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          高三物理教案十三(2)

          來源:網絡整理 2024-12-08 21:39:59


          高考


            既然分子勢能的大小與分子間距離有關,那么在宏觀上什么物理量能反映分子勢能的大小變化情況呢?如果對于確定的物體,它的體積變化,直接反映了分子間的距離,也就反映了分子間的勢能變化。所以分子勢能的大小變化可通過宏觀量體積來反映。

            3.物體的內能

            (1)物體中所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和,叫做物體的內能。一切物體都是由不停地做無規則熱運動并且相互作用著的分子組成,因此任何物體都是有內能的。

            提問學生:宏觀量中哪些物理量是分子熱運動的平均動能和分子勢能的標志?

            根據學生的回答,引導到一個確定的物體,分子總數是固定的,那么這物體的內能大小是由宏觀量——溫度和體積決定的。如果不是確定的物體,那么物體的內能大小是由質量、溫度、體積和物態來決定。

            課堂討論題:下列各個實例中,比較物體的內能大小,并說明理由。

            ①一塊鐵由15 ℃升高到55 ℃,比較內能。

            ②質量是1kg50 ℃的鐵塊與質量是0.1kg50 ℃的鐵塊,比較內能。

            ③質量是1kg100 ℃的水與質量是1kg100 ℃的水蒸氣,比較內能。

            (2)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。

            提問學生:一輛汽車的車廂內有一氣瓶氧氣,當汽車以60km/h行駛起來后,氣瓶內氧氣的內能是否增加?

            通過此問題,讓學生認識內能是所有分子熱運動動能和分子勢能之總和,而不是分子定向移動的動能。另一方面,物體機械能增加,內能不一定增加。

            4.物體的內能改變的兩種方式

            (1)列舉鋸木頭和用砂輪磨刀具,鋸條、木頭和刀具溫度升高,說明克服摩擦力做功,可以使物體的內能增加。如果外力對物體做功全部用于物體內能改變的情況下,外力做多少功,物體的內能就改變多少。如果用W表示外界對物體做的功,用Δ E表示物體內能的`變化,那么有W= Δ E 。功的單位是焦耳,內能的單位也是焦耳。

            演示壓縮空氣,硝化棉燃燒。說明外力壓縮空氣過程,對氣體做功,使氣體的內能增加,溫度升高到棉花的燃點而使其燃燒。

            以上實例說明做功可以改變物體的內能。

            (2)在爐灶上燒熱水,火爐烤熱周圍物體,這些物體溫度升高內能增加。這些實例說明依靠熱傳遞方式也可以使物體的內能改變。物體吸收熱量,內能增加。物體放出熱量,物體的內能減少。如果傳遞給物體的熱量用Q表示,物體內能的變化量是Δ E,那么,Q= Δ E 。

            熱量的計算公式有:Q=mc Δ t,Q=ML,Q=m λ(后面的兩個公式分別是物質熔解和汽化時熱量的計算式)。熱量的單位是焦耳,過去的單位是卡。

            所以做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式。

            (3)做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。

            一杯水可以用加熱的方法(即熱傳遞方式)傳遞給它一定的熱量,使它從某一溫度升高到另一溫度。這過程中這杯水的內能有一定量的變化。也可以采取做功的方式,比如用攪拌器在水中不斷攪拌,也可以使這杯水從相同的初溫度升高到同一高溫度,這樣,水的內能會有相同的變化量。兩種方式不同,得到的結果是相同的。除非事先知道,否則我們無法區別是哪種方式使這杯水的內能增加的。

            因此,做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。

            (4)雖然做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的,但是這兩種方式的物理過程有本質的區別。做功使物體內能改變的過程是機械能轉化為內能的過程。而熱傳遞的過程只是物體之間內能的轉移,沒有能量形式的轉化。

            課上練習:

            1.判斷下面各結論是否正確?

            (1)溫度高的物體,內能不一定大。

            (2)同樣質量的水在100 ℃時的內能比60 ℃時的內能大。

            (3)內能大的物體,溫度一定高。

            (4)內能相同的物體,溫度一定相同。

            (5)熱傳遞過程一定是從內能大的物體向內能小的物體傳遞熱量。

            (6)溫度高的物體,含有的熱量多,或者說內能大的物體含有的熱量多。

            (7)摩擦鐵絲發熱,說明功可以轉化為熱量。

            答案:(1)、(2)是對的。

            2.在標準大氣壓下,100 ℃的水吸收熱量變成同溫度的水蒸氣的過程,下面的說法是否正確?

            (1)分子熱運動的平均動能不變,因而物體的內能不變。

            (2)分子的平均動能增加,因而物體的內能增加。

            (3)所吸收的熱量等于物體內能的增加量。

            (4)分子的內能不變。

            答案:以上四個結論都不對。

            (三)課堂小結

            (1)這節課上新建立了三個物理概念:分子熱運動的平均動能、分子勢能、內能。要知道這三個概念的確切含義,更為重要的是能夠區分溫度、內能、熱量,知道內能與機械能的區別和聯系。

            (2)要掌握三個物理規律:分子熱運動的平均動能與溫度的關系、分子間的相互作用力與分子間距離的關系、做功與熱傳遞在使物體內能改變上的關系。

            (四)說明

            這節課是概念性很強的課,又不是從物理實驗或物理現象直接得出結論的課。對于概念要知道引入的目的、確切含義、與其他概念的區別和聯系。所以課上要講分子熱運動平均動能、內能、熱量等概念的意義,并且要通過實際例題,讓學生通過判斷、推理來加深對這些概念的認識。

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