课 题

第十三章 　内能

教学目标

了解分子动理论的内容，理解内能的定义及影响因素，掌握物质的比热容及其计算。

重 点

分子动理论、内能的影响因素、改变内能的两种方法、比热容的定义和计算

难 点

内能与机械能的区别、区分改变内能的方法、比热容的计算方法

教学过程：

第一节 分子热运动（分子动理论）

【教学点1】物质是由大量分子组成的，分子间存在着间隙

1.什么是分子？ 保持物质原来性质不变的最小微粒叫做分子。从微观上看：物质是由分子组成的，分子是由原子组成的。

2．物质中含有分子？一个分子有多大？ 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。在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。

3．事例：食盐能溶于水。

酒精与水混合后总体积变小。

气体极易被压缩。

【教学点2】一切物质的分子都在不停地做无规则运动（表现为扩散现象）

1．扩散现象

如图所示，当打开一盒香皂，很快就会闻到香味，这是为什么？什么跑到了我们的鼻子里了？

分析：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。

如图所示，在装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面倒扣一个空瓶子，使两个瓶口相对，之间用一块玻璃板隔开，抽掉玻璃板后，观察有什么变化发生？将蓝色硫酸铜溶液注入清水中，放置30天后。观察现象。

2．扩散现象的总结

（1）扩散的定义：不同的物质在相互接触时，以分子的形式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。

扩散现象的实质是分子（原子）的相互渗入。

（4）扩散现象的其他实例

擦香水时，周围的人都能闻到；花开时，花香满园；长时期放煤的墙角变黑；糖放在水中，水变甜了。

3．影响扩散的因素

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？

如图所示，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：在实验中热水温度高，扩散进行的快，冷水温度低，扩散进行的慢。

结论：

温度越高，分子运动越快。温度越低，分子运动越慢。

即分子的无规则运动跟温度有关，温度越高，分子无规则运动越剧烈。

4．分子热运动：物体中大量分子的无规则运动与温度有关，所以又称分子热运动。

5．物体的机械运动和分子热运动的区别

（1）从概念上判断，分子热运动是物体内部大量分子的无规则运动，而机械运动是一个物体相对于另一个物体位置的改变。

（2）从微观和宏观上判断，微观世界中分子的机械运动则是肉眼看不到的，而宏观世界中的物体的机械运动则是用肉眼能看见的。

（3）从引起运动的因素上判断，分子热运动时自发的，永不停息的，不受外界影响，而物体的机械运动则要受到外力的作用。

【教学点3】分子间存在相互作用的引力和斥力

固态

1．固态、液态、气态的微观模型

气态

液态

（1）分子排列紧密，相互作用力很强，所以固体有一定的体积和形状。（如教室里的同学）

（2）分子排列较松散，没有固定位置，作用力较小，因而液体无确定形状，具有流动性。（如走廊上的同学）

（3）分子没有固定位置，间距很大，非常自由，作用力很小，因此气体也具有流动性，易被压缩。（如操场上的同学）

物质是由分子组成的，组成它的分子在不停地运动，那么为什么固体没有飞散开？是什么原因使固体中的分子聚合在一起呢？

2．分子间存在相互作用的引力和斥力

（1）分子间的引力和斥力，

（2） 引力和斥力之间的关系

F引 = F斥 ：当分子间的距离r0＝分子间平衡距离r，

斥力起主要作用：r0＜ｒ时，引力＜斥力

引力起主要作用：r0＞ｒ时，引力＞斥力

作用力微小，可以忽略：r0＞10ｒ时

说明：固体物体很难被拉伸，是因为分子间存在着引力的缘故；液体很难被压缩，是因为分子间存在着斥力的原因。液体能保持一定的体积是因为分子间存在着引力的原因。

本节练习：

1、不同物质相互接触时，一种物质以 的形式进入到另一种物质的现象称为扩散现象，固、液、气三态都可发生扩散现象，它说明：分子在不停地 ；分子间有 。由于分子运动与 有关，所以分子的这种无规则运动叫做 ；分子运动与物体运动要区分开：扩散、蒸发等是 的结果，而飞扬的灰尘，液、气体对流是 的结果。

2、分子间有相互作用的 。当分子间的距离＝分子间平衡距离，引力＝斥力；当分子间的距离＜平衡距离时，引力＜斥力，作用力表现为 ，如固体和液体很难被压缩；当分子间的距离＞平衡距离时，引力＞斥力，作用力表现为 。如固体液体具有一定的体积、固体很难被拉断、钢笔写字、胶水粘东西等；当分子间的距离＞10倍平衡距离时，分子之间作用力几乎为零。

3、下列说法正确的是 （ ）

A、扩散现象表明分子永不停息地做无规则运动 B、 只有气体之间才能发生扩散

C、扩散现象表明分子之间不存在作用力 D、固体之间不能发生扩散

4、物体的分子做无规则运动的速度跟下列的什么因素有关 （ ）

A、物体的温度 B、 物体的大小 C、 物体的质量 D、 物体的密度

5、物质是由分子组成的。分子若看成球型，其直径以下列的那个量来度量（ ）

A、1010m B、108m C、10-10m D、10-8m

6、小明闻到烟味，对爸爸说：“你一吸烟，我和妈妈都跟着被动吸烟。”科学依据是（ ）

A、一切物体都是由分子组成的 B、分子在不停地做无规则的运动

C、分子之间存在相互作用力 D、有的分子之间只有引力，有的分子之间只有斥力

7、关于分子间存在的引力和斥力的说法正确的是（ ）

A、分子间有时只存在引力，有时只存在斥力

B、分子间距离较大时只存在引力

C、分子间同时存在引力和斥力，要看哪个力较大，就体现为哪个力

D、分子间不存在引力和斥力

8、把青菜腌成咸菜需要几天时间，而炒青菜使之具有咸味，仅需几分钟主要原因是（ ）

A、盐分子太小，很容易进入青菜中 B、盐分子间有相互作用的排斥力

C、青菜分子间有空隙，易扩散 D、炒菜时温度较高，分子运动更快

9、压缩固体和液体很困难说明分子间（ ）

A、分子之间存在着斥力 B、分子之间存在着引力

C、分子不停地做无规则的运动 D、固体、液体分子之间没有空隙

10、下列属于扩散现象的是（ ）

A、撒一些沙子在水上，沙子会浸入水中 B、黑色的炊烟进入空气中

C、酒香不怕巷子深、墙内花开墙外香 D、狂风刮起地上的灰尘微粒飘在空气中

11、一滴红墨水在清水中一段时间后,整杯水变红了则正确的是（ ）

A、0℃的水就不会有这种现象 B、这叫扩散，只发生在液体中

C、这叫扩散,它说明分子在永不停地运动 D、温度越低扩散进行得越快

第二节 内能

思考：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？

分析：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？

【教学点1】内能

1.分子的动能

思考：如图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。

分子动能的定义：物质的分子永不停息地运动着，运动着的分子所具有的能量。

微观解释：分子永不停息地做无规则的运动。

2.分子的势能

思考：如图所示，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。

分子势能的定义：物质的分子由它们的相对位置所决定的能量。

微观解释：分子间存在相互作用的引力和斥力。

3.内能的定义：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。

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。

如图所示，铁水和冰块的温度虽然不同，但它们都具有内能。

（3）一切物体，不论温度高低，都具有内能。

【教学点2】影响内能大小的因素

（1）物体的内能与温度有关

温度反应了物体内部分子运动的剧烈程度，温度越高，分子平均速度越大，分子动能就越大。

另外，对于固体和液体来说，分子平均速度越大，分子偏离平衡位置的距离也越大（即热胀冷缩），物体体积变大，分子势能也变大。

即：物体温度升高时，内能增加；温度降低时，内能减少。

[说明] 物体内能增大时，其温度不一定升高。

（2）物体的内能与质量有关

质量反映物体内部分子数量的多少。温度一定时，物体的质量越大，也就是分子数量越多，物体的内能就越大。

同样20摄氏度的一桶水和一杯水，一桶水的内能就比一杯水的内能大得多。

即：同一温度、同一物体，质量越大，内能越大。

（3）物体的内能与体积有关

体积反映了分子间平均距离大小，影响分子的势能的大小。质量一定时，物体的体积越大，分子间的势能越大，物体的内能就越大。

【教学点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。

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？

思考：如图所示， “搓手”和“玩滑梯”时有什么感觉，

物体的内能是否改变？

【教学点4】改变物体内能的两种方式

{实验演示}（1）找来一根铁丝，尽量想办法让它的温度升高。

（2）用钢笔帽在桌布上来回摩擦，感觉笔帽温度的变化。

分析：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。

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，这种现象就是热传递现象。

思考:将装有热奶的奶瓶放入室温的水中，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）热传递实质：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：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

{实验演示}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。

实例：

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星。

（2）物体对外做功，本身的内能会减少

{实验演示}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：瓶内原有大量的水蒸气，当向瓶内打气使瓶塞从瓶口跳出时，瓶内空气推动活塞做功，内能减少，温度降低，使水蒸气液化成小水滴，形成水雾。

实例：

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，同时会看到瓶口上方有“白气”。

【教学点5】如何区别对物体做功和物体对外做功

做功改变物体的内能实质是能量的转化，即内能的变化时由于内能与机械能之间的相互转化而引起的，对物体做功时机械能转化为内能，则内能增加；物体对外做功时内能转化为机械能，则物体内能减小。

如向下压活塞式，活塞压缩玻璃筒内的空气，对筒内空气做了功。棉花燃烧标明筒内空气的温度升高了，也就是说，筒内空气的内能增加了，在这一过程中，机械能转化为内能。

将一根铁丝快速反复弯折数十次，铁丝弯折处就会发热，表明铁丝弯折处的温度升高，铁丝的内能增大，铁丝的内能增大时由于人对铁丝做了功。

【教学点6】热传递和做功的区别

【教学点7】区分温度、内能、热量三者的关系

温度表示物体冷热的程度，是描述物体所处的状态的物理量之一，温度的高低标志着分子热运动的剧烈程度，对某一具体物体，温度只能说“是多少”或“达到多少”，不能说“含有”、“有”或“没有”。

热量表示物体在热传递过程中所传递内能的多少，表示吸收或放出热的多少，它对应着吸热或放热这样一个热传递过程，没有过程就谈不上热量，是与热传递相联系的过程量，离开了热传递过程，热量就没有意义。热量只能说“放出多少”或“吸收多少”，不能说“有多少”或“含有多少”

内能是能量的一种形式，从宏观上看，物体的内能与物体的温度有关，是与物体的状态相联系的。从微观上看，物体的内能主要与组成物体的分子平均运动速度有关，由于分子不停地做无规则运动，所以内能只能说“有大”、“有小”，不能说“有”、“无”，物体内能的数量上的多少是没有意义的。

（1）一个物体温度升高了，不一定吸收了热量，也有可能是外界对物体做功，但它的内能一定增加。

（2）一个物体吸收了热量，温度不一定升高，但它的内能一定增加（物体不对外做功），如晶体熔化、液体沸腾等。

（3）一个物体内能增加了，它的温度不一定升高，如O℃的冰变成0℃的水；也不一定是吸收了热量，有可能是外界对物体做了功。

（4）物体本身没有热量。只有发生了热传递，有了内能的转移时，才能讨论热量问题。

本节练习

1. 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_____。

2. 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。

3. 下列有关物体内能的叙述中正确的是 ( )

A．物体的内能与温度有关，0℃的物体内能为零

B．温度低的物体比温度高的物体内能小

C．运动的物体一定比静止的物体内能大

D．物体的温度升高时，它的内能随着增大

4．2003年10月15日，“长征2号”火箭将我国第一颗载人飞船“神舟5号”成功发射到太空．飞船在绕地球飞行近22小时后，载人返回舱脱离飞船成功返回地球安全着陆．返回舱在穿越地球大气层疾速下降的过程中与空气剧烈摩擦，其表面温度急剧升高，这时，返回舱的 ( )

A．重力势能减少，机械能不变，内能增加

B．重力势能减少，动能增加，机械能增加

C．重力势能减少，机械能减少，内能增加

D．重力势能减少，机械能减少，内能不变

5、关于分子的内能，下列说法正确的是 （ ）

A、物体运动的速度越快，物体内能越多 B、不论物体的温度高低，处于何种物态都具有内能

C、物体的物态和温度相同，具有的内能就相同 D、如果物体的温度为零，具有的内能也为零

1. 观察右图，分析明图中所展现的物体升温分别用了哪种方法？

2. 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。

3. 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_________。

4. 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。

5. 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。

6. 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

7. 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

8. 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

第三节 比热容

思考：物体温度升高吸收热量的多少与哪些因素有关呢？

分析：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。

再思考：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？

【教学点1】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

[ 甲 ] 水升高的温度少，沙子升高的温度多。

[ 乙 ] 水和沙子升高的温度相同。

[ 丙 ] 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

（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？

【教学点2】比热容

1.比热容定义：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·℃)

【教学点3】比热容的应用

思考：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）如图2所示，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，内陆地区温差变比较大。

（3）在农业上，人们往往会在傍晚往田里灌水，保护秧苗。

思考：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？

【教学点4】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）。

Q放 = cm（t0 – t）

Q吸 = cm（t – t0）

1.公式：

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：Q放 = cm（t0 – t）=0.46×103J/（kg·℃）×100kg×（1.3×103℃–30℃）=5.84×107J

【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：由公式Q吸 = cm（t – t0）得

【教学点5】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：热水放出的热量为

Q放 = cm热（t0 – t）=4.2×103J/（kg·℃）×5kg×（90℃–30℃）

=1.26×106J

不计热量损失，则有Q吸 =Q放=1.26×106J

由Q吸 = cm冷（t1 – t0）得

本节练习

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

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·℃）]

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)

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

作业

教学效果/

课后反思

学生自评

针对本堂收获和自我表现（对应指数上打√）

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩

学生/家长签名