2015年高中物理 7.5內(nèi)能教案 新人教版選修3-3

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1、 第五節(jié) 內(nèi)能 教學(xué)目標(biāo): 1、知道分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能跟溫度有關(guān),知道溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。 2、知道什么是分子的勢(shì)能;知道改變分子間的距離,分子勢(shì)能就發(fā)生變化;知道分子勢(shì)能跟物體體積有關(guān)。 3、知道什么是內(nèi)能,知道物體的內(nèi)能跟溫度和體積有關(guān)。 4、能夠區(qū)別內(nèi)能和機(jī)械能。 教學(xué)重點(diǎn):正確理解物體的內(nèi)能。 教學(xué)難點(diǎn):分子勢(shì)能。 教學(xué)方法:?jiǎn)柎鸱?、講述法 教學(xué)過程: (一)復(fù)習(xí)提問,引入新課 1、分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容是什么?(學(xué)生回答) 2、能是什么?什么是動(dòng)能、勢(shì)能?大小跟什么因素有關(guān)?(學(xué)生回答) 教師:今天,我們要學(xué)習(xí)一種新形式的能量------內(nèi)

2、能 (二)新課教學(xué) 一、分子動(dòng)能 1、分子平均動(dòng)能 做熱運(yùn)動(dòng)的分子,都具有動(dòng)能,這就是分子動(dòng)能。由于分子運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性,若想研究單個(gè)分子的動(dòng)能是非常困難、也是沒有必要的。熱現(xiàn)象研究的是大量分子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn),所以,重要的不是系統(tǒng)中某個(gè)分子的動(dòng)能大小,而是所有分子的動(dòng)能的平均值,即分子平均動(dòng)能。 2、溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。 (1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn),含有統(tǒng)計(jì)的意義,對(duì)于個(gè)別分子,溫度是沒有意義的。分子平均動(dòng)能的大小由溫度高低決定:溫度升高,分子的平均動(dòng)能增大;溫度降低,分子的平均動(dòng)能減小;溫度不變,分子的平均動(dòng)能不變。說明:溫度升高,分子的平均動(dòng)能增大

3、,但不是每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大,可能有個(gè)別的分子動(dòng)能反而減小。 (2)分子的平均動(dòng)能大小只由溫度決定,與物質(zhì)的種類無關(guān)。也就是說,只要處于同一溫度下,任何物質(zhì)分子做熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能都相同。由于不同物質(zhì)分子的質(zhì)量不盡相同,因此,在同一溫度下,不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率大小也不相同。 二、分子勢(shì)能 1、分子勢(shì)能 由于分子間存在著相互作用力,所以分子間也有相互作用的勢(shì)能。這就是分子勢(shì)能。分子勢(shì)能的大小由分子間的相互位置決定。分子勢(shì)能的變化非常類似于長(zhǎng)度變化的彈簧中的彈性勢(shì)能的變化。 2、影響分子勢(shì)能大小的因素 分子勢(shì)能的大小與分子間的距離有關(guān),即與物體的體積有關(guān)。分子勢(shì)能的變化與分子間的

4、距離發(fā)生變化時(shí)分子力做正功還是負(fù)功有關(guān)。具體情況如下: (1)當(dāng)分子間的距離時(shí)(此時(shí)類似于被拉伸的彈簧),分子間的作用力表現(xiàn)為引力,分子間的距離增大時(shí),分子力做負(fù)功,因此分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大。 (2)當(dāng)分子間的距離時(shí)(此時(shí)類似于被壓縮的彈簧),分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,分子間的距離減小時(shí),分子力做負(fù)功,因此分子勢(shì)能隨分子間距離的減小而增大。 (3)當(dāng)時(shí)(此時(shí)相當(dāng)于彈簧處于自由伸長(zhǎng)狀態(tài)),分子勢(shì)能最小。 3、分子勢(shì)能變化曲線如下圖7.5–1所示。 7.5–1 說明: (1)由于物體分子距離變化的宏觀表現(xiàn)為物體的體積變化,所以微觀的分子勢(shì)能變化

5、對(duì)應(yīng)于宏觀的物體體積變化。但是,同樣是物體體積增大(或減?。?,有時(shí)體現(xiàn)為分子勢(shì)能增大(或減小)(在范圍內(nèi));有時(shí)體現(xiàn)為分子勢(shì)能減?。ɑ蛟龃螅?在范圍內(nèi))。 (2)分子勢(shì)能與物體體積有關(guān),但不能簡(jiǎn)單理解成物體體積越大,分子勢(shì)能就越大;體積越小,分子勢(shì)能就越小。如0℃的水變成0℃的冰后,體積變大,但分子勢(shì)能減少。所以一般來說,物體體積變化了,其對(duì)應(yīng)的分子勢(shì)能也將發(fā)生變化。具體怎么變化,關(guān)鍵要看在變化過程中分子力做正功還是負(fù)功。 (3)分子勢(shì)能最小并不一定是分子勢(shì)能為零。 三、內(nèi)能 物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和叫做物體的內(nèi)能。 1、任何物體都具有內(nèi)能 2、內(nèi)能的決定因素

6、物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積有關(guān)。溫度發(fā)生變化,分子的平均動(dòng)能發(fā)生變化;物體的體積發(fā)生變化,分子勢(shì)能發(fā)生變化。還要注意,物體的內(nèi)能還與物體所含的分子數(shù)有關(guān),因?yàn)閮?nèi)能是物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。 3、內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別 內(nèi)能與機(jī)械能是兩個(gè)不同的物理概念。內(nèi)能是由物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相對(duì)位置所決定的能;機(jī)械能是物體整體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)或物體形變所產(chǎn)生的能,它對(duì)物體的內(nèi)能沒有貢獻(xiàn)。在熱現(xiàn)象的研究中,一般不考慮物體的機(jī)械能。 四、典例探究 例1、有甲、乙兩個(gè)分子,甲分子固定不動(dòng),乙分子由無窮遠(yuǎn)處逐漸向甲靠近,直到不再靠近為止,在這整個(gè)過程中,分子勢(shì)能的變化情況是( )

7、 A.不斷增大 B.不斷減小 C.先增大后減小 D.先減小后增大 解析:分子力做功與分子勢(shì)能變化的關(guān)系和彈簧非常相似,即分子力做正功分子勢(shì)能減小,分子力做負(fù)功分子勢(shì)能增加。當(dāng)乙分子由無窮遠(yuǎn)處向r0移動(dòng)時(shí),分子力做正功,分子勢(shì)能減??;當(dāng)乙分子由r0向甲分子繼續(xù)靠近時(shí),要克服分子斥力做功,分子勢(shì)能增大。所以移動(dòng)的整個(gè)過程,分子勢(shì)能是先減小、后增大。也可知當(dāng)分子間的距離為r0時(shí),分子勢(shì)能最小。 本題的正確選項(xiàng)為D。 提示:①有關(guān)分子勢(shì)能隨分子間距離變化來判定分子勢(shì)能變化的問題,首先要明確是在r>r0范圍內(nèi),還是在r<r0范圍內(nèi)變化的。 例2、下列說法正確的是( ) A.

8、分子動(dòng)能與分子勢(shì)能的和叫做這個(gè)分子的內(nèi)能 B.物體內(nèi)分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定 C.物體的速度增大時(shí),物體的內(nèi)能增大 D.物體的動(dòng)能減小時(shí),物體的溫度可能增加 分析:內(nèi)能是指物體的,一個(gè)分子無內(nèi)能可言,選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的;物體的分子勢(shì)能由分子間距離決定,宏觀上反映為由物體的體積決定,所以選項(xiàng)B也是錯(cuò)誤的;物體的內(nèi)能與物體做宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān),故選項(xiàng)C也是錯(cuò)誤的;物體的溫度由分子的平均動(dòng)能決定,與物體宏觀運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無關(guān),因此選項(xiàng)D是正確的。 答案:D。 提示:分子動(dòng)能、勢(shì)能、內(nèi)能的變化特點(diǎn)及影響因素要非常熟練。 例3、1 g 100 ℃的水與1 g 100 ℃的水蒸氣相比較,

9、下述說法中正確的是( ) A.分子的平均動(dòng)能與分子的總動(dòng)能都相同 B.分子的平均動(dòng)能相同,分子的總動(dòng)能不同 C.內(nèi)能相同 D.1 g 100 ℃的水的內(nèi)能小于1 g 100 ℃的水蒸氣的內(nèi)能 解析:溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,因而在相同的溫度下,分子的平均動(dòng)能相同,又1 g水與1 g水蒸氣的分子數(shù)相同,因而分子總動(dòng)能相同,選項(xiàng)A正確。當(dāng)從100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣的過程中,分子距離變大,分子要克服分子引力做功,因而分子勢(shì)能增加,所以100 ℃的水的內(nèi)能小于100 ℃水蒸氣的內(nèi)能,選項(xiàng)D正確。故本題答案為:A D。 提示: 解決該題的關(guān)鍵是搞清物體的內(nèi)能與哪

10、些因素有關(guān)(從宏觀、微觀兩個(gè)角度)。 例4、氫氣和氧氣的質(zhì)量、溫度都相同,在不計(jì)分子勢(shì)能的情況下,下列說法正確的是( ) A.氧氣的內(nèi)能較大  B.氫氣的內(nèi)能較大 C.兩者的內(nèi)能相等  D.氫氣分子的平均速率較大 解析:氫氣與氧氣的溫度相同,分子的平均動(dòng)能相同,由于氧分子質(zhì)量比氫分子質(zhì)量大,所以氫分子的平均速率更大。又因?yàn)閮煞N氣體的總質(zhì)量相等,氫分子質(zhì)量比氧分子質(zhì)量小,所以氫分子數(shù)大于氧分子數(shù),氫氣的分子動(dòng)能總和大于氧氣的分子動(dòng)能總和,由于氣體分子間距離比較大,不計(jì)分子勢(shì)能,所以氫氣的內(nèi)能更大。 答案:BD。 提示:本題在不考慮分子勢(shì)能的條件下,物體的內(nèi)能等于所有的分子動(dòng)能之和,僅由溫度和分子數(shù)決定。 (三)課堂小結(jié): 學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)所學(xué)內(nèi)容 (四)布置作業(yè): 問題與練習(xí)1、2、3 5

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