初中物理二、内 能教案

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初中物理二、内 能教案

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  • 第五节 升华和凝华
    教案示例
    第1课时 第2课时

    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

    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 -10m数量级时,分子的作用力的合力为零,此距离为r0

      当分子距离小于r0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Ep增大。

      如果分子间距离大于r0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,Ep增大。

      从以上两种情况综合分析,分子间距离以r0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r0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r0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r0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。