10.2 內能1.知道物質結構的基本圖像,知道擴散現象.2.知道什么是內能,知道物體溫度改變時,內能隨著改變.3.知道做功和熱傳遞可以改變物體內能,知道做功和熱傳遞改變物體內能是等效的,能用做功和熱傳遞能改變內能的關系來解釋常見的物理現象.4.知道各種形式的能是可以相互轉化的.【重點難點】 重點:物質結構的基本圖像;改變物體內能的兩種方式及其在生活中的應用.難點:分子間存在相互作用力;區分溫度、內能、熱量三個物理量;理解做功改變物體的內能的實質是發生了內能和機械能的轉化.【新課導入】 導入1:實驗導入(1)情景創設教師演示:打開一瓶香水的瓶蓋啟發:你有什么感覺?教室不同地方的同學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們思考:可以通過什么辦法使鐵絲的溫度升高?導入2:復習引入上一節中的單擺實驗中發生了怎樣的能量轉化?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.單擺的機械能哪里去了?一個乒乓球在地面上往返跳,最終停下來,乒乓球原來具有的機械能哪里去了?一粒飛行的子彈具有動能,子彈打中物體后留在物體內,子彈原有的機械能哪里去了?我們學習了這節課的內容后,同學們便會明白其中的道理了,從而引入新課.【課堂探究】 一、物質結構的基本圖像1.物體是由大量分子組成的提問:平時用什么話來形容物體的細小?生答:細如發絲.據此教師就把一般頭發絲的直徑與分子直徑比較,如果將二萬個氧分子,一個緊挨一個排成一串,那么它們的總長度才跟一根頭發絲的直徑相當.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.分子的質量很小,1022個水分子的質量僅為1.63 g.總結:分子是保持物質化學性質的最小微粒.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則運動.(1)氣體的擴散演示1把少許酒精或風油精撒在教室里,很快在各個角落都能聞到酒精的氣味.演示2二氧化氮擴散到空氣中的實驗,如圖10-12所示.這個廣口瓶中充滿了紅棕色的二氧化氮氣體,用玻璃片蓋住.上面用一個充滿空氣的廣口瓶口向下放在玻璃片上,二氧化氮氣體的密度比空氣大.現在把兩個瓶口之間的玻璃片抽出,注意觀察發生什么現象.(學生觀察后再回答)我們發現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,說明二氧化氮氣體的分子運動到空氣中去了.而空氣的一部分分子運動到下面的瓶子中去了.最后兩種氣體均勻地混在一起.這些實驗說明:不是重力等外來力的作用,而是氣體分子在不停地做無規則運動的結果.由此提出擴散概念.擴散:不同的物質在接觸時,彼此進入對方的現象.擴散現象證明了分子永不停息地做無規則運動.(2)液體的擴散演示3紅墨水滴到清水中的實驗.演示4投一粒高錳酸鉀到清水中的實驗.演示5硫酸銅溶液的擴散.如圖10-13所示.不僅氣體能發生擴散現象,液體也能發生擴散,只是比氣體擴散慢很多.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散現象.說明:液體分子永不停息地做無規則運動.(3)固體的擴散白墻邊堆放煤,墻壁中會有黑色煤粉.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則運動.大量事實表明:構成物質的分子都在永不停息地做無規則運動,同時還說明了分子間存在間隙.(4)分子的運動跟溫度的關系演示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緩慢地滴入幾滴墨汁,觀察比較三只杯內墨擴散的快慢.(后面襯以白紙,以便同學們觀察比較)問:看到什么現象?現象說明什么?學生分析:溫度高擴散快分子運動快分子動能大.溫度低擴散慢分子運動慢分子動能小.小結:溫度越高,擴散過程越快.擴散得快,說明分子無規則運動的速度大,即分子無規則運動激烈.分子的這種運動稱為熱運動.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:分子既然在不停地無規則運動著,為什么固體不分散成一個個分子呢?演示7教材中圖1016分子間存在引力實驗.提問:這個實驗說明了什么問題?(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,管內無空氣,把管倒轉幾次,使兩種液體混合,體積明顯減少.分析實驗現象: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系演示9:分子間作用力與距離之間關系的模擬實驗.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,在車側面向學生處貼兩塊圓紙板擋在磁鐵前面,每個圓紙板表示一個分子;當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)時處于平衡位置;當兩圓紙板間距離大于平衡位置時的距離,由于橡皮筋的拉力命名兩圓紙板相向運動,顯示出分子間引力大于斥力,總是表現為引力;當兩圓紙板間距離小于平衡位置時的距離,由于磁鐵間的斥力使兩圓紙板反向運動,這就是顯示出分子間引力小于斥力,總的表現為斥力.二、固體、液體和氣體的特征閱讀課本內容,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、物體的內能1.什么是內能?演示1小球在桌面上滾動.問:小球具有什么能?(動能)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?學生:做了功,具有能.問:水蒸氣是由什么組成的?有何特點?具有什么能?學生: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則的運動,因此具有動能.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,分開一段適當的距離(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,該實驗對我們有何啟示?啟發學生得出結論:與上述實驗類似,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.啟發學生得出結論: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.結論:物體內部所有分子做無規則運動的動能和相互作用的勢能的總和,叫物體的內能.強調:物體的內能是指物體內所有分子具有的能量,而不是指單個分子具有的能量.說明:因分子勢能跟分子間的相互作用關系復雜,初中階段暫不考慮它的變化,而只考慮分子動能對內能的影響.2.改變內能的方式出示一根火柴,問:如何讓上面的火藥燃著?學生的可能答案: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處.用紙包著,放在石頭上用鐵錘砸.教師分析:火藥能被點燃,說明溫度升高、內能增加,達到了著火點.請問哪些情況是用了熱傳遞(傳導、對流、輻射)使火藥的溫度升高、內能增加的?在這個過程中內能從溫度高的物體轉移給溫度低的物體.結論:用熱傳遞的方式可以改變物體的內能,其實質是一個物體的內能轉移給另一個物體,能的形式沒變.教師:顯然,除了熱傳遞,還有別的方式可以改變物體的內能.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,但要強調注意安全!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,發出明亮的光.師生分析:壓縮空氣對空氣做功空氣內能增加溫度升高達到硝化棉的著火點燃燒.在這個過程中,人消耗機械能,使空氣內能增加,即機械能轉化為內能.結論:做功也可以改變內能,其實質是內能和其他形式的能之間轉化,能的形式發生了變化.學生實驗:(1)兩手合在一起用力搓,說出感覺.(2)出示一鋼鋸條,讓甲同學摸一下說出感覺,然后請乙同學持鋸條在木塊上來回急速地摩擦20次,再讓甲同學摸一下,說出感覺.啟發歸納:外界對物體做功,物體內能增加?演示8用“內能、機械能互變演示器”,向管中倒入少量乙醚,用紗帶圍管子繞一圈,請一個同學迅速地來回拉動紗帶,待一會兒,塞子就被沖開.引導學生分析:啟發歸納:物體對外界做功,內能減少.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能增加的.教師分析點撥:做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的.1.下列現象中,能說明分子在做無規則熱運動的是(B)A.雪花紛揚B.丹桂飄香C.柳枝搖曳D.秋葉飄零2.以下說法中,不是分子動理論基本觀點的是(D)A.分子間存在著引力和斥力B.常見物質是由大量的分子構成的C.構成物質的分子在不停地做熱運動D.做功和熱傳遞都能改變物體的內能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4.一個物體的溫度升高,其內部分子的熱運動就加快,它的內能就增加.內能的單位是焦耳.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,會聞到酒精的味道,這是擴散現象;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;打氣時氣筒壁發熱.其中通過熱傳遞改變內能的是:;通過做功改變內能的是:.1.氣體、液體和固體的內部結構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,這時分子間的作用力很小,可以近似認為,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動,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則的振動.液體的內部結構接近于固體,分子間作用力比固體小些,分子的排列沒有一定規則,液體