1、7. 5、內能 教學目標 在物理知識方面要求：（1）知道分子的動能，分子的平均動能，知道物體的溫 度是分子平均動能大小的標志。（2）知道分子的勢能跟物體的體積有關，知道分子勢能隨分子間距離變化而變化的定性規律。（3）知道什么是物體的內能，物體的內能與哪個宏觀量有關，能區別物體的內能和機械能。 在培養學生能力方面，這節課中要讓學生建立：分子動能、分子平均動能、分子 勢能、物體內能、熱量等五個以上物理概念，又要讓學生初步知道三個物理規律：溫度與分子平均動能關系，分子勢能與分子間距離關系，做功與熱傳遞在改變物 體內能上的關系。因此，教學中著重培養學生對物理概念和規律的理解能力。 滲透物理學方法的教育

2、：在分子平均動能與溫度關系的講授中，滲透統計的方法。 在分子間勢能與分子間距離的關系上和做功與熱傳遞關系上都要滲透歸納推理方 法。 重點、難點分析 教學重點是使學生掌握三個概念（分子平均動能、分子勢能、物體內能），掌 握三個物理規律（溫度與分子平均動能關系、分子勢能與分子之間距離關系、熱傳遞與功的關系）。2區分溫度、內能、熱量三個物理量是教學上的一個難點；分子勢能隨分子間距離變化的勢能曲線是教學上的另一難點。 主要教學過程 引入新課 我們知道做機械運動的物體具有機械能，那么熱現象發生過程中，也有相應的能量變化。另一方面，我們又知道熱現象是大量分子做無規律熱運動產生的。那么熱運動的能量與大量的無

3、規律運動有什么關系呢？這是今天學習的問題。 教學過程的設計 一、溫度的宏觀和微觀意義是什么？如何理解？ 分子的無規則運動特點是多、變、快、亂，在熱現象中，關心的是多個發分子，而不是單個分子。 （1）、分子的平均動能所有分子的動能的平均值 26 5 m / s 10vkg m10 （2）、溫度：宏觀表示物體的冷熱程度 微觀是物體平均動能的標志 （3）、 溫度相同，平均動能就相同，不論物體的組成、結構、種類和物態 (無論如何) 二、什么是分子勢能？分子勢能與什么有關？ （1）、由于分子間存在著相互作用的引力和斥力而具有的與其相對位置有關的能量，叫做分子勢能。 （類似于重力勢能和彈性勢能）。因此任何

4、物體都是有內能的。 （2）、微觀與相對位置有關 宏觀與體積有關 10 m 10r0 10 rr0 rr0引力斥力表現斥力 斥力r r0 做負功 增加Eprr0 引力斥力 合力 rr0E最小prr0 引力斥力 表現引力r引力斥力合力 10 r00 0 0 引力r r0 做負功 增加Ep 三、什么是物體的內能，它與什么有關？ 所有分子做熱運動的動能和分子勢能的總和 1、 斥力 叫做物體的內能，也叫熱力學能EP 有關和分子個數N 與溫度T、體積V2、 一切物體都具有內能、 3 四、內能和機械能又什么區別？ 引力宏觀物體的機械運動對應機械能。機械能可 1、r0 以為零。 微觀物體對應內能。內能不可以為

5、零。2、 內能和機械能之間可以相互轉化。3、物體機械運動對應著機械能，熱運動對應著內能。任何物體都具有內能，同時還可以具 有機械能。例如在空中飛行的炮彈，除了具有內能，還具有機械能動能和重力勢能 區別內能、熱量和溫度五 課堂練習 溫度的高低是由人的感覺決定的（×）1、 物體平均速度大的物體的溫度高（×）、2 的銅的平均動能相同（）20的水和203、 體積變大，內能變大（×）4、 溫度升高，所有的分子的平均動能都變大（×）、 5 溫度越高，總動能越大（×）、 6 同溫度的水和氫氣相比，氫氣的平均速度大（）、 7 溫度高的物體，內能不一定大。8、

6、60時的內能大。 同樣質量的水在100時的內能比9、 內能大的物體，溫度一定高。 10、 下列各個實例中，比較物體的內能大小，并說明理由。11、 ，比較內能。升高到55一塊鐵由15 0.1kg50的鐵塊，比較內能。質量是1kg50的鐵塊與質量是 的水蒸氣，比較內能。1kg100質量是的水與質量是1kg100 改變內能的兩種方式 溫度計 一、做功改變物體的內能膠塞 接打氣筒 摩擦生熱、壓縮氣體、攪拌 1、 對物體做功，物體的內能增加 2、 物體對外做功，物體的內能減小 3、 做了多少功，就改變多少內能 二、熱傳遞改變物體的內能 教室里的熱水、火爐上的涼水 1、 外界向物體傳遞熱量（吸熱），物體的

7、內能增加 2、 物體向外界傳遞熱量（放熱），物體的內能減小 3、 傳遞多少熱量，內能就改變多少 三、做功和熱傳遞的實質 1、 做功改變內能，是能量的轉化，用功的數值來度量 2、 熱傳遞改變內能，是能量的轉移，用熱量來度量 四、做功和熱傳遞的等效性 做功和熱傳遞在改變內能上是等效的。 例如：使物體升高溫度，可以用熱傳遞的方法，也可以用做功的方法，得到的結果是相 同的，如果事先不知道，我們無法知道它是通過哪種途徑改變的內能。 1 cal4.2 J 1 J0.24 cal 多維鏈接溫度計和溫標的發明 公元前200一100年間，古希臘菲隆和希隆各自制造過一種以空氣膨脹為原理的測溫器。其后，人們還在三個

8、容器中分別裝上冷、溫、熱水來判斷物體的冷熱：用手摸進行比較。 1592或1595年，伽利略制成了第一個氣體溫度計。玻璃管與玻璃泡相連，管內有有色液體，倒置于水杯之中。當被測溫度的物體與泡接觸時，泡內空氣就會因熱脹冷縮而發生體積變化，使有色液柱上升或下降，再由玻管上標有“熱度”(即現在所說的“溫度”)的刻度讀出。這是有史以來的第一支有刻度的溫度計。顯然，這種溫度計不完善：變化著的大氣壓也會使液柱升降，測量范圍極其狹窄。 物理學中熱力學里有一門叫計溫學的分支，它是利用物質的熱效應來研究測溫技術的。它包括溫度分度法、溫度參照點的選擇、溫度計按不同用途的設計、制定各種測溫標準、提高測溫精度、準確度、測

9、定實用溫標和熱力學溫標的差值等。伽利略發明氣體溫度計后，人們的工作就大致按這些內容進行。 1611年，伽利略的同事桑克托留斯改進了伽利略的氣體溫度計，制成一種蛇狀玻璃管氣體溫度計，玻管上有llO個刻度，可測體溫。 1629年，約瑟夫·德米蒂哥這位物理學家兼猶太教師出版了一本叫花園中的噴泉的書，書中載有盛有白蘭地的玻璃泡溫度計，它旁邊的小字上寫著“oleb”(上升)。有人認為這是人類第一支較準確的溫度計。但現未能查明其發明者，而只能猜測是伽利略或他在帕多瓦大學的同事德米蒂哥。具體發明年代只能大致確定在17世紀初。 16311632年，法國化學家詹·雷伊把伽利略的玻璃管倒轉過來

10、，并直接用水而不是空氣的體積變化來測定溫度。這是第一支用水作工作物質的溫度計。但因管口末密封，水會蒸發而產生越來越大的誤差。 1641年，第一支以酒精為工作物質的溫度計首次出現在意大利托斯卡納大公爵費迪南二世的宮庭里。16441650年間，這位大公將其不斷完善：用蠟把紅色酒精溫度計的玻管口封位，在玻管上刻度。可見，這支溫度計已具有現代溫度計的雛型，以致不少人將溫度計的年，這種溫度計已在佛羅倫薩普及，以致這一年被一些人認為1654發明歸功于這位大公。是溫度計誕生之年。它還被傳到英國和荷蘭。 1646年，意大利物理學家萊納爾第尼明智地提出以水的冰點和沸點作為溫度計刻度的兩個定點。但無奈當時流行的酒

11、精溫度計里酒精的沸點(78.5)低于水的沸點(100)，所以用水的沸點為第二個定點對酒精溫度計顯然不切實際，所以這一建議當時未能實施。 1657年成立的意大利佛羅倫薩實驗科學院在其存在的10年間地進行了水銀和酒精溫度計的研究，制作過40(或80)個等分標度的沒有定點的酒精溫度計：它在1660年冬最冷時顯示1112“度”，冰的熔點顯示13.5“度”，夏天最熱時為40“度”。 1658年，法國天文學家伊斯梅爾·博里奧制成第一支用水銀作工作物質的溫度計。 1660年，意大利材料測試研究所也制成了水銀溫度計。 1665年，荷蘭物理學、數學家惠更斯地提議把水的冰點和沸點作溫度計刻度的兩個定點，

12、以便各種溫度計標準化。同年，英國物理學、化學家波義耳根據他于1662年發現的氣體定律(即玻義耳定律，后經法國物理學家馬略特完善后稱波義耳一馬略特定律，簡稱波一馬定律)，指出氣體溫度計不準的原因及其他缺點。其后，人們大多轉向其他工作物質的溫度計的研究。 1672年，休賓在巴黎發明了第一個不受大氣壓影響的空氣溫度計。 1688年，達蘭西的溫度計以水和牛油熔解時的兩個溫度作溫度計刻度的兩個固定點。 18世紀初，形形色色的溫度標準(溫標)已多達30余種。例如，丹麥天文學家羅默(他以1676年用觀測木星衛星蝕的方法第一次證實光的傳播是等速運動而聞名于世)以人體溫度為22.5“度”和水的沸點為60“度”作

13、溫度計上刻度的兩個定點。牛頓于17011703年制作的亞麻子油(一說蓖麻油)溫度計把雪的熔點0“度”和人體的溫度12“度”作溫度計的兩個定點。 法國物理學家阿蒙東最先指出測溫液體是規則膨脹的，“有絕對零度存在”也是他最先指出的，他于1703年也制成了一支實用氣體溫度計。 在18世紀以前，溫標不統一且不太實用。這些工作歷史地落在華倫海特等人的肩上。 遷居荷蘭的德國玻璃工華倫海特也在英國居住過。他經過17091714年的研究，把冰、水、氯化銨的混合物平衡溫度定為0，人體溫度定為96(如以今天我國標準體溫37，則應為986，可見他采用的體溫不是今天我國的標準體溫)，其間分為96格，每格為1。1724

14、年，他又把水的沸點定為2120。但遺憾的是，他未能將冰的熔點定為0，而是定為32。這就是華氏溫標，其符為tF。這是曾長期使用且至今仍在香港和世界許多地方使用的第一種溫標。他還發明了在填充水銀時進行凈化的方法，制成了第一種實用的水銀溫度計。 1730年，主要研究物理學和動物學的法國博物學家列奧繆爾制成了一種酒精溫度計，他把水的冰點0oR和沸點80oR刻在溫度計上作兩個定點，再把其問分為80格，每隔為1oR。 這是其后流行了多年的第二種溫標列氏溫標，其符為tR。 1742年，瑞典物理學家、天學家攝爾修斯制成的水銀溫度計則把水的沸點和冰的熔點分別定為0和100，其間分為100格，每格為1，這是第三種

15、得到廣泛流行的實用溫標攝氏溫標，其符為t或tc。1743年，克里森指出上述定點不符合越熱的物體溫度越高的習慣，8年以后的1750年，攝爾修斯接受同事斯特默爾的建議，把上述兩定點的溫度對調，這才成了現在的攝氏溫標即百分溫標。 上述三種溫標都是初級原始的溫標，其缺點有二。一是溫度值只有在兩個定點是準確的其余各點都不準確；二是定義范圍很窄，例如水銀溫度計測量范圍是3887+3569。以下第四種溫標克服了這些缺點。 年指1854，并于T或TK年，英國物理學家湯姆遜即開爾文提出熱力學溫標。其符為1848出只需選用一個固定點數值，這種溫標就能確定。這個點就是“絕對零度”。然而，在實際建立熱力學溫度單位時，

16、考慮到歷史傳統和當時的技術條件，他不得不用攝爾修斯的0100的間隔作為100個新溫度的間隔，即新溫度的每個間隔為1開氏度(1oK)與 l攝氏度(1)相當。這就是開氏溫標。歷史上類似而含義不盡相同的名稱還有理想氣體溫標、熱力學絕對溫標等。這第四種溫標的特點是：與任何物體的性質無關，不受工作物質的影響，解除了工作物質因凝固、汽化而受到的限制，僅與熱量有關。1927年，第七屆國際計量大會確定它為最基本的溫標。1954年大會又決定把273.16oK這一水的三相點作為這一溫標的唯一定點。這一溫標實際包含的另一定點是不能用物質的已知性質來定義的，它是理論上推導出來的最低溫度絕對零度。1967年，第十三屆國

17、際計量大會將這種溫標的單位 “開氏度”(oK)改為“開爾文”(K)，而前述“開氏溫標”及“開氏溫度”被分別代之以“新國際實用溫標”和“熱力學溫度”，我國也最終由國務院于1984年2月27日下達命令在1991年1月1日起正式施行使用。 第五種溫標為蘭氏溫標，在19世紀由英國工程師蘭金發明，其符為TR，蘭氏度的符為Ro。這種溫標的水三相點約491.7Ro，水的沸點約671.6Ro。這種溫標比前四種用得更少。 隨著上述攝氏，國際溫標的建立和技術的成熟，以及實際測量的需要，人們改進、發明了形形色色的溫度計。 1743年，法國克利斯廷在里昂改制了像攝爾修斯那樣的溫度計，這更接近現代溫度計。 1782年，

18、西克斯發明了 “最高最低溫度計”，丹尼爾·盧瑟福在1794年作了改進。1782 年，英國韋奇伍德和德國塞格爾各自發明了測定火焰溫度或爐溫用的溫度計，后者的發明被稱為塞格爾測溫錐。 18211822年，德國塞貝克發現熱電(溫差電)現象，提出溫差電動勢序，認識到由此可制 成熱電偶即溫差電偶來測溫度。1830年便出現了這種溫差電偶，用它還可探測紅外線。選用適當的導體或半導體作熱電偶材料，可以測量很寬的溫度范圍(如50+1600)，若用特殊熱電偶材料，則更可擴大到1802000，這顯然是酒精或水銀溫度計望塵莫及的。 俄國楞次和英國戴維于1835年得知金屬在受熱時電阻會增大，A·F·斯文貝爾格于1857年便用這一原理發明了差示溫度計(由一個接在測量電橋中的涂黑銅螺線組成)。 1860年，德國威廉·西門子發明了遙測式電阻溫度計，1869年他為它加裝了一根鈉絲作測量探頭，可測更高的溫度。 19世紀60年