资源描述
10.2 内 能
1.知道物质结构的基本图像,知道扩散现象.
2.知道什么是内能,知道物体温度改变时,内能随着改变.
3.知道做功和热传递可以改变物体内能,知道做功和热传递改变物体内能是等效的,能用做功和热传递能改变内能的关系来解释常见的物理现象.
4.知道各种形式的能是可以相互转化的.
【重点难点】
重点:物质结构的基本图像;改变物体内能的两种方式及其在生活中的应用.
难点:分子间存在相互作用力;区分温度、内能、热量三个物理量;理解做功改变物体的内能的实质是发生了内能和机械能的转化.
【新课导入】
导入1:实验导入
(1)情景创设
教师演示:打开一瓶香水的瓶盖
启发:你有什么感觉?教室不同地方的同学为什么都能闻到香气呢?这是什么原因呢?
(2)教师:手中拿一根铁丝
让同学们思考:可以通过什么办法使铁丝的温度升高?
导入2:复习引入
上一节中的单摆实验中发生了怎样的能量转化?但是大家也看到了单摆上升的高度一次比一次小,最终停下来.单摆的机械能哪里去了?一个乒乓球在地面上往返跳,最终停下来,乒乓球原来具有的机械能哪里去了?一粒飞行的子弹具有动能,子弹打中物体后留在物体内,子弹原有的机械能哪里去了?
我们学习了这节课的内容后,同学们便会明白其中的道理了,从而引入新课.
【课堂探究】
一、物质结构的基本图像
1.物体是由大量分子组成的
提问:平时用什么话来形容物体的细小?
生答:细如发丝.
据此教师就把一般头发丝的直径与分子直径比较,如果将二万个氧分子,一个紧挨一个排成一串,那么它们的总长度才跟一根头发丝的直径相当.
分子体积很小,水分子与乒乓球大小之比恰似乒乓球与地球之比.
分子的质量很小,1022个水分子的质量仅为1.63 g.
总结:分子是保持物质化学性质的最小微粒.分子很微小,无法用眼睛直接看到.物体里含有大量的分子.
2.分子在不停息地做无规则运动.
(1)气体的扩散
演示1 把少许酒精或风油精撒在教室里,很快在各个角落都能闻到酒精的气味.
演示2 二氧化氮扩散到空气中的实验,如图10-12所示.
这个广口瓶中充满了红棕色的二氧化氮气体,用玻璃片盖住.上面用一个充满空气的广口瓶口向下放在玻璃片上,二氧化氮气体的密度比空气大.现在把两个瓶口之间的玻璃片抽出,注意观察发生什么现象.(学生观察后再回答)
我们发现下面的瓶子中气体的红棕色变浅,上面的瓶子中气体的颜色也渐渐变成了浅的红棕色.直到两个瓶子中的气体颜色均匀了为止.
装有空气的瓶子中颜色变深,说明二氧化氮气体的分子运动到空气中去了.而空气的一部分分子运动到下面的瓶子中去了.最后两种气体均匀地混在一起.
这些实验说明:不是重力等外来力的作用,而是气体分子在不停地做无规则运动的结果.
由此提出扩散概念.
扩散:不同的物质在接触时,彼此进入对方的现象.扩散现象证明了分子永不停息地做无规则运动.
(2)液体的扩散
演示3 红墨水滴到清水中的实验.
演示4 投一粒高锰酸钾到清水中的实验.
演示5 硫酸铜溶液的扩散.如图10-13所示.
不仅气体能发生扩散现象,液体也能发生扩散,只是比气体扩散慢很多.量筒中装硫酸铜溶液,上面装有一半清水,水的密度小,在上面.二者之间的界限很清晰.我们盖上盖子,过几天再来观察液体的扩散现象.
说明:液体分子永不停息地做无规则运动.
(3)固体的扩散
白墙边堆放煤,墙壁中会有黑色煤粉.
把磨得很光的铅片和金片紧压在一起,在室温下放置5年后再将它们分开,可以观察到它们互相渗入约1毫米深.
说明:固体分子永不停息地做无规则运动.
大量事实表明:构成物质的分子都在永不停息地做无规则运动,同时还说明了分子间存在间隙.
(4)分子的运动跟温度的关系
演示6 取三只烧杯,分别倒入冷水、温水和热水,然后分别向三只杯内缓慢地滴入几滴墨汁,观察比较三只杯内墨扩散的快慢.(后面衬以白纸,以便同学们观察比较)
问:看到什么现象?现象说明什么?
学生分析:
温度高→扩散快→分子运动快→分子动能大.
温度低→扩散慢→分子运动慢→分子动能小.
小结:温度越高,扩散过程越快.扩散得快,说明分子无规则运动的速度大,即分子无规则运动激烈.分子的这种运动称为热运动.
3.分子间有相互作用的引力和斥力
(1)分子间有相互吸引力
提问:分子既然在不停地无规则运动着,为什么固体不分散成一个个分子呢?
演示7 教材中图1016分子间存在引力实验.
提问:这个实验说明了什么问题?
(2)分子间有相互排斥力
提问:为什么固体和液体很难被压缩?
演示8 用半径为0.5厘米、长约85厘米、一端封闭的玻璃管,先倒入清水半管,后倒染红的酒精至满,然后用胶塞塞住,管内无空气,把管倒转几次,使两种液体混合,体积明显减少.
分析实验现象:在酒精与水混合的过程中,有些酒精的分子到了水中,有些水分子到了酒精中,说明水与酒精的分子都是有间隙的,从而说明分子间有相互排斥力.
(3)分子间作用力与距离的关系
演示9:分子间作用力与距离之间关系的模拟实验.
如图所示,两部装上磁铁的小车,同名磁极相对,中间用橡皮筋系着,在车侧面向学生处贴两块圆纸板挡在磁铁前面,每个圆纸板表示一个分子;当表示两分子的圆纸板相隔一定距离(磁铁间的斥力等于橡皮筋的拉力)时处于平衡位置;当两圆纸板间距离大于平衡位置时的距离,由于橡皮筋的拉力命名两圆纸板相向运动,显示出分子间引力大于斥力,总是表现为引力;当两圆纸板间距离小于平衡位置时的距离,由于磁铁间的斥力使两圆纸板反向运动,这就是显示出分子间引力小于斥力,总的表现为斥力.
二、固体、液体和气体的特征
阅读课本内容,完成下表:
固体
液体
气体
分子间距离
小
较小
大
分子间作用力
大
较大
小
有无一定的形状
有
无
无
有无一定的体积
有
有
无
三、物体的内能
1.什么是内能?
演示1 小球在桌面上滚动.
问:小球具有什么能?(动能)
演示2 在试管里装入一些热水,用橡皮塞塞住,放在酒精灯上加热,使水沸腾,水蒸气膨胀做功冲开塞子.
问:水蒸气对橡皮塞有没有做功?水蒸气是否具有能?
学生:做了功,具有能.
问:水蒸气是由什么组成的?有何特点?具有什么能?
学生:水蒸气是由大量水分子组成的,这些水分子永不停息地做着无规则的运动,因此具有动能.
演示3 高举起小球.
问:小球与地球相互吸引具有什么能?(势能)
问:分子间有什么力?(有相互作用的引力和斥力)
演示4 将两根分别固定在两辆小车上的条形磁铁,分开一段适当的距离(异名磁极相对),然后松开手,则可看到,小车互相靠近,直至两磁铁吸引在一起.
教师分析:两辆小车上的外力撤去后,小车之间的引力就可以做功,该实验对我们有何启示?
启发学生得出结论:与上述实验类似,假如分子间的斥力突然消失,则分子间的引力就可以做功,势能就表现出来,即分子间有因相互吸引而具有的势能.
演示5 按住两小车上的磁铁,使两同名磁极相对、挨近(约2~3 mm),然后松开手,可见小车相互推开.
启发学生得出结论:与两相斥的磁铁类似,互相排斥的分子也具有势能,即分子间也有因相互排斥而具有的势能.
结论:物体内部所有分子做无规则运动的动能和相互作用的势能的总和,叫物体的内能.
强调:物体的内能是指物体内所有分子具有的能量,而不是指单个分子具有的能量.
说明:因分子势能跟分子间的相互作用关系复杂,初中阶段暂不考虑它的变化,而只考虑分子动能对内能的影响.
2.改变内能的方式
出示一根火柴,问:如何让上面的火药燃着?
学生的可能答案:①在火柴盒上擦划.②和高温物体接触,如与火炉中的炭、烧红的金属块等接触.③放在煤油灯罩的上方.④太阳光下放凸透镜或凹面镜的焦点处.⑤用纸包着,放在石头上用铁锤砸.……
教师分析:火药能被点燃,说明温度升高、内能增加,达到了着火点.请问哪些情况是用了热传递(传导、对流、辐射)使火药的温度升高、内能增加的?在这个过程中内能从温度高的物体转移给温度低的物体.
结论:用热传递的方式可以改变物体的内能,其实质是一个物体的内能转移给另一个物体,能的形式没变.
教师:显然,除了热传递,还有别的方式可以改变物体的内能.
演示6 火柴在火柴盒上擦划、燃着.(纸包着,放在石头上用铁锤砸,可在课后做,但要强调注意安全!1~2根即可)
演示7 在“空气压缩引火仪”的厚管中,放入绿豆大小的硝化棉,用力把活塞迅速压下去,则可见其猛烈燃烧,发出明亮的光.
师生分析:
压缩空气→对空气做功→空气内能增加→温度升高→达到硝化棉的着火点燃烧.在这个过程中,人消耗机械能,使空气内能增加,即机械能转化为内能.
结论:做功也可以改变内能,其实质是内能和其他形式的能之间转化,能的形式发生了变化.
学生实验:
(1)两手合在一起用力搓,说出感觉.
(2)出示一钢锯条,让甲同学摸一下说出感觉,然后请乙同学持锯条在木块上来回急速地摩擦20次,再让甲同学摸一下,说出感觉.
启发归纳:外界对物体做功,物体内能增加?
演示8 用“内能、机械能互变演示器”,向管中倒入少量乙醚,用纱带围管子绕一圈,请一个同学迅速地来回拉动纱带,待一会儿,塞子就被冲开.
引导学生分析:
启发归纳:物体对外界做功,内能减少.
思考:出示钢锯条,问:如果只知道这根钢锯条温度升高了,而没有看到内能改变的过程,能否判断是通过做功还是通过热传递的方式使它的内能增加的.
教师分析点拨:做功和热传递对改变物体的内能是等效的.
1.下列现象中,能说明分子在做无规则热运动的是( B )
A.雪花纷扬 B.丹桂飘香
C.柳枝摇曳 D.秋叶飘零
2.以下说法中,不是分子动理论基本观点的是( D )
A.分子间存在着引力和斥力
B.常见物质是由大量的分子构成的
C.构成物质的分子在不停地做热运动
D.做功和热传递都能改变物体的内能
3.“钻木取火”和利用太阳能热水器将水加热的过程中,分别是利用哪种方式改变物体的内能的( B )
A.热传递 做功 B.做功 热传递
C.都是热传递 D.都是做功
4.一个物体的温度升高,其内部分子的热运动就 加快 ,它的内能就 增加 .内能的单位是 焦耳 .
5.铁丝不容易被拉伸,说明分子间存在 引 力;水不易被压缩,说明分子间存在 斥 力;打开装有酒精的容器,会闻到酒精的味道,这是 扩散 现象;将50 mL酒精倒入50 mL水中,混合后总体积小于100 mL,说明分子间有 间隙 .
6.分析下列现象:
①太阳灶烧热水;②铁匠给刀具淬水;③钻木取火;④太阳光下用冰做成凸透镜取火;⑤打气时气筒壁发热.
其中通过热传递改变内能的是: ①②④ ;通过做功改变内能的是: ③⑤ .
1.气体、液体和固体的内部结构
气体分子间距离比较大,在常温常压下,气体分子间距大约是分子直径的10倍,这时分子间的作用力很小,可以近似认为,气体分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外是不受力的作用的,气体分子以不同速度做匀速直线运动,直到碰撞才改变速度的大小和方向.
固体分子间的距离很小,分子间作用力很大.固体分子只能在各自平衡位置附近做无规则的振动.液体的内部结构接近于固体,分子间作用力比固体小些,分子的排列没有一定规则,液体分子也像固体分子那样在平衡位置附近做无规则的振动,不过振动一段很短时间后就移到另一个位置附近振动.
2.热传递和内能的改变 热量
我们看到热传递也是改变物体内能的一种方法.通常我们看到的传导、对流、辐射是热传递的三种方式.热传递的实质就是能量从高温物体传到低温物体或者从同一物体的高温部分传到低温部分的过程.
在热传递的过程中,传递能量的多少叫做热量.高温物体放热,低温物体吸热.物体放出或吸收的热量越多,它内能的改变越大.可见,物体间传递的热量就是内能变化的多少.
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