9年级上册沪粤版物理 12.1认识内能 逐字稿-4,673字

  师:同学们好,今天我们一起来学习初中物理九年级上册第十二章第一节的内容——认识内能。在开始本节课之前,老师想请同学们想一想,生活中你们都乘坐过哪些交通工具呢?像汽车、火车、轮船以及飞机。那同学们有没有想过,驱动这些交通工具做功的能量从哪里来呢?其实,许多交通工具做功的能量来源于燃料燃烧时释放的内能。那什么是内能呢?内能的大小跟哪些因素有关?又该怎样改变物体的内能呢?这就是我们今天要学习的新课——认识内能。

  在认识内能之前,我们先来回顾一下分子动理论的内容。分子动理论告诉我们,物体是由分子组成的,分子在永不停息地做无规则运动,分子间存在着相互作用力,也就是引力和斥力,同时分子间还存在间隙。同学们,你们思考过分子有能量吗?在第11章我们学习了有关机械能的知识,接下来就让我们用类比的方法来认识一下内能。

  咱们看,篮球在运动,运动着的篮球具有动能。而分子也在不停地做无规则运动,那么运动的分子有能量吗?有。运动着的分子具有的能量,我们称之为分子动能。再看,自由下落的石块和地球互相吸引而具有势能,同样,分子和分子之间也相互吸引,那么互相吸引的分子间有能量吗?答案也是有。互相吸引的分子间具有的能量我们称之为分子势能。我们再来看一组被压缩的弹簧,因各部分互相排斥而具有势能,分子和分子之间也相互排斥,那么互相排斥的分子间有能量吗?答案还是肯定的,我们把互相排斥的分子间具有的能量也称之为分子势能。

  在物理学中,我们把物体的动能和势能统称为机械能。同样在物理学中,我们把分子的动能与分子的势能的总和称之为物体的内能,这就是我们今天要学习的内容。这里我们是把未知的分子是否具有能量与已知的机械能进行类比,根据它们相同或相似的特点得出物体的内能,这种方法叫做类比法,类比法也是我们今后学习物理经常用到的一个重要探究方法。

  我们再来看一下内能的定义。课本中给出,在物理学中,我们把物体内所有分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能。注意,我们研究的是物体的内能,是物体内所有分子动能与分子势能的总和,单个分子或部分分子的动能和势能总和不能称之为物体的内能,不在我们研究范围内。

  我们知道动能和势能的单位都是焦耳,所以内能的单位也是焦耳,简称焦,符号为J。但内能是不同于机械能的另一种形式的能量。我们认识了内能,那一切物体都具有内能吗?这里我们以炽热的铁水和寒冷的冰山为例。炽热的铁水温度很高,分子无规则运动很剧烈,且分子间存在相互作用力,所以它具有内能。寒冷的冰山虽然温度很低,但分子也在不停地做无规则运动,分子间同样存在吸引和排斥力,所以即使温度很低,冰山仍然具有内能。由此我们可以说,一切物体无论温度高低都具有内能。既然一切物体都具有内能,那么物体的内能不可能为0。同学们要注意,当一个物体的动能为0、势能为0时,物体的机械能会为0,但物体的内能不可以为0。

  我们认识了内能,那内能的大小跟哪些因素有关呢?看质量相同的冷水和热水,哪杯水的内能大?我们知道温度越高,分子无规则运动越剧烈,所以质量相同的冷水和热水,热水的内能大。也就是说,同一物体温度越高,内能越大,由此得出物体的内能跟温度有关。再想,如果温度相同的两杯水,质量不同,哪杯水的内能大呢?我们知道物体内所有分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能,温度相同的两杯水是同种物质,很明显质量越多的这杯水所含分子数越多,所以质量多的这杯水的内能要大一些。也就是说,同种物质温度相同时,质量越大物体的内能越大。这样我们又知道内能的大小还跟质量有关。其实,内能的大小除了跟温度和质量有关以外,还跟物质的种类和状态等因素有关。请同学们课下查阅资料,了解一下物体的内能跟物体的物质状态具体有什么关系。

  我们认识了内能,也知道了内能大小跟哪些因素有关,同学们学会了吗?让我们来看一个小练习,关于物体的内能,下列说法中正确的是:

  A. 物体的运动速度越大,具有的内能越多。很明显这句话不正确,物体的运动速度越大,只能说明物体的动能相对较大,不能说物体的内能越多,所以A选项错误。

  B. 静止的物体没有动能也没有内能。我们知道静止的物体没有动能,但一切物体都具有内能,所以B选项错误。

  C. 静止的物体没有动能,但是有内能。这句话是正确的,所以这题我们选C。

  D. 温度高的物体一定比温度低的物体具有的内能多。我们刚刚说过,影响内能的因素除了温度高低,还跟物体的质量有关,仅凭温度高就判断物体的内能多,不完全正确,所以D选项错误。同学们选对了吗?

  我们认识了物体的内能,也知道影响内能的因素,那怎样改变物体的内能呢?请同学们观察下列情况,是通过怎样的途径来改变物体的内能的?

  第一个,用钻头在金属块上钻孔时,钻头和金属块会发热,说明温度升高,内能增大。这实际上是钻头在金属块上摩擦做功,从而使钻头和金属块发热,所以这是通过做功的方式来改变物体的内能。

  第二个,在橙汁中放入冰块,温度会发生变化,也就是内能发生了改变,这是通过热传递来改变物体的内能。因此我们可以说,做功和热传递都可以改变物体的内能。

  我们进一步探究用做功的方式来改变物体的内能。同学们看,这是一根金属丝,我用手反复弯折金属丝的某一处,大约弯折10次左右或更多次,会发现金属丝的弯折处会发热,内能增大。那这个金属丝的内能是凭空产生的吗?显然不是,这个过程实质上是弯折金属丝时,手对金属丝做功,使手的机械能转化为了金属丝的内能。这里用铁丝,其他如铝条之类的金属丝也可以,注意要弯折金属丝的同一处,且多弯折几次才能得到这个现象。

  那么手对金属丝做功,金属丝的内能增加,似乎外界对物体做功,物体的内能就增加,实际上是机械能转化为了内能。那是不是所有的做功都会使物体的内能增加呢?我们再来看一个实验,在试管中装入适量的水,用木塞将试管口塞紧,并放在酒精灯上加热一段时间后,仔细观察会看到什么现象?我们会看到木塞被推出。木塞被推出的过程中,水蒸气推动木塞做功,水蒸气的温度降低,内能减小,那水蒸气的内能会凭空消失一部分吗?显然也不会。这个过程实质上是水蒸气的内能转化为了木塞的机械能。可见,物体对外做功,自身的内能减少,实际上就是内能转化为了机械能。

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