第１课时

教学目标

一、知识与技能

1 .了解内能的概念，能简单描述温度和内能的关系。

2. 知道热传递过程中，物体吸收（或放出）热量，使物体温度升高（或降低），内能改变。

3. 知道在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量，热量的单位是焦耳。

4. 知道做功可以使物体内能增加或减少的一些实例。

二、过程与方法

1. 通过探究就找到改变物体内能的两种方法。

2. 通过演示实验说明做功与物体的内能的变化关系。

3. 通过查找资料，了解地球的“温室效应”。

三、情感、态度与价值观

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。

教学重点：掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。

教学难点：区分温度、内能、热量三个物理量，分子势能随分子间距离变化的势能曲线。

教学准备：压缩气体做功，气体内能增加的演示实验：圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。

教学过程

第 1 课时

一、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律热运动产生的。那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。

二、新课学习

1 ．分子的动能、温度

物体内大量分子不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小不同。由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。

学习布朗运动和扩散现象时，我们知道布朗运动和扩散现象都与温度有关系，温度越高，布朗运动越激烈，扩散也加快。依照分子动理论，这说明温度升高后分子无规则运动加剧。用上述分子热运动的平均动能来说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能增大。如果温度降低，说明分子热运动的平均动能减小。因此从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。“标志”的含义是指物体温度升高或降低，表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小。温度不变，就表示了分子热运动的平均动能不变。其他宏观物理量如时间、质量、物质种类都不是分子热运动平均动能的标志。但是，温度不是直接等于分子的平均动能。

另一方面，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。

我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。

2 ．分子势能

分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。

如果分子间距离约为 10 ^-10 m 数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为 r ₀ 。

当分子距离小于 r ₀ 时，分子间的作用力表现为斥力，要减小分子间的距离必须克服斥力做功，因此，分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的。如上图中弹簧压缩，弹性势能 E _p 增大。

如果分子间距离大于 r ₀ 时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此，分子势能随分子间的距离增大而增大。这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的。如图 1 中弹簧拉伸， E _p 增大。

从以上两种情况综合分析，分子间距离以 r ₀ 为数值基准， r 不论减小或增大，分子势能都增大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点。如果分子间距离是无限远时，取分子势能为零值，分子间距离从无限远逐渐减少至 r ₀ 以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且距离减少，分子引力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小为负值。当分子间距离到达 r ₀ 以后再减小，分子作用力表现为斥力，在分子间距离减小过程中，克服斥力做功，使分子势能增大。其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值。分子势能随分子间距离 r 的变化情况可以在下图的图象中表现出来。从图中看到分子间距离在 r ₀ 处，分子势能最小。

既然分子势能的大小与分子间距离有关，那么在宏观上什么物理量能反映分子势能的大小变化情况呢？如果对于确定的物体，它的体积变化，直接反映了分子间的距离，也就反映了分子间的势能变化。所以分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。

3 ．物体的内能

（ 1 ）物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的。

宏观量中哪些物理量是分子热运动的平均动能和分子势能的标志。根据学生的回答，引导到一个确定的物体，分子总数是固定的，那么这物体的内能大小是由宏观量——温度和体积决定的。如果不是确定的物体，那么物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定。

课堂讨论题：下列各个实例中，比较物体的内能大小，并说明理由。

①一块铁由 15 ℃ 升高到 55 ℃ ，比较内能。

②质量是 1kg 50 ℃ 的铁块与质量是 0.1kg 50 ℃ 的铁块，比较内能。

③质量是 1kg 100 ℃ 的水与质量是 1kg 100 ℃ 的水蒸气，比较内能。

（ 2 ）物体机械运动对应着机械能，热运动对应着内能。任何物体都具有内能，同时还可以具有机械能。例如在空中飞行的炮弹，除了具有内能，还具有机械能——动能和重力势能。

一辆汽车的车厢内有一气瓶氧气，当汽车以 60km/h 行驶起来后，气瓶内氧气的内能是否增加？通过此问题，让学生认识内能是所有分子热运动动能和分子势能之总和，而不是分子定向移动的动能。另一方面，物体机械能增加，内能不一定增加。

课上练习

判断下面各结论是否正确？

（ 1 ）温度高的物体，内能不一定大。

（ 2 ）同样质量的水在 100 ℃ 时的内能比 60 ℃ 时的内能大。

（ 3 ）内能大的物体，温度一定高。

（ 4 ）内能相同的物体，温度一定相同。

（ 5 ）温度高的物体，含有的热量多，或者说内能大的物体含有的热量多。

答案：（ 1 ）、（ 2 ）是对的。

三、课堂小结

1. 分子热运动的平均动能、分子势能、内能。要知道这三个概念的确切含义，更为重要的是能够区分温度、内能、热量，知道内能与机械能的区别和联系。

2. 分子热运动的平均动能与温度的关系、分子间的相互作用力与分子间距离的关系、做功与热传递在使物体内能改变上的关系。