物体的内能、热量1

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1、根据我们学习力学的经验，物体之间有了作用力，作用力就有可能做功，做功就有能量的转换。在微观空间是不是这样呢？答案是肯定的。§11~4物体的内能热量【教学目的】1、知道什么是分子的动能，知道温度是物体分子的平均动能的标志2、知道什么是分子的势能，了解决定分子势能的微观因素和宏观因素3、掌握物体内能的概念，知道内能和那些宏观因素有关4、了解改变内能的两种方式【教学重点】物体的内能，决定内能的宏观因素【教学难点】分子势能变化和分子力、分子间距的关系【教具】厚壁玻璃汽缸（含活塞）、药棉、乙醚【教学过程】○、引入学生答问：1、分子力的作用范围是多大？2、在分子力的作用范围内，分子力的大小变化规律怎

2、样？3、在分子力的作用范围内，分子力的方向变化规律怎样？随着分子力介绍的结束，分子动理论的这个单元也就告一个段落。在力学中，我们已经知道了，思考和解决物理问题的两大基本途径：动力学途径和能量动量途径。大的、方向性的东西，在不同的领域都是适用的。在热学的研究中，我们也可以从能量的角度得出相关规律——一、分子的动能温度所有运动的物体都有动能，分子有质量、有速度，还能对悬浮在其中的颗粒产生撞击力，所以分子有动能是必然的。但统计的研究表明，即便是在一个相对稳定的热学状态，组成物体的分子的动能并不是都大小一样的，（*它们的速率随分子个数的分布是一个复杂的函数——称麦克斯韦速率分布。）所以研究每个分

3、子的动能显得毫无必要。科学家们引进了平均动能的概念。分子动能→平均动能研究还发现，尽管单个分子的速率情况几乎没有规律可言（方向无规则，大小也是具有无规则性），但分子的平均动能却呈现这样的规律：温度高时，平均动能大，温度低时，平均动能小，（*定量的规律是正比关系=kT…）所以我们说温度是物体分子平均动能的标志这里所说的标志，事实上暗示了这样的潜台词：对于某个给定的物体，分子的平均动能只与温度这个单一的参量相关。很显然，要改变物体分子的平均动能，只要改变宏观参量——温度——即可3二、分子势能提问：在力学中，我们怎么定义重力势能？学生：重力做正功，重力势能减少；做负功，势能增加。下面我们对分子

4、力做类似的研究——板图：在图1中，上图展示有甲、乙两个原来相距为r0的分子，并且假定甲分子是固定的。中图展示了，当把乙分子向甲靠近时…学生活动，做功的定性讨论…下图展示了，当把乙分子原理甲分子时…学生活动，做功的定性讨论…进一步的研究还表明，分子力做功也具有和路径无关的特点，因此我们就可以用势能的变化来量度分子力做功的情况。势能的变化与间距r相关，也就是与分子间的相对位置相关，所以说——分子势能：由分子间相对位置所决定的势能根据前面重力势能的定义方式，我们可以得知…学生归纳：r＞r0时，分子势能随r的变化关系；r＜r0时，分子势能随r的变化关系。设问：在宏观的世界里，分子间距的改变体现为

5、物体什么参量的改变？——是体积。所以说，物体体积的改变，将是分子势能改变的外部标志。过渡：在力学世界里，动能和势能构成了机械能，在热学世界里，分子的动能和势能构成了——三、物体的内能物体内能：物体中分子动能和分子势能的总合设问：在这个定义中，我们应该注意哪些关键词呢？首先，已有的分子动能和分子势能做过的介绍，既然平均动能由温度决定，势能由体积决定，我们可以想象，物体的内能肯定同时与宏观量温度和体积相关。其次，我们还要注意，定义中说起分子动能时，是指的平均动能吗？学生：不是。（是总动能！）提问：总动能和平均动能有什么关系？学生：总动能等于平均动能乘以分子总数（*即Σεk=N）。提问：那么我

6、们除了想到内能和问题体积相关外还会和什么因素相关？学生：分子总数→摩尔数→质量数。归口表述：决定物体内能的宏观参量是温度、体积和摩尔数。四、改变内能的两种方式3看到内能和温度相关，我们就会想到和温度相关的物理现象：热传递。热传递可以改变物体的温度，所以它是改变物体内能的方式之一。谈到温度改变，谈到热传递，我们就会想到初中的知识，并想到经常挂在嘴边的一个词：热量。热量和我们今天讲的内能有什么关系呢？我们介绍了改变内能的另一种方式之后，再回过头看这个问题。我们已经知道，体积改变可以改变分子势能，也就能改变物体的内能。而要改变一个物体的体积，是必须要做功的，所以，做功也是改变物体内能的方式之一

7、。下面看一个演示——演示：急速压迫玻璃汽缸中的气体，可以引燃沾有乙醚的药棉…原因分析：空气内能增大，温度升高…类似这样的素材，让学生寻找…改变内能的两种方式：做功和热传递虽然，虽然做功和热传递都能改变物体的内能，但在深层次的原因方面，它们是不同的。从我们刚才压缩空气的过程看，空气的内能增加了，消耗的是什么能？（生物能、机械能。）做功是能量转化的量度，所以，做功改变内能事实上内能和其它形式能的转化。但是，热传递呢？高温物体向低温物体传