(nèi)緩慢地滴入幾滴墨汁,觀察比較三只杯內(nèi)墨擴(kuò)散的快慢.(后面襯以白紙,以便同學(xué)們觀察比較)問:看到什么現(xiàn)象?現(xiàn)象說明什么?學(xué)生分析:溫度高擴(kuò)散快分子運(yùn)動(dòng)快分子動(dòng)能大.溫度低擴(kuò)散慢分子運(yùn)動(dòng)慢分子動(dòng)能小.小結(jié):溫度越高,擴(kuò)散過程越快.擴(kuò)散得快,說明分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速度大,即分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)激烈.分子的這種運(yùn)動(dòng)稱為熱運(yùn)動(dòng).3.分子間有相互作用的引力和斥力(1)分子間有相互吸引力提問:分子既然在不停地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)著,為什么固體不分散成一個(gè)個(gè)分子呢?演示7教材中圖1016分子間存在引力實(shí)驗(yàn).提問:這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么問題?(2)分子間有相互排斥力提問:為什么固體和液體很難被壓縮?演示8用半徑為0.5厘米、長約85厘米、一端封閉的玻璃管,先倒入清水半管,后倒染紅的酒精至滿,然后用膠塞塞住,管內(nèi)無空氣,把管倒轉(zhuǎn)幾次,使兩種液體混合,體積明顯減少.分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:在酒精與水混合的過程中,有些酒精的分子到了水中,有些水分子到了酒精中,說明水與酒精的分子都是有間隙的,從而說明分子間有相互排斥力.(3)分子間作用力與距離的關(guān)系演示9:分子間作用力與距離之間關(guān)系的模擬實(shí)驗(yàn).如圖所示,兩部裝上磁鐵的小車,同名磁極相對,中間用橡皮筋系著,在車側(cè)面向?qū)W生處貼兩塊圓紙板擋在磁鐵前面,每個(gè)圓紙板表示一個(gè)分子;當(dāng)表示兩分子的圓紙板相隔一定距離(磁鐵間的斥力等于橡皮筋的拉力)時(shí)處于平衡位置;當(dāng)兩圓紙板間距離大于平衡位置時(shí)的距離,由于橡皮筋的拉力命名兩圓紙板相向運(yùn)動(dòng),顯示出分子間引力大于斥力,總是表現(xiàn)為引力;當(dāng)兩圓紙板間距離小于平衡位置時(shí)的距離,由于磁鐵間的斥力使兩圓紙板反向運(yùn)動(dòng),這就是顯示出分子間引力小于斥力,總的表現(xiàn)為斥力.二、固體、液體和氣體的特征閱讀課本內(nèi)容,完成下表:固體液體氣體分子間距離小較小大分子間作用力大較大小有無一定的形狀有無無有無一定的體積有有無三、物體的內(nèi)能1.什么是內(nèi)能?演示1小球在桌面上滾動(dòng).問:小球具有什么能?(動(dòng)能)演示2在試管里裝入一些熱水,用橡皮塞塞住,放在酒精燈上加熱,使水沸騰,水蒸氣膨脹做功沖開塞子.問:水蒸氣對橡皮塞有沒有做功?水蒸氣是否具有能?學(xué)生:做了功,具有能.問:水蒸氣是由什么組成的?有何特點(diǎn)?具有什么能?學(xué)生:水蒸氣是由大量水分子組成的,這些水分子永不停息地做著無規(guī)則的運(yùn)動(dòng),因此具有動(dòng)能.演示3高舉起小球.問:小球與地球相互吸引具有什么能?(勢能)問:分子間有什么力?(有相互作用的引力和斥力)演示4將兩根分別固定在兩輛小車上的條形磁鐵,分開一段適當(dāng)?shù)木嚯x(異名磁極相對),然后松開手,則可看到,小車互相靠近,直至兩磁鐵吸引在一起.教師分析:兩輛小車上的外力撤去后,小車之間的引力就可以做功,該實(shí)驗(yàn)對我們有何啟示?啟發(fā)學(xué)生得出結(jié)論:與上述實(shí)驗(yàn)類似,假如分子間的斥力突然消失,則分子間的引力就可以做功,勢能就表現(xiàn)出來,即分子間有因相互吸引而具有的勢能.演示5按住兩小車上的磁鐵,使兩同名磁極相對、挨近(約23 mm),然后松開手,可見小車相互推開.啟發(fā)學(xué)生得出結(jié)論:與兩相斥的磁鐵類似,互相排斥的分子也具有勢能,即分子間也有因相互排斥而具有的勢能.結(jié)論:物體內(nèi)部所有分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和相互作用的勢能的總和,叫物體的內(nèi)能.強(qiáng)調(diào):物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子具有的能量,而不是指單個(gè)分子具有的能量.說明:因分子勢能跟分子間的相互作用關(guān)系復(fù)雜,初中階段暫不考慮它的變化,而只考慮分子動(dòng)能對內(nèi)能的影響.2.改變內(nèi)能的方式出示一根火柴,問:如何讓上面的火藥燃著?學(xué)生的可能答案:在火柴盒上擦劃.和高溫物體接觸,如與火爐中的炭、燒紅的金屬塊等接觸.放在煤油燈罩的上方.太陽光下放凸透鏡或凹面鏡的焦點(diǎn)處.用紙包著,放在石頭上用鐵錘砸.教師分析:火藥能被點(diǎn)燃,說明溫度升高、內(nèi)能增加,達(dá)到了著火點(diǎn).請問哪些情況是用了熱傳遞(傳導(dǎo)、對流、輻射)使火藥的溫度升高、內(nèi)能增加的?在這個(gè)過程中內(nèi)能從溫度高的物體轉(zhuǎn)移給溫度低的物體.結(jié)論:用熱傳遞的方式可以改變物體的內(nèi)能,其實(shí)質(zhì)是一個(gè)物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)移給另一個(gè)物體,能的形式?jīng)]變.教師:顯然,除了熱傳遞,還有別的方式可以改變物體的內(nèi)能.演示6火柴在火柴盒上擦劃、燃著.(紙包著,放在石頭上用鐵錘砸,可在課后做,但要強(qiáng)調(diào)注意安全!12根即可)演示7在“空氣壓縮引火儀”的厚管中,放入綠豆大小的硝化棉,用力把活塞迅速壓下去,則可見其猛烈燃燒,發(fā)出明亮的光.師生分析:壓縮空氣對空氣做功空氣內(nèi)能增加溫度升高達(dá)到硝化棉的著火點(diǎn)燃燒.在這個(gè)過程中,人消耗機(jī)械能,使空氣內(nèi)能增加,即機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.結(jié)論:做功也可以改變內(nèi)能,其實(shí)質(zhì)是內(nèi)能和其他形式的能之間轉(zhuǎn)化,能的形式發(fā)生了變化.學(xué)生實(shí)驗(yàn):(1)兩手合在一起用力搓,說出感覺.(2)出示一鋼鋸條,讓甲同學(xué)摸一下說出感覺,然后請乙同學(xué)持鋸條在木塊上來回急速地摩擦20次,再讓甲同學(xué)摸一下,說出感覺.啟發(fā)歸納:外界對物體做功,物體內(nèi)能增加?演示8用“內(nèi)能、機(jī)械能互變演示器”,向管中倒入少量乙醚,用紗帶圍管子繞一圈,請一個(gè)同學(xué)迅速地來回拉動(dòng)紗帶,待一會(huì)兒,塞子就被沖開.引導(dǎo)學(xué)生分析:啟發(fā)歸納:物體對外界做功,內(nèi)能減少.思考:出示鋼鋸條,問:如果只知道這根鋼鋸條溫度升高了,而沒有看到內(nèi)能改變的過程,能否判斷是通過做功還是通過熱傳遞的方式使它的內(nèi)能增加的.教師分析點(diǎn)撥:做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的.1.下列現(xiàn)象中,能說明分子在做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的是(B)A.雪花紛揚(yáng)B.丹桂飄香C.柳枝搖曳D.秋葉飄零2.以下說法中,不是分子動(dòng)理論基本觀點(diǎn)的是(D)A.分子間存在著引力和斥力B.常見物質(zhì)是由大量的分子構(gòu)成的C.構(gòu)成物質(zhì)的分子在不停地做熱運(yùn)動(dòng)D.做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能3.“鉆木取火”和利用太陽能熱水器將水加熱的過程中,分別是利用哪種方式改變物體的內(nèi)能的(B)A.熱傳遞做功B.做功熱傳遞C.都是熱傳遞D.都是做功4.一個(gè)物體的溫度升高,其內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)就加快,它的內(nèi)能就增加.內(nèi)能的單位是焦耳.5.鐵絲不容易被拉伸,說明分子間存在引力;水不易被壓縮,說明分子間存在斥力;打開裝有酒精的容器,會(huì)聞到酒精的味道,這是擴(kuò)散現(xiàn)象;將50 mL酒精倒入50 mL水中,混合后總體積小于100 mL,說明分子間有間隙.6.分析下列現(xiàn)象:太陽灶燒熱水;鐵匠給刀具淬水;鉆木取火;太陽光下用冰做成凸透鏡取火;打氣時(shí)氣筒壁發(fā)熱.其中通過熱傳遞改變內(nèi)能的是:;通過做功改變內(nèi)能的是:.1.氣體、液體和固體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)氣體分子間距離比較大,在常溫常壓下,氣體分子間距大約是分子直徑的10倍,這時(shí)分子間的作用力很小,可以近似認(rèn)為,氣體分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外是不受力的作用的,氣體分子以不同速度做勻速直線運(yùn)動(dòng),直到碰撞才改變速度的大小和方向.固體分子間的距離很小,分子間作用力很大.固體分子只能在各自平衡位置附近做無規(guī)則的振動(dòng).液體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)接近于固體,分子間作用力比固體小些,分子的排列沒有一定規(guī)則,液體