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第2節 內能和熱量
第一章　分子動理論和內能
學習目標
01
02
03
04
物理觀念
①知道分子運動的快慢與溫度的關系。②了解內能的概念，能簡單描述溫度和內能的關系，③知道人類改變和利用內能的兩種方式，④了解熱量概念，從能量轉化的角度認識燃料的熱值。
科學思維
①會根據分子動理論用類比的方法建立內能的概念。②通過實例認識做功過程、熱傳遞過程都是改變物體內能的過程。
科學探究
通過實驗探究，溫度對擴散的擴散現象，知道物體溫度越高，分子運動越劇烈。
科學態度與責任
①認識內能及內能的改變與人類的生活、生產息息相關，增強利用內能服務人類社會的意。②認識使用燃料的價值，知道合理使用不同燃料對節約能源、保護環境的重要性。
重點難點
①認識到一切物體都具有內能；
②認識到內能改變的兩種方式是做功和熱傳遞。
教學重點
①溫度、內能、熱量三個基本熱學概念的聯系。
②對物體對外做功的理解
教學難點
課堂導入
太陽，向大地輻射著能量
“今天的天氣晴間多云，最高溫度 37°C?！?br/>哇，真熱！太陽，向大地輻射著能量......
探究新知一　溫度與熱運動
1.定義：溫度是表示物體冷熱程度的物理量。
溫度
2.溫度對擴散的影響
把兩滴墨水分別同時滴入盛有冷水和熱水的兩玻璃杯中，比較兩杯水中墨水擴散的快慢，你能得出什么結論？
分子熱運動越劇烈，溫度越高，擴散越快。
【實驗探究】溫度對擴散的影響
物體的溫度越高，擴散越快，說明構成物體的大量分子做無規則運動越劇烈。
溫度反映了組成物體的大量分子做無規則運動的劇烈程度。
1.概念：物體內部大量分子的無規則運動叫做熱運動。
熱運動
注意：分子熱運動是肉眼不能直接看到的。
人體不同部位分子熱運動情況是不同的。
溫度與熱運動
探究新知一　溫度與熱運動
【學習任務一】溫度對分子熱運動的影響
煮茶葉蛋時，小宇聞到濃郁的茶蛋的香味，這是______現象。煮茶葉蛋要比腌蛋時咸的快，這是由于煮茶葉蛋比腌蛋時溫度____，分子的運動更_______。
解：媽媽煮茶葉蛋時小宇聞到濃郁的茶蛋的香味，屬于分子的擴散現象，擴散現象說明分子在不停地做無規則運動；煮茶葉蛋要比腌蛋時咸的快，這是由于煮茶葉蛋比腌蛋時溫度高；煮茶葉蛋要比腌蛋時咸的快，這一現象可以說明分子運動的快慢與溫度有關，溫度越高，分子運動越劇烈。
故答案為：擴散；高；劇烈。
擴散
高
劇烈
探究新知一　溫度與熱運動
運動的物體
動能
分子在不停地做無規則運動（分子勢能）
探究新知二　物體的內能
位置
重力勢能
壓縮的彈簧
彈性勢能
高處的物體
作用力
形變
作用力
探究新知二　物體的內能
分子勢能
分子在不停地做無規則
分子動能
分子間相對位置
分子間相互作用力
探究新知二　物體的內能
物體的內能
1.內能的概念：
物體內所有分子的動能和分子間相互作用的勢能的總和，叫做物體的內能。
2.單位：
焦耳(簡稱焦，用J表示)
3.內能的影響因素：
內能是儲存在物體內部的能量。
同一物體，溫度越高，物體內分子運動越劇烈，分子動能越大，內能也會越大。
溫度
多少
種類
結構
狀態
探究新知二　物體的內能
內能的改變會影響物體內部分子的運動及結構的變化，從而引起熱膨脹、熔化、凝固、蒸發等各種熱現象。
探究新知二　物體的內能
關于冰山內能的對話
討論交流
我們這里年平均氣
溫是 -25°C，這里的冰山肯定沒有內能了。
不會， 物體都是由分子構成的， 冰山中的分子 也在做熱運動， 所以冰山也具有內能。
南極是世界上最冷的地方，對小企鵝的對話，你有什么看法？
探究新知二　物體的內能
北極的冰山也有內能
一切物體，不論溫度高低，不論是否運動，都具有內能。
靜止的石頭有內能
熾熱的鐵水有內能
運動的足球有內能
探究新知二　物體的內能
4.內能與機械能的區別
機械能
內能
宏觀物體
微觀分子
研究對象
物體動能和勢能的總和
物體內所有分子的動能和分子間相互作用的勢能的總和。
概念
大小
取決于物體整體運動狀態，與物體的速度、相對于地面的高度及彈性形變程度等因素有關。
取決于分子所處的狀態
探究新知二　物體的內能
【學習任務二】內能的概念
1. 組成物質的所有分子在_________做無規則運動，因此存在著相應的分子動能；分子間由于存在相互作用力，因而有相應的____能；物體內所有分子的分子動能與____________的總和，叫作物體的內能。
2. 物體內能的多少和物體的______、______、______等有關。一個物體在______情況下都具有內能。
解：①分子有質量，分子在不停地做無規則運動，所以分子具有動能；分子間存在著相互作用力，所以分子之間還具有勢能．在物理學中，把物體內部所有分子熱運動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內能；
②因為物質是由分子或原子組成的，質量越大分子數目越多，所以內能的大小與物體的質量有關；
組成物質的分子在永不停息地做無規則運動，溫度越高，物體內部分子無規則運動就越激烈，物體的內能就越大，所以物體的內能跟物體的溫度有關；
物體的內能與分子勢能有關，因此和物體的狀態還有關。
故答案為：①不停地；勢；分子勢能；②質量；溫度；狀態；任何。
不停地
勢
分子勢能
質量
溫度
狀態
任何
探究新知二　物體的內能
探究新知三　改變內能的方式
討論交流
熱水袋
穿棉襖
搓手
烤火
電烤爐
改變內能的方式有哪些呢？
冬天雙手感覺很冷，如何讓雙手暖和起來？
實驗探究
　　拿一支鉛筆，你怎樣做能讓筆桿熱起來？試一試，你有幾種方法？和同學進行交流，統計所有的方法，并進行歸納分類。
【實驗】讓筆桿熱起來
放在手心里捂熱
放在熱水里燙一燙
放在衣物上反復摩擦
放在火上烤
放手掌反復揉搓
熱傳遞
做功
鉛筆內能變化
探究新知三　改變內能的方式
1.熱傳遞：以內能的形式從一個物體向另一個物體直接傳遞，叫做熱傳遞。
2.熱傳遞實質：能量的轉移。
3.熱傳遞條件
高溫物體
低溫物體
內能
內能減少
內能增加
溫度降低
溫度升高
能量
①有溫差
②相互接觸
改變內能的方式——熱傳遞
探究新知三　改變內能的方式
4.熱傳遞的方向：
從高溫部位傳給低溫部位
探究新知三　改變內能的方式
1. 熱量是過程量；溫度、內能是狀態量
2. 表述區別
溫度只能說“是、降低、升高”
熱量只能說“吸收、放出”
內能只能說“有、具有、改變”
溫度、熱量、內能的聯系
溫度、熱量、內能的區別
探究新知三　改變內能的方式
生活中利用熱傳遞來改變內能的例子
熱水袋
穿棉襖
烤火
電烤爐
探究新知三　改變內能的方式
改變內能的方式——做功
做功：其他形式的能量轉化為內能或內能轉化為其他形式的能量，叫做做功。
實驗一：將一小團硝化棉放入空氣壓縮引火儀里并壓縮活塞會有什么現象呢
【實驗探究】做功改變內能
硝化棉燃燒起來
機械能
內能
對氣體壓縮做功
探究新知三　改變內能的方式
活塞壓縮空氣做功
達到硝化棉的燃點，硝化棉燃燒。
空氣的內能增大，溫度升高
迅速向下壓活塞，硝化棉為什么燃燒起來了？
探究新知三　改變內能的方式
實驗二：往裝有水的密閉瓶子中打氣會有什么現象呢
向瓶內打氣瓶塞跳起，瓶內出現白氣。
瓶塞跳起的瞬間，你看到了什么現象
機械能
內能
氣體膨脹做功
探究新知三　改變內能的方式
氣體膨脹對外界做功,氣體內能減少。
向瓶內打氣瓶塞跳起，瓶內為什么會出現白氣？
瓶內氣體推動瓶塞做功內能轉化為機械能
瓶內氣體內能減少
瓶內氣體溫度降低
水蒸氣液化為小水滴
分析
解釋
現象:瓶塞跳起,瓶內出現“白氣”
操作:
向瓶內打氣
探究新知三　改變內能的方式
2.做功的實質：能量的轉化。
外界壓縮氣體做功，機械能轉化為內能，氣體內能增加。
氣體膨脹對外界做功，內能轉化為機械能，氣體內能減少。
機械能
內能
對氣體壓縮做功
機械能
內能
氣體膨脹做功
探究新知三　改變內能的方式
改變物體內能的途徑是做功和熱傳遞
特別注意：在分析能量及溫度變化的過程中，注意方向。
功、熱量和內能有相同的單位，都是焦耳（J）
做功
熱傳遞
等效
探究新知三　改變內能的方式
內能可以方便地轉移或與其他形式的能量相互轉化，因而為人類所廣泛利用。
內能的利用
在古代，人類學會了鉆木取火的方法
通過煉鋼爐加熱，改變鐵的內能，可以使鐵熔化。
地下蘊藏著豐富的地熱資源，世界上大約有20個國家使用地熱取暖或發電。
探究新知三　改變內能的方式
【學習任務三】做功改變物體的內能
如圖是簡易活塞式點火器，牛角作套筒，推桿為活塞。取火時，握住套筒，猛推活塞，能將筒內的艾絨點燃。在改變內能的方式上，與此相同的是（　?。?br/>A．熱水取暖 　　　　　　　　　　　B．冷敷降溫
C．鉆木取火 　　　　　　　　　　　D．烤火御寒
解：由題意可知，握住套筒，猛推活塞，壓縮空氣做功，使空氣內能增大，溫度升高，將筒內的艾絨點燃；這是通過做功的方式改變物體內能；
ABD、熱水取暖、冷敷降溫、烤火御寒，都是能量的轉移，通過熱傳遞改變物體內能，故ABD不符合題意；
C、鉆木取火，是能量的轉化，將機械能轉化為內能，通過做功改變物體的內能，故C符合題意。
故選：C。
C
探究新知三　改變內能的方式
【變式訓練】熱傳遞改變物體的內能
下列實例中，屬于熱傳遞改變物體內能的是（　　）
A.用鋸條鋸木頭時鋸條的溫度升高
B.兩手相互摩擦時手的溫度升高
C.電鉆打孔時鉆頭溫度升高
D.熱雞蛋放入冷水中溫度降低
解：A、鋸木頭是克服摩擦做功，鋸條溫度升高，是通過做功改變物體的內能；
B、兩手相互摩擦時，克服摩擦做功，機械能轉化為內能，通過做功的方式改變物體的內能；
C、電鉆打孔是克服摩擦做功，鉆頭溫度升高，是通過做功改變物體內能的；
D、放入冷水中的熱雞蛋放出熱量，溫度降低，是通過熱傳遞改變物體內能，故D正確。
故選：D。
D
探究新知三　改變內能的方式
秋天的晚上，在野外宿營，人們圍坐在一堆熊熊燃燒的篝火旁，歡歌笑語......
探究新知四　燃燒：放出熱量
探究新知四　燃燒：放出熱量
　　從微觀上來看篝火周圍空氣分子的熱運動變得劇烈了。
　　這意味著空氣內能增加了，這些能量是從哪里來的呢
在篝火旁，我們為什么會感到溫暖
討論交流
燃料
在現代社會，人類所用的大部分能量仍然來自各種燃料的燃燒。
燃料的燃燒是一種化學變化，在燃燒過程中，燃料的化學能轉化為內能。
化學能 內能
燃燒
探究新知四　燃燒：放出熱量
形形色色的燃料
氣體
固體
液體
煤炭
木材
焦炭
煤油
汽油
酒精
煤氣
氫氣
天然氣
探究新知四　燃燒：放出熱量
討論交流
相同質量的不同燃料，燃燒時放出熱量相同嗎
汽油
柴油
煤油
不同
不同燃料的成分不同，貯存的化學能也不同。因此，相同質量的不同燃料在燃燒時放出的熱量是不同的。
如何描述燃料的燃燒特性呢？
熱值
探究新知四　燃燒：放出熱量
熱值
2. 單位
q =
Q
m
1. 定義：我們把燃料完全燃燒放出的熱量Q與燃料質量m的比，叫做這種燃料的熱值，用符號q表示，即
3.熱值反映了單位質量的某種燃料完全燃燒放出的熱量。
探究新知四　燃燒：放出熱量
4.一些常見的熱值/（107J·kg-1）
1.熱值是燃料的固有特性，只與燃料的種類有關。
2.物理意義
q氫 =14.3×107J/kg
表示完全燃燒 lkg氫氣將放出14.3×107的熱量。
q天然氣 =2.7×107J/m3(取中間值)
表示完全燃燒1m3天然氣，將放出2.7×107的熱量。
探究新知四　燃燒：放出熱量
知道了熱值，就可以很容易地算出一定質量的燃料完全燃燒時所放出的熱量。
熱量的計算
q =
Q
m
根據
可得
Q=mq
q =
Q
V
根據
可得
Q=Vq
探究新知四　燃燒：放出熱量
【學習任務四】燃料熱值的影響因素及熱量的計算
下列關于燃料的熱值說法正確的是（　?。?br/>A．燃料燃燒越充分，其熱值越大
B．燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的熱值將減小
D．焦炭的熱值是3.0×107J/kg,完全燃燒1kg焦炭能放出3.0×107J的熱量
解：AC、熱值是燃料的特性，其大小僅與燃料的種類有關，而與燃料的質量和燃燒程度無關，故AC錯誤；
B、根據Q放=mq知在質量相同時，燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少，故B錯誤；
D、焦炭放出的熱量：Q放=mq=1kg×3.0×107J/kg=3.0×107J，故D正確。
故選：D。
D
探究新知四　燃燒：放出熱量
11 月份消耗天然氣 = - 。
討論交流
使用燃料
一個三口之家使用天然氣做飯、洗澡，月消耗30m3，相當于完全燃燒多少千克干木柴？
計數部分
小數部分
單位
記為：3502.17m3
11月份消耗天然氣=_______－_______
　　　　　　　　=_______。
398.27m3
368.26m3
30.01m3
探究新知四　燃燒：放出熱量
石油——工業的血液
探究新知四　燃燒：放出熱量
2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話，首先提出碳達峰、碳中和目標。
碳達峰　碳中和
探究新知四　燃燒：放出熱量
課堂小結
內能和熱量
溫度與熱運動
物體的內能
內能的概念
內能的影響因素
改變內能的方式
熱傳遞
做功
熱量
燃燒：放出熱量
熱值
課堂練習
1. 關于分子熱運動的一些現象，下列說法正確的是（　?。?br/>A．水的流速越快，水分子的熱運動就越劇烈
B．水凝固成冰后，水分子仍然在做無規則的熱運動
C．水很難被壓縮，說明水分子間只有斥力沒有引力
D．只有氣體和液體才能發生擴散現象，固體不能發生擴散現象
【解析】A、水分子的熱運動是水內部分子的無規則運動，與溫度有關，與水的流速無關，故A錯誤；
B、一切物質的分子在永不停息地做無規則的熱運動，水凝固成冰后，水分子仍然在做無規則的熱運動，故B正確；
C、水很難被壓縮，說明水分子間存在斥力，實際上分子間的引力和斥力同時存在，分子力為引力和斥力的合力，故C錯誤；
D、擴散現象表明了一切物質的分子在永不停息地做無規則的熱運動，氣體、液體、固體間都能發生擴散現象，故D錯誤。故選：B。
B
課堂練習
2. 下列關于內能的說法正確的是（　?。?br/>A．內能指物體內部所有分子做無規則運動所具有的動能
B．0℃的冰熔化為0℃的水后，它的內能沒有變化
C．溫度高的物體一定比溫度低的物體的內能大
D．一個物體溫度升高了，內能一定增大
【解析】
A、內能是指物體內部所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，故A錯誤；
B、冰熔化過程要吸熱，因此0℃水的內能比0℃冰的內能大，故B錯誤；
C、物體內能大小和溫度、質量、物質種類等因素均有關，因此溫度高的物體內能不一定大，故C錯誤；
D、一個物體溫度升高了，內能一定增加了。故D正確。故選：D。
D
課堂練習
3. 下列改變物體內能的方式與其他幾項不同的是（　　）
A．用砂輪磨刀時，刀具發燙
B．熱機壓縮沖程，氣缸內溫度升高
C．小孩從滑梯上滑下，臀部發燙
D．燒紅的金屬放到冷水中，溫度降低
【解析】
A、刀具在砂輪上磨得發燙，是克服摩擦做功，將機械能轉化成內能，通過做功改變物體內能；
B、熱機壓縮沖程，氣缸內溫度升高，將機械能轉化為內能，通過做功改變物體內能；
C、小孩從滑梯上滑下，臀部發燙，內能增加，將機械能轉化為內能，通過做功改變物體內能；
D、燒紅的金屬放到冷水中，放出熱量，溫度降低，內能減少，通過熱傳遞改變物體內能。
綜上所述，D與ABC三項轉化內能的方式不同。故選：D。
D
課堂練習
4. 下列關于功、內能和熱量的描述中正確的是（　　）
A．同一物體的溫度越高，內能越大
B．物體運動的越快，物體的內能越大
C．溫度高的物體含有的熱量比溫度低的物體多
D．熱量總是從內能大的物體向內能小的物體傳遞
【解析】
A、同一物體的溫度越高，內能越大，說法正確；
B、內能與溫度、狀態、質量有關，與物體運動的速度無關，故B錯誤；
C、熱量只能說吸收熱量或放出熱量，不可以說含有熱量，故C錯誤；
D、熱量總是從溫度高的物體向溫度計的物體傳遞，可能從內能大的物體向內能小的物體傳遞，也可能從內能小的物體向內能大的物體傳遞，故D錯誤。故選：A。
A
課堂練習
5. 2017年5月18日，我國在南海海域“可燃冰”試采成功，“可燃冰”作為_____（選填“新型”或“常規”）能源，有著巨大的開發使用潛力。同等條件下，“可燃冰”完全燃燒放出的熱量達到煤氣的數十倍，說明“可燃冰”的_____（選填“熱值”或“熱量”）很大。以10倍的關系粗略計算，1kg“可燃冰”完全燃燒出的熱量為_______ J。（q煤氣=4.2×107J/kg）
【解析】（1）“可燃冰”是人類新近才開始利用的能源，屬于新型能源。
（2）在同等條件下，包含質量相同，“可燃冰”完全燃燒放出的熱量達到煤氣的數十倍，說明“可燃冰”的熱值很大；
（3）1kg煤氣完全燃燒放出的熱量：Q放=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J，
1kg“可燃冰”完全燃燒放出的熱量：
Q放′=Q放×10=4.2×107J×10=4.2×108J；
故答案為：新型；熱值；4.2×108。
新型
熱值
4.2×108
布置作業
1.基礎性作業：完成課件中的課堂練習。
2.拓展性作業：設計實驗在玻璃試管里，裝上一小半試管的沙子，將溫度計插在沙子中。用力晃動試管十余下，觀察溫度計示數的變化，并解釋你看到的現象。
　　將裝有一小半沙子的試管用力晃動多次，觀察到溫度計的示數升高，是由于沙子克服摩擦做功，機械能轉化為內能，使沙子的內能增大，溫度升高，這是通過做功方式改變物體的內能。
思路指導
謝謝聆聽

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