第十六章热和能.docx

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第十六章热和能

第十六章　　　热和能

第一节　　　分子热运动

●教学目标：

1．知识技能：

（1）知道一切物质的分子都在不停地做无规则运动和分子热运动。

（2）知道分子之间存在酵素作用力。

（3）能识别扩散现象，并能用分子运动论的观点进行解释。

2．过程方法：

（1）通过演示实验说明一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

（2）通过演示实验使学生知道物体的温度越高分子热运动越剧烈。

（3）综合考察演示实验以及弹簧的弹力类比使学生了解分子之间既存在斥力又存在引力。

3．情感、态度与价值观：

用演示实验激发学生对大千世界的兴趣，使学生了解通过直接感知的现象，可以认识无法直接感知的事实。

●教学重点：

分子动理论的基本内容，热运动与温度的关系

●教学难点：

能识别扩散现象，理解分子间斥力与引力的关系

●教学用具：

滑轮组、弹簧测力计、钩码、细绳

●教学过程：

一、创设情景、引入新课

1.复习提问：

物质是由什么组成的？

我们能否直接用眼睛看到分子的运动/

2.情景展现：

以前我们已经学过了一些热现象，但我们只了解现象的外表，这些现象的饿本质到底是什么？

（可用蒸发为例进行说明）

二、进行新课

1.分子和分子的运动

（1）物质是由大量分子组成的

如果把分子看成球形，它的直径大约只有10-10m，因此，在一个物体中，分子的数目是巨大的。

0℃，一标准大气压下，1cm3的空气中大约有2.7×1019个分子，如果每秒可以数数到100亿，那么，把这些分子数完需要80年的时间。

（2）扩散现象（diffusion）

举例：

打开一盒香皂，很快就会闻到香味，这是为什么？

是什么跑到了我们的鼻子里了？

红墨水滴入水中水变红、盐放入水中盐不见而水变咸等

一些带有香味的分子，从香皂中挥发出来，进入空气，向各个方向散步开来，当它们到达你的鼻子里，你就会闻到香味。

①扩散：

不同的物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。

②说明：

气体、液体、固体都能发生扩散现象。

③结论：

扩散现象表明，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，分子间有间隙。

④扩散现象的实例：

ⅰ：

擦香水时，周围的人都能闻到；ⅱ：

花开时，花香满园；ⅲ：

长时期放煤的墙角变黑；ⅳ：

糖放在水中，水变甜了。

对同样一个扩散实验，能否改变一个条件，从而改变扩散进行的快慢呢？

演示实验：

将一滴红墨水分别滴入热水和冷水中，观察扩散快慢的情况。

分析：

热水温度高，扩散进行的快，说明温度高，分子运动快。

冷水温度低，扩散进行的慢，说明温度低，分子运动慢。

（3）热运动（thermalmovement）：

由于分之的运动跟温度有关，所以把分子的无规则运动叫做分子的热运动。

（4）分子间的作用力

铅块是由铅分子组成的，组成它的分子在不停地运动，那么为什么铅块没有飞散开？

是什么原因使它们聚合在一起呢？

演示实验：

将两个铅柱的底面削平，削干净，然后紧紧地压在一起，两块铅就会结合起来。

①分子间存在引力和斥力，如图6所示。

②引力和斥力之间的关系

a.F引=F斥：

b.斥力起主要作用：

c.引力起主要作用：

d.作用力微小，可以忽略：

③引力和斥力的变化过程

引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但在变化过程中，始终是斥力变化得快。

演示实验：

用细线把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面，记住测力计的读数。

使玻璃板水平接触水面，然后稍梢用力向上拉玻璃板。

弹簧测力计的读数有什么变化?

解释产生这个现象的原因。

三、小节：

四、作业布置：

动手动脑学物理1、2、3

板书设计：

第一节　分子热运动

一、扩散现象：

不同物体在相互接触时，彼此进入对方的现象

二、分子动理论：

1、物质是由大量分子组成的；2、分子在不停地做无规则运动；3、分子间存在引力和斥力

三、热运动：

分子的无规则运动与温度有关

第二节　　　内能

（1）

●教学目标：

1．知识技能：

（1）了解内能的概念，能简单描述温度和内能的关系。

（2）知道热传递可以改变物体的内能。

（3）知道在热传递过程中，传递内能的多少叫热量，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事例。

2．过程方法：

（1）通过探究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内能的变化关系。

（3）通过查找资料，了解地球的“温室效应”。

3．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：

内能的概念，影响物体内能大小的因素

热传递和做功改变物体内能是等效的，热量的概念引出

●教学难点：

理解内能的定义，内能与机械能的区别

做功与物体内能改变的关系，探究实验的过程

●教学用具：

压缩空气引火器、广口瓶、烧杯、热水、打气筒

●教学过程：

一、创设情景、引入新课：

装着开水的暖瓶有时会把瓶盖弹起来，这是什么能量把瓶盖推动的？

暖瓶没有动，所以不是机械能；暖瓶也没有接电源，所以也不是电能，那么这一能量来自哪里呢？

二、进行新课

1.内能（internalenergy）

如图1所示运动的足球具有动能，那么运动的分子是否也有动能呢？

运动的分子也具有动能，称为分子动能。

如图2所示，弹簧在发生弹性形变时，具有势能，那么，相互吸引或排斥的分子之间是否也具有势能呢？

相互吸引或排斥的分子间也有势能，称为分子势能。

（1）内能：

物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。

（2）注意：

①内能指的是物体内部所有分子的能量，单独某个分子的动能或势能不能称为物体的内能。

②内能是由分子动能和分子势能共同决定。

（3）一切物体，不论温度高低，都具有内能。

事例：

铁水和冰块的温度虽然不同，但它们都具有内能。

2.影响内能大小的因素

一个物体的动能和势能跟什么因素有关？

那么，物体的内能有与哪些因素有关呢？

演示实验：

将两只完全相同的灯泡，一只通电，另一只不通电。

让学生分析两个灯丝内能大小不同的原因。

分析：

温度越高，分子运动速度越快，分子动能越大，内能越大。

（1）物体的内能与温度有关，物体温度升高时，内能增加；温度降低时，内能减少。

［物体内能增大时，其温度不一定升高。

］

（2）物体的质量：

它反映物体内部分子数量的多少。

（3）物体的体积：

它反映了分子间平均距离大小，影响分子的势能的大小。

3.内能与机械能的区别：

机械能与整个物体的机械运动情况有关，内能与物体内部分子热运动和分子间的相互作用情况有关，所以，内能是不同于机械能的另一种形式的能，在一定条件下两者之间可以相互转化。

内能

机械能

表现

微观粒子的能量

宏观物体的能量

影响因素

温度，物态

物体速度，位置

其他

物体的机械能可能是零，但物体的内能一定不为零。

机械能与内能之间可以相互转化

4.内能的单位：

焦耳J

5.利用内能解释生活中的现象

炒菜时，将盐放入锅中，菜立刻便会变咸，而腌菜时，将盐放在缸中，很长时间菜才会咸，这是为什么？

三、课堂练习

1.请你根据右图所展现的情景，提出一个与物理知识有关的问题，并针对所提出的问题给以简答：

例：

问题：

他为什么看不清热锅中食物?

简答：

水蒸气遇到温度较低的眼镜片液化，使镜片蒙上一层小水珠．

问题：

____________________________；简答：

_________________________。

2.物体内部所有分子做无规则运动的________和________总和叫做物体的内能．物体的温度越高，物体内部分子无规则运动越_______，物体的内能越_____.

3.无论是冰冷的冰块，还是炽热的铁水，尽管它们温度相差很大，但它们的分子都在做无规则的运动，因而都具有________，也就是说________具有内能．

四、小节：

五、作业布置：

动手动脑学物理1、2

板书设计：

一、内能：

1.定义：

物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和

2.一切物体都具有内能：

焦耳J

二、影响内能大小的因素：

1.温度2.质量3.体积

三、内能与机械能的区别

四、内能的单位

第二节内能

（2）

一、创设情景、引入新课：

启发学生“搓手”和“玩滑梯”时的感觉，物体的内能是否改变？

探究：

（1）找来一根铁丝，让学生尽量想办法让它的温度升高。

（2）让学生用钢笔帽在桌布上来回摩擦，感觉笔帽温度的变化。

以上实验或现象说明物体内能是可以改变的，有多种方法来办到。

二、进行新课

1.热传递改变物体的内能

冬天用热水袋取暖时，人感觉暖和了，而热水袋会渐渐凉下来；将热水瓶放入冷水中，瓶中的水变凉，而冷水变热，这种现象就是所谓的热传递现象。

探究：

将装有热奶的奶瓶放入室温的水中，图2容器中的水温约为20℃，热奶约为90℃，经过一段时间，再测量一下容器中水的温度和奶瓶中热奶的温度均为40℃。

试在坐标系中分别画出容器中水的温度和奶瓶中热奶的温度随时间变化的大致图像。

分析：

在热传递过程中，低温物体温度升高，高温物体温度降低。

（1）实质：

能量从高温物体传到低温物体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分的过程。

（2）热量（quantityofheat）：

在热传递过程中，传递内能的多少。

（3）说明：

①热量是一个过程量；②物体吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少，吸收或放出的热量越多，物体内能改变越大；③两个物体间发生热传递的条件是有温度差。

2.做功改变物体的内能

（1）对物体做功，物体的内能会增加。

演示：

如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，把活塞迅速压下去，观察现象。

分析：

活塞压缩空气做功，使空气的内能增加，温度升高，达到棉花的着火点而使棉花燃烧。

对物体做功改变物体内能的例子：

①给自行车胎打气时，打气筒会变热；②用铁锤敲打铁钉，钉子会变热；

③划火柴时，火柴头在皮上一划就燃烧了；④陨石坠入大气层，迅速降落时，与空气摩擦而燃烧形成流行。

（2）物体对外做功，本身的内能会减少

演示：

如图所示，广口瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，给瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。

分析：

瓶内空气推动活塞做功时，内能减少，温度降低，使水蒸气液化成小水滴，形成水雾。

物体对外做功的例子：

①刚刚打开的啤酒瓶，瓶口会冒“白雾”；②给自行车胎放气时，气门心处温度降低；

③用塞子塞紧保温瓶，常发生“蹦塞”现象；④同时会看到瓶口上方有“白气”。

3.改变物体内能的两种方式：

改变物体内能的方式

做功

热传递

内能增加

克服摩擦做功；使物体形变做功；电流使导体发热

物体吸收热量

内能减少

气体膨胀做功

物体放出热量

区别

其他形式能与内能相互转化

物质间内能的转移

联系

做功和热传递在改变物体内能上是等效的

三、课堂训练

1.热传递实质上就是_________从_________物体传到_________物体或从同一物体的_________部分传到_________部分的过程。

2.在热传递过程中，传递_________的多少叫做热量，物体放出或吸收的热量越_________，它的内能改变越_________。

3.火柴可以擦燃，也可以放在火上点燃，使火柴燃烧，这两种方法都可以改变火柴的_________，前者是利用_________的方法，后者是利用_________的方法。

4.冬天人们常用两手搓擦取暖，这表明通过_________方式可以改变物体的内能；用热水袋也能给手取暖，这表明通过_________方式也可以改变物体的内能。

5.下面事例中，属于机械能转化为内能的是（）

A、火药的燃气把子弹从枪膛中射出B、电流通过白炽灯泡发光C、古人用钻木的方法取火D、用酒精灯加热烧杯里的水

6.以下事例中利用热传递改变物体内能的是（）

A、“和平”号空间站退役后坠入大气层与空气摩擦生热B、冬天，用热水袋取暖，人体暖和

C、冬天手冷时，两手互相搓搓就暖和了D、用锯锯木头，锯条发热

7.下面列举的现象中，由于做功使物体的内能发生改变的是（）

A、酒精涂在手背上觉得凉B、把铁钉钉进墙里，铁钉变热C、水被太阳晒热D、烧红的铁块放在冷水中，铁块温度降低

四、小节：

五、作业布置：

动手动脑学物理1、2　　　　　　　　

板书设计：

16.2内能

（2）

一、热传递改变物体内能：

1.热量：

热传递过程中传递能量的多少。

2.实质：

能量从高温物体传到低温物体或从同一物体的高温部分传到低温部分。

二、做功改变物体内能：

1.对物体做功，物体内能会增加。

2.物体对外做功，物体内能会减少。

三、做功和热传递在改变物体内能上是等效的。

第三节　　　比热容

（1）

●教学目标：

1．知识技能：

（1）了解比热容的概念、意义，知道比热容是物质的一种属性，知道比热容的单位。

（2）知道水的比热容较大，尝试用比热容解释简单的自然现象。

2．过程方法：

（1）通过探究，比较不同物质的吸热能力。

（2）通过阅读“气候与热污染”，了解利用比热容解释海边与沙漠昼夜温差问题，并了解一下“热岛效应”。

3．情感、态度与价值观：

利用探究性学习活动培养学生自己动脑筋想办法解决问题的能力。

●教学重点：

理解比热容的概念，利用比热容的有关知识解释生活中有关现象

●教学难点：

比热容的物理意义及比热容知识的应用

●教学用具：

酒精灯、金属盒、温度计、铁架台、水、沙子

●教学过程：

一、创设情景、引入新课

物体温度升高吸收热量的多少与哪些因素有关呢？

从经验知道，要烧开温度相同的一壶水和半壶水时，一壶水需要吸收的热量多。

若都是一壶水，温度低的那一壶水吸收的热量多。

那么，将相同质量的铜块和铁块加热，使它们升高相同的温度，需要的热量一样多吗？

二、进行新课

1.探究：

比较不同物质的吸热能力

（1）提出问题：

质量相同的沙子和水，吸收相同的热量，它们升高的温度是否相同，比较它们的吸热能力的差异。

（2）猜想与假设：

水升高的温度少，沙子升高的温度多；水和沙子升高的温度相同；水比沙子的吸热能力强。

（3）制定计划与设计实验

用水和沙子作为研究对象，装置如图1所示，在两个金属盒内分别装入质量相同的水和沙子，用酒精灯加热，用温度计测量吸收热量后的温度值。

（4）进行实验与收集证据：

根据具体情况分成若干小组，一部分以水为探究对象，另一部分以沙子为探究对象。

①实验步骤：

用温度计记录加热前水和沙子的初温t1。

用酒精灯加热一段时间，记录水和沙子的末温t2。

②实验数据记录表格

物质

质量

m（g）

初温

t1（℃）

末温

t2（℃）

升高温度

（℃）

加热时间

t（min）

水

沙子

（5）分析与论证：

问：

沙子温度升高较快，这一现象说明了什么？

要使水和沙子升高相同的温度，相应应该怎样操作？

结论：

相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收热量相同；相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收热量不同

（6）评估与交流：

①学生各组实验数据不一致所产生的原因？

②对实验中存在的热损失，有什么改进方法?

2.比热容（specificheat）

（1）定义：

单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量，叫做这种物质的比热容，符号为

。

（2）单位：

焦每千克摄氏度符号为J/（kg·℃）

（3）物理意义：

①比热容是物质的一种特性，每种物质都有自己的比热容；②它表示质量相等的不同物质，升高相同的温度吸收热量不同；③它反映了物质吸热或放热的本领。

（4）比热容表：

几种物质的比热容

/J/（kg·℃）

水

4.2×103

铝

0.88×103

酒精

2.4×103

干泥土

0.84×103

煤油

2.1×103

铁、钢

0.46×103

冰

2.1×103

铜

0.39×103

蓖麻油

1.8×103

水银

0.14×103

砂石

0.92×103

铅

0.13×103

3.比热容的应用

从表中看出水的比热容较大，即升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量较多。

（1）用水冷却汽车发动机，用热水取暖。

（2）一天当中沿海地区温差变化较小，内陆地区温差变化较大。

（3）在农业上，人们往往会在傍晚往田里灌水，保护秧苗。

三、课堂训练

1.酒精的比热容是2.4×103J/（kg•℃），它表示。

一瓶酒精倒去1/3，剩下的酒精的比热容将。

（填“变大”，“变小”或“不变”）

2.小丽在海边游泳时发现，同样在烈日下，沙滩很热，而海水却比较凉，这是因为什么？

小丽感到不可理解，请你给她解释一下。

答：

因为水的比热容较_________，水和沙相比，在同样受热或冷却的情况下，吸收或放出的热量相同，但比较而言，水的温度变化比沙_________，因此，在受太阳照射条件相同时，沙滩比海水温度_________。

3.沿海地区的昼夜气温变化不大，而内陆沙漠地区的昼液气温变化较大，形成这种现象的主要原因是______________。

4.水的比热容较大，下列做法中不是利用这一特性的是（）

A、炎热的夏天，在室内的地面上散水感到凉爽B、用水做内燃机的冷却液

C、在城市里修建人工湖，除了美化环境外，还能调节周围的气候D、供暖系统使用热水循环供暖

四、小节：

五、作业布置：

动手动脑学物理1、2

板书设计：

§16.3比热容

（1）

一、比热容

1.定义：

单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量，

2.叫做这种物质的比热容，用符号

表示

3.单位：

焦每千克摄氏度符号为J/（kg·℃）

应用：

第三节　　　比热容

（2）

一、创设情景、引入新课：

已知铝的比热容是0.88×103J/（kg·℃），这表示质量是1kg的铝块温度升高1℃时吸收的热量是0.88×103J。

计算：

把质量为2kg、温度为30℃的铝块加热到100℃，铝块吸收的热量是多少？

二、进行新课：

1.热量计算公式

分析：

2kg的铝块温度升高1℃时吸收的热量是0.88×103×2–1.76×103J

2kg的铝块温度升高100℃—30℃=70℃时，吸收热量是1.76×103J×70=1.23×105J

上述计算可以写成一个计算式：

铝块吸收的热量=0.88×103J/（kg·℃）×2kg×（100℃—30℃）=1.23×105J

如果以Q代表物体吸收的热量，c代表物质的比热容，m代表物体的质量，t。

和t分别是加热前后物体的温度；通过上面的计算，可以总结出一个由比热容计算热量的公式Q吸=cm（t–t0）。

如果要计算物体降温时放出的热量，公式就为Q放=cm（t0–t）。

（1）公式：

Q吸=cm（t–t0）；Q放=cm（t0–t）

（2）注意：

1公式中各符号所代表的物理量；

2（t–t0）和（t0–t）为温度的变化量，也可以用△t表示，则公式变为Q=cm△t；

3“升高了”、“升高到”、“降低了”、“降低到”的区别。

例题1：

质量为100kg的钢锭，温度从1.3×103℃降到30℃，放出多少热量？

[c钢=0.46×103J/（kg·℃）]

解：

略

例题2：

有一高温物体被投入质量为10kg、温度为20℃的水中，如果传给水的热量是2.73×106J，则水温会升高到多少度？

解：

略

2.热平衡方程：

冷热物体混合时，达到相同的温度，若不计热量损失，则低温物体吸收的热量一定等于高温物体放出的热量，

即Q吸=Q放

例题3：

把5kg热水和15kg冷水相混合，温度从90℃降低到30℃，若不计热损失，冷水温度升高了几度？

冷水吸收了多少热量？

解：

略

三、课堂练习

1．质量为500g的铝锅中装有2kg的水，把水从15℃加热到95℃时，共需要吸收多少热量？

[c铝=0.88×103J/（kg·℃）]

解：

略

2．把一个质量为100g的铁球放在火炉中烧较长的一段时间，然后取出铁球，立即投入质量为200g，温度为15℃的水中，混合后的共同温度为59℃。

求火炉内的温度．（不考虑热量损失）

解：

设铁球的质量为m1，比热容为c1，初温和末温分别为t01、t1，则Q放=c1m1（t01–t1）

设水的质量为m2，比热容为c2，初温和末温分别为t02、t2，则Q吸=c2m2（t2–t02）

因为不考虑热损失，则有Q吸=Q放即Q放=c1m1（t01–t1）=Q吸=c2m2（t2–t02）解得

3．由于铁块在火炉中烧较长一段时间，所以火炉温度与铁球的初温相同

随着人民生活水平的提高，很多家庭使用了电热水器．下表是“××”牌电热水器说明书的部分内容．如使用J40SHE（—T／R）型号的电热水器，并将热水器装满初温为20℃的水．[

水=1.0×103kg／m3，c水=4.2×103J/（kg·℃）]

型号

容积（L）

额定电压（V）

额定功率（kW）

J30E／SHE（-T/R）

30

220

1.5

J40SHE（-T/R）

40

220

1.5

J60SHE（-T/R）

60

220

1.5

试求：

（1）把水加热到65℃时，水吸收多少热量?

（2）在额定电压下把水加热到65℃，所用时间为5.6×103s，电热水器的效率是多少?

解：

（1）水的质量m=

水V=1.0×103kg／m3×40×10-3m3=40kg

水吸收的热量Q吸=c水m（t末–t初）=4.2×103J/（kg·℃）×40kg×（65℃–20℃）=7.56×106J

（2）时间t内电流所做的总功W总=Pt=1.5×103W×5.6×103s=8.4×106J

∵有用功W有=Q吸∴

4．把80kg的钢块加热到100℃后投入温度为20℃，质量为100g的煤油中，测出混合后的温度为31.8℃，求煤油的比热容？

解：

Q吸=c煤油m煤油（t–t1）Q放=c钢m钢（t2–t）

∵Q吸=Q放∴c煤油m煤油（t–t1）=c钢m钢（t2–t）

四、小节：

五、作业布置：

动手动脑学物理3、4

板书设计：

16.3比热容

（2）

一、热量计算：

Q吸=cm（t–t0）；Q放=cm（t0–t）

二、例题分析：

例1例2例3

三、热平衡方程：

Q吸=Q放

第四节　热机

●教学目标

1．知识与技能

（1）了解四冲程汽油机的基本工作原理．　　　

（2）从能量转化的角度认识燃料的热值．

（3）了解内能的利用在人类发展史上的重要意义．（4）通过能量的转化和转移，认识热机效率．

2．过程与方法

（1）通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功．

（2）利用动画、图片或模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理．

（3）通过学生讨论了解燃料的热值和热机效率．

3．情感态度与价值观

（1）通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力．

（2）通过阅读“科学世界”扩展学生的知识面．

●教学重点：

汽油机的工作原理及能的转化过程，燃料的热值．

●教学难点：

热机中的能量转化及损失，了解热机效率．

●教学