2019-2020年高中物理 內(nèi)能教案 新人教版選修3.doc

《2019-2020年高中物理 內(nèi)能教案 新人教版選修3.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020年高中物理 內(nèi)能教案 新人教版選修3.doc（5頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

2019-2020年高中物理 內(nèi)能教案 新人教版選修3 教學(xué)目標(biāo) 1．在物理知識(shí)方面要求：（1）知道分子的動(dòng)能，分子的平均動(dòng)能，知道物體的溫度是分子平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。（2）知道分子的勢(shì)能跟物體的體積有關(guān)，知道分子勢(shì)能隨分子間距離變化而變化的定性規(guī)律。（3）知道什么是物體的內(nèi)能，物體的內(nèi)能與哪個(gè)宏觀量有關(guān)，能區(qū)別物體的內(nèi)能和機(jī)械能。 2．在培養(yǎng)學(xué)生能力方面，這節(jié)課中要讓學(xué)生建立：分子動(dòng)能、分子平均動(dòng)能、分子勢(shì)能、物體內(nèi)能、熱量等五個(gè)以上物理概念，又要讓學(xué)生初步知道三個(gè)物理規(guī)律：溫度與分子平均動(dòng)能關(guān)系，分子勢(shì)能與分子間距離關(guān)系，做功與熱傳遞在改變物體內(nèi)能上的關(guān)系。因此，教學(xué)中著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的理解能力。 3．滲透物理學(xué)方法的教育：在分子平均動(dòng)能與溫度關(guān)系的講授中，滲透統(tǒng)計(jì)的方法。在分子間勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系上和做功與熱傳遞關(guān)系上都要滲透歸納推理方法。 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．教學(xué)重點(diǎn)是使學(xué)生掌握三個(gè)概念（分子平均動(dòng)能、分子勢(shì)能、物體內(nèi)能），掌握三個(gè)物理規(guī)律（溫度與分子平均動(dòng)能關(guān)系、分子勢(shì)能與分子之間距離關(guān)系、熱傳遞與功的關(guān)系）。2．區(qū)分溫度、內(nèi)能、熱量三個(gè)物理量是教學(xué)上的一個(gè)難點(diǎn)；分子勢(shì)能隨分子間距離變化的勢(shì)能曲線是教學(xué)上的另一難點(diǎn)。 主要教學(xué)過(guò)程 引入新課 我們知道做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體具有機(jī)械能，那么熱現(xiàn)象發(fā)生過(guò)程中，也有相應(yīng)的能量變化。另一方面，我們又知道熱現(xiàn)象是大量分子做無(wú)規(guī)律熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。那么熱運(yùn)動(dòng)的能量與大量的無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系呢？這是今天學(xué)習(xí)的問(wèn)題。 教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì) 一、溫度的宏觀和微觀意義是什么？如何理解？ 分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是多、變、快、亂，在熱現(xiàn)象中，關(guān)心的是多個(gè)發(fā)分子，而不是單個(gè)分子。 （1）、分子的平均動(dòng)能――所有分子的動(dòng)能的平均值 m～10 －26 kg v＝10 5 m / s （2）、溫度：宏觀――表示物體的冷熱程度 微觀――是物體平均動(dòng)能的標(biāo)志 （3）、 溫度相同，平均動(dòng)能就相同，不論物體的組成、結(jié)構(gòu)、種類和物態(tài) (無(wú)論如何) 二、什么是分子勢(shì)能？分子勢(shì)能與什么有關(guān)？ （1）、由于分子間存在著相互作用的引力和斥力而具有的與其相對(duì)位置有關(guān)的能量，叫做分子勢(shì)能。 （類似于重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）。因此任何物體都是有內(nèi)能的。 （2）、微觀――與相對(duì)位置有關(guān) 宏觀――與體積有關(guān) r0＝10 －10m r＜r0 引力＜斥力 表現(xiàn)斥力 r＝r0 引力＝斥力 合力＝0 r＞r0 引力＞斥力 表現(xiàn)引力 r＝10 r0 r＝10 r0 引力＝斥力＝0 合力＝0 r＝r0 Ep最小 r＞r0 引力 做負(fù)功 Ep增加 r＜r0 斥力 做負(fù)功 Ep增加 斥力 引力 r0 EP 三、什么是物體的內(nèi)能，它與什么有關(guān)？ 1、 所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫做物體的內(nèi)能，也叫熱力學(xué)能 2、 與溫度T、體積V和分子個(gè)數(shù)N有關(guān) 3、 一切物體都具有內(nèi)能 四、內(nèi)能和機(jī)械能又什么區(qū)別？ 1、 宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能。機(jī)械能可以為零。 2、 微觀物體對(duì)應(yīng)內(nèi)能。內(nèi)能不可以為零。 3、 內(nèi)能和機(jī)械能之間可以相互轉(zhuǎn)化。 物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著內(nèi)能。任何物體都具有內(nèi)能，同時(shí)還可以具有機(jī)械能。例如在空中飛行的炮彈，除了具有內(nèi)能，還具有機(jī)械能——?jiǎng)幽芎椭亓?shì)能 五 區(qū)別內(nèi)能、熱量和溫度 課堂練習(xí) 1、 溫度的高低是由人的感覺(jué)決定的（） 2、 物體平均速度大的物體的溫度高（） 3、 20℃的水和20℃的銅的平均動(dòng)能相同（√） 4、 體積變大，內(nèi)能變大（） 5、 溫度升高，所有的分子的平均動(dòng)能都變大（） 6、 溫度越高，總動(dòng)能越大（） 7、 同溫度的水和氫氣相比，氫氣的平均速度大（√） 8、 溫度高的物體，內(nèi)能不一定大。 9、 同樣質(zhì)量的水在100℃時(shí)的內(nèi)能比60℃時(shí)的內(nèi)能大。 10、 內(nèi)能大的物體，溫度一定高。 11、 下列各個(gè)實(shí)例中，比較物體的內(nèi)能大小，并說(shuō)明理由。 ①一塊鐵由15℃升高到55℃，比較內(nèi)能。 ②質(zhì)量是1kg50℃的鐵塊與質(zhì)量是0.1kg50℃的鐵塊，比較內(nèi)能。 ③質(zhì)量是1kg100℃的水與質(zhì)量是1kg100℃的水蒸氣，比較內(nèi)能。 改變內(nèi)能的兩種方式 一、做功改變物體的內(nèi)能 摩擦生熱、壓縮氣體、攪拌 溫度計(jì) 接打氣筒 膠塞 1、 對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加 2、 物體對(duì)外做功，物體的內(nèi)能減小 3、 做了多少功，就改變多少內(nèi)能 二、熱傳遞改變物體的內(nèi)能 教室里的熱水、火爐上的涼水 1、 外界向物體傳遞熱量（吸熱），物體的內(nèi)能增加 2、 物體向外界傳遞熱量（放熱），物體的內(nèi)能減小 3、 傳遞多少熱量，內(nèi)能就改變多少 三、做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì) 1、 做功改變內(nèi)能，是能量的轉(zhuǎn)化，用功的數(shù)值來(lái)度量 2、 熱傳遞改變內(nèi)能，是能量的轉(zhuǎn)移，用熱量來(lái)度量 四、做功和熱傳遞的等效性 做功和熱傳遞在改變內(nèi)能上是等效的。 例如：使物體升高溫度，可以用熱傳遞的方法，也可以用做功的方法，得到的結(jié)果是相同的，如果事先不知道，我們無(wú)法知道它是通過(guò)哪種途徑改變的內(nèi)能。 1 cal＝4.2 J 1 J＝0.24 cal 多維鏈接 溫度計(jì)和溫標(biāo)的發(fā)明 公元前200一100年間，古希臘菲隆和希隆各自制造過(guò)一種以空氣膨脹為原理的測(cè)溫器。其后，人們還在三個(gè)容器中分別裝上冷、溫、熱水來(lái)判斷物體的冷熱：用手摸進(jìn)行比較。 1592或1595年，伽利略制成了第一個(gè)氣體溫度計(jì)。玻璃管與玻璃泡相連，管內(nèi)有有色液體，倒置于水杯之中。當(dāng)被測(cè)溫度的物體與泡接觸時(shí)，泡內(nèi)空氣就會(huì)因熱脹冷縮而發(fā)生體積變化，使有色液柱上升或下降，再由玻管上標(biāo)有“熱度”(即現(xiàn)在所說(shuō)的“溫度”)的刻度讀出。這是有史以來(lái)的第一支有刻度的溫度計(jì)。顯然，這種溫度計(jì)不完善：變化著的大氣壓也會(huì)使液柱升降，測(cè)量范圍極其狹窄。 物理學(xué)中熱力學(xué)里有一門叫計(jì)溫學(xué)的分支學(xué)科，它是利用物質(zhì)的熱效應(yīng)來(lái)研究測(cè)溫技術(shù)的。它包括溫度分度法、溫度參照點(diǎn)的選擇、溫度計(jì)按不同用途的設(shè)計(jì)、制定各種測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)、提高測(cè)溫精度、準(zhǔn)確度、測(cè)定實(shí)用溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的差值等。伽利略發(fā)明氣體溫度計(jì)后，人們的工作就大致按這些內(nèi)容進(jìn)行。 1611年，伽利略的同事?？送辛羲垢倪M(jìn)了伽利略的氣體溫度計(jì)，制成一種蛇狀玻璃管氣體溫度計(jì)，玻管上有l(wèi)lO個(gè)刻度，可測(cè)體溫。 1629年，約瑟夫德米蒂哥這位物理學(xué)家兼猶太教師出版了一本叫《花園中的噴泉》的書(shū)，書(shū)中載有盛有白蘭地的玻璃泡溫度計(jì)，它旁邊的小字上寫著“oleb”(上升)。有人認(rèn)為這是人類第一支較準(zhǔn)確的溫度計(jì)。但現(xiàn)未能查明其發(fā)明者，而只能猜測(cè)是伽利略或他在帕多瓦大學(xué)的同事德米蒂哥。具體發(fā)明年代只能大致確定在17世紀(jì)初。 1631—1632年，法國(guó)化學(xué)家詹雷伊把伽利略的玻璃管倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，并直接用水而不是空氣的體積變化來(lái)測(cè)定溫度。這是第一支用水作工作物質(zhì)的溫度計(jì)。但因管口末密封，水會(huì)蒸發(fā)而產(chǎn)生越來(lái)越大的誤差。 1641年，第一支以酒精為工作物質(zhì)的溫度計(jì)首次出現(xiàn)在意大利托斯卡納大公爵費(fèi)迪南二世的宮庭里。1644—1650年間，這位大公將其不斷完善：用蠟把紅色酒精溫度計(jì)的玻管口封位，在玻管上刻度?？梢?jiàn)，這支溫度計(jì)已具有現(xiàn)代溫度計(jì)的雛型，以致不少人將溫度計(jì)的發(fā)明歸功于這位大公。1654年，這種溫度計(jì)已在佛羅倫薩普及，以致這一年被一些人認(rèn)為是溫度計(jì)誕生之年。它還被傳到英國(guó)和荷蘭。 1646年，意大利物理學(xué)家萊納爾第尼明智地提出以水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)作為溫度計(jì)刻度的兩個(gè)定點(diǎn)。但無(wú)奈當(dāng)時(shí)流行的酒精溫度計(jì)里酒精的沸點(diǎn)(78.5℃)低于水的沸點(diǎn)(100℃)，所以用水的沸點(diǎn)為第二個(gè)定點(diǎn)對(duì)酒精溫度計(jì)顯然不切實(shí)際，所以這一建議當(dāng)時(shí)未能實(shí)施。 1657年成立的意大利佛羅倫薩實(shí)驗(yàn)科學(xué)院在其存在的10年間地進(jìn)行了水銀和酒精溫度計(jì)的研究，制作過(guò)40(或80)個(gè)等分標(biāo)度的沒(méi)有定點(diǎn)的酒精溫度計(jì)：它在1660年冬最冷時(shí)顯示11—12“度”，冰的熔點(diǎn)顯示13.5“度”，夏天最熱時(shí)為40“度”。 1658年，法國(guó)天文學(xué)家伊斯梅爾博里奧制成第一支用水銀作工作物質(zhì)的溫度計(jì)。 1660年，意大利材料測(cè)試研究所也制成了水銀溫度計(jì)。 1665年，荷蘭物理學(xué)、數(shù)學(xué)家惠更斯地提議把水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)作溫度計(jì)刻度的兩個(gè)定點(diǎn)，以便各種溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。同年，英國(guó)物理學(xué)、化學(xué)家波義耳根據(jù)他于1662年發(fā)現(xiàn)的氣體定律(即玻義耳定律，后經(jīng)法國(guó)物理學(xué)家馬略特完善后稱波義耳一馬略特定律，簡(jiǎn)稱波一馬定律)，指出氣體溫度計(jì)不準(zhǔn)的原因及其他缺點(diǎn)。其后，人們大多轉(zhuǎn)向其他工作物質(zhì)的溫度計(jì)的研究。 1672年，休賓在巴黎發(fā)明了第一個(gè)不受大氣壓影響的空氣溫度計(jì)。 1688年，達(dá)蘭西的溫度計(jì)以水和牛油熔解時(shí)的兩個(gè)溫度作溫度計(jì)刻度的兩個(gè)固定點(diǎn)。 18世紀(jì)初，形形色色的溫度標(biāo)準(zhǔn)(溫標(biāo))已多達(dá)30余種。例如，丹麥天文學(xué)家羅默(他以1676年用觀測(cè)木星衛(wèi)星蝕的方法第一次證實(shí)光的傳播是等速運(yùn)動(dòng)而聞名于世)以人體溫度為22.5“度”和水的沸點(diǎn)為60“度”作溫度計(jì)上刻度的兩個(gè)定點(diǎn)。牛頓于1701—1703年制作的亞麻子油(一說(shuō)蓖麻油)溫度計(jì)把雪的熔點(diǎn)0“度”和人體的溫度12“度”作溫度計(jì)的兩個(gè)定點(diǎn)。 法國(guó)物理學(xué)家阿蒙東最先指出測(cè)溫液體是規(guī)則膨脹的，“有絕對(duì)零度存在”也是他最先指出的，他于1703年也制成了一支實(shí)用氣體溫度計(jì)。 在18世紀(jì)以前，溫標(biāo)不統(tǒng)一且不太實(shí)用。這些工作歷史地落在華倫海特等人的肩上。 遷居荷蘭的德國(guó)玻璃工華倫海特也在英國(guó)居住過(guò)。他經(jīng)過(guò)1709—1714年的研究，把冰、水、氯化銨的混合物平衡溫度定為0℉，人體溫度定為96℉(如以今天我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體溫37℃，則應(yīng)為98．6℉，可見(jiàn)他采用的體溫不是今天我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)體溫)，其間分為96格，每格為1℉。1724年，他又把水的沸點(diǎn)定為2120℉。但遺憾的是，他未能將冰的熔點(diǎn)定為0℉，而是定為32℉。這就是華氏溫標(biāo)，其符號(hào)為tF。這是曾長(zhǎng)期使用且至今仍在香港和世界許多地方使用的第一種溫標(biāo)。他還發(fā)明了在填充水銀時(shí)進(jìn)行凈化的方法，制成了第一種實(shí)用的水銀溫度計(jì)。 1730年，主要研究物理學(xué)和動(dòng)物學(xué)的法國(guó)博物學(xué)家列奧繆爾制成了一種酒精溫度計(jì)，他把水的冰點(diǎn)0oR和沸點(diǎn)80oR刻在溫度計(jì)上作兩個(gè)定點(diǎn)，再把其問(wèn)分為80格，每隔為1oR。這是其后流行了多年的第二種溫標(biāo)——列氏溫標(biāo)，其符號(hào)為tR。 1742年，瑞典物理學(xué)家、天學(xué)家攝爾修斯制成的水銀溫度計(jì)則把水的沸點(diǎn)和冰的熔點(diǎn)分別定為0℃和100℃，其間分為100格，每格為1℃，這是第三種得到廣泛流行的實(shí)用溫標(biāo)——攝氏溫標(biāo)，其符號(hào)為t或tc。1743年，克里森指出上述定點(diǎn)不符合越熱的物體溫度越高的習(xí)慣，8年以后的1750年，攝爾修斯接受同事斯特默爾的建議，把上述兩定點(diǎn)的溫度對(duì)調(diào)，這才成了現(xiàn)在的攝氏溫標(biāo)即百分溫標(biāo)。 上述三種溫標(biāo)都是初級(jí)原始的溫標(biāo)，其缺點(diǎn)有二。一是溫度值只有在兩個(gè)定點(diǎn)是準(zhǔn)確的其余各點(diǎn)都不準(zhǔn)確；二是定義范圍很窄，例如水銀溫度計(jì)測(cè)量范圍是—38．87—+356．9℃。以下第四種溫標(biāo)克服了這些缺點(diǎn)。 1848年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜即開(kāi)爾文提出熱力學(xué)溫標(biāo)。其符號(hào)為TK或T，并于1854年指出只需選用一個(gè)固定點(diǎn)數(shù)值，這種溫標(biāo)就能確定。這個(gè)點(diǎn)就是“絕對(duì)零度”。然而，在實(shí)際建立熱力學(xué)溫度單位時(shí)，考慮到歷史傳統(tǒng)和當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，他不得不用攝爾修斯的0—100℃的間隔作為100個(gè)新溫度的間隔，即新溫度的每個(gè)間隔為1開(kāi)氏度(1oK)與 l攝氏度(1℃)相當(dāng)。這就是開(kāi)氏溫標(biāo)。歷史上類似而含義不盡相同的名稱還有理想氣體溫標(biāo)、熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)等。這第四種溫標(biāo)的特點(diǎn)是：與任何物體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，不受工作物質(zhì)的影響，解除了工作物質(zhì)因凝固、汽化而受到的限制，僅與熱量有關(guān)。1927年，第七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定它為最基本的溫標(biāo)。1954年大會(huì)又決定把273.16oK這一水的三相點(diǎn)作為這一溫標(biāo)的唯一定點(diǎn)。這一溫標(biāo)實(shí)際包含的另一定點(diǎn)是不能用物質(zhì)的已知性質(zhì)來(lái)定義的，它是理論上推導(dǎo)出來(lái)的最低溫度——絕對(duì)零度。1967年，第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)將這種溫標(biāo)的單位“開(kāi)氏度”(oK)改為“開(kāi)爾文”(K)，而前述“開(kāi)氏溫標(biāo)”及“開(kāi)氏溫度”被分別代之以“新國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)”和“熱力學(xué)溫度”，我國(guó)也最終由國(guó)務(wù)院于1984年2月27日下達(dá)命令在1991年1月1日起正式施行使用。 第五種溫標(biāo)為蘭氏溫標(biāo)，在19世紀(jì)由英國(guó)工程師蘭金發(fā)明，其符號(hào)為TR，蘭氏度的符號(hào)為Ro。這種溫標(biāo)的水三相點(diǎn)約491.7Ro，水的沸點(diǎn)約671.6Ro。這種溫標(biāo)比前四種用得更少。 隨著上述攝氏，國(guó)際溫標(biāo)的建立和技術(shù)的成熟，以及實(shí)際測(cè)量的需要，人們改進(jìn)、發(fā)明了形形色色的溫度計(jì)。 1743年，法國(guó)克利斯廷在里昂改制了像攝爾修斯那樣的溫度計(jì)，這更接近現(xiàn)代溫度計(jì)。 1782年，西克斯發(fā)明了 “最高最低溫度計(jì)”，丹尼爾盧瑟福在1794年作了改進(jìn)。1782年，英國(guó)韋奇伍德．和德國(guó)塞格爾各自發(fā)明了測(cè)定火焰溫度或爐溫用的溫度計(jì)，后者的發(fā)明被稱為塞格爾測(cè)溫錐。 1821—1822年，德國(guó)塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電(溫差電)現(xiàn)象，提出溫差電動(dòng)勢(shì)序，認(rèn)識(shí)到由此可制成熱電偶即溫差電偶來(lái)測(cè)溫度。1830年便出現(xiàn)了這種溫差電偶，用它還可探測(cè)紅外線。選用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體或半導(dǎo)體作熱電偶材料，可以測(cè)量很寬的溫度范圍(如—50—+1600℃)，若用特殊熱電偶材料，則更可擴(kuò)大到—180—2000℃，這顯然是酒精或水銀溫度計(jì)望塵莫及的。 俄國(guó)楞次和英國(guó)戴維于1835年得知金屬在受熱時(shí)電阻會(huì)增大，AF斯文貝爾格于1857年便用這一原理發(fā)明了差示溫度計(jì)(由一個(gè)接在測(cè)量電橋中的涂黑銅螺線組成)。 1860年，德國(guó)威廉西門子發(fā)明了遙測(cè)式電阻溫度計(jì)，1869年他為它加裝了一根鈉絲作測(cè)量探頭，可測(cè)更高的溫度。 19世紀(jì)60年代初，英國(guó)醫(yī)生阿爾伯特發(fā)明了現(xiàn)在仍在位用的那種體溫計(jì)：其最大特點(diǎn)是細(xì)管內(nèi)有一段特別狹窄，體溫計(jì)離開(kāi)被測(cè)人體后水銀在這狹處中斷而水銀柱并不下降，可從容不迫地讀出體溫。 1881年，蘭利將涂黑的鉑帶作熱敏元件制成輻射熱測(cè)量計(jì)(或電阻測(cè)輻射熱計(jì))測(cè)量輻射熱。 其后，溫度計(jì)新品種不斷涌現(xiàn)。例如，光學(xué)高溫計(jì)(測(cè)600℃以上高溫)、光度計(jì)(測(cè)星球表面溫度)、紅外顯微鏡(測(cè)小至10—100微米的點(diǎn)的溫度)、半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(jì)(測(cè)點(diǎn)的溫度)、石英振子溫度計(jì)(可測(cè)低溫至250間的溫度，精度特高) 對(duì)10000℃以上的高溫，一般溫度測(cè)量法已無(wú)能為力。這時(shí)，要用原子光譜的譜線和溫度間的關(guān)系來(lái)計(jì)算出溫度。