人教版内能教学课件

内能教学课件（人教版九年级物理）目录12内能的概念与来源分子热运动探索内能的基本定义、组成成分及其与温度的关系研究物质微观世界中分子的无规则运动特性34内能的变化热传导与热平衡学习内能变化的两种方式做功和传热了解热量传递的基本原理和热平衡状态的特点56实验与应用复习与总结通过实验观察内能变化，探索其在生活中的应用第一章内能的概念什么是内能？内能与物体温度的关系内能是物体内部所有分子的动能和势能的总和，是物体所具有的一种能量形式内能包括哪些能量形式？内能包括•分子无规则运动的动能•分子间相互作用的势能•分子内部的能量分子热运动简介物质由分子和原子组成分子的无规则热运动分子运动的能量即为内能的重要组成部分所有物质都是由微小的分子或原子构成，这所有物质的分子都在不停地做着无规则运些微小粒子是物质的基本单位不同物质由动，这种运动称为分子热运动分子热运动不同种类的分子或原子组成，具有不同的特是永不停息的，不受外界影响的自发运动性分子热运动示意图分子热运动是物质内部分子永不停息的无规则运动从微观角度看，即使在静止的物体中，分子也在持续地做着振动、平移和旋转等运动运动特点分子不停地做无规则运动，包括振动、平移和旋转，这种运动是永不停息的内能关系扩散现象与分子运动扩散现象的微观解释扩散是不同物质分子相互渗透的现象，如墨水滴入水中会逐渐扩散开来，茶叶在热水中的香气会散布到空气中分子持续运动扩散现象证明了分子在不停地运动，并且分子之间存在间隙，使得不同物质的分子能够相互穿插温度影响内能的变化物体的内能可以通过两种方式发生变化做功和传热了解这两种方式对于理解热力学过程至关重要做功改变内能当对物体做功时，物体的内能增加；当物体对外做功时，物体的内能减少摩擦生热手掌摩擦变热•气体压缩自行车打气筒变热•锤击金属金属被锤击后温度升高•传热改变内能当物体吸热时，内能增加；当物体放热时，内能减少水在火上加热，温度升高•热水杯中的水逐渐冷却•冰块在室温下融化•热传导的基本原理导热性能因素分子碰撞传能不同物质的导热性能不同，主要取决于其热量流动方向热传导的微观机制是通过分子间的碰撞将分子结构和排列方式热量总是自发地从高温物体传向低温物能量从一个分子传递给另一个分子高温金属自由电子有助于能量传递，导•体，直到两者温度相同这是一个自然规区域的分子运动较剧烈，通过碰撞将能量热性好律，不需要外力驱动传给低温区域的分子绝缘体分子排列松散，导热性差•流体对流作用增强热传递•热平衡状态什么是热平衡？当两个或多个物体之间的温度相同时，它们之间的热量交换停止，此时系统达到了热平衡状态热平衡的特征在热平衡状态下，系统中各部分的温度相同，宏观上不再有热量传递热平衡的重要性热平衡是内能变化过程的自然终点，是热力学研究的基础状态热平衡的应用利用热平衡原理可以测量物体的温度、热容量等物理量，是许多热学实验的理论基础实验演示测量内能变化实验目的通过测量物体做功的过程，观察内能变化与温度的关系实验步骤使用弹簧测力计测量物体受到的力

1.记录物体移动的距离，计算做功量

2.使用温度计测量物体初始温度和末温度

3.分析做功量与温度变化之间的关系

4.实验结论当对物体做功时，物体的内能增加，表现为温度升高；功的大小与温度变化成正比，证实了做功可以改变物体的内能生活中的内能变化实例摩擦生热汽车发动机冰块融化双手快速摩擦会感到温度升高，这是因为摩擦汽车发动机中燃料燃烧释放的化学能部分转化冰块在室温下吸收热量增加内能，当温度达到做功转化为内能冬天人们通过搓手取暖就是为内能，部分转化为机械能发动机需要冷却时，继续吸收的热量用于改变物态，冰转0℃利用了这一原理系统来防止过热化为水，但温度保持不变内能与温度的区别温度内能温度是物体冷热程度的量度，是分子热运动剧烈程度的宏观表现内能是物体分子动能和势能的总和，是物体所具有的能量温度是物体的状态参量内能是物体的性质，与物质的种类、状态和质量有关••物体间温度相同时处于热平衡内能无法直接测量，只能通过计算或比较来确定其变化••温度可以直接用温度计测量相同温度下，不同物质的内能可能不同••同种物质，温度越高，分子运动越剧烈内能的变化可通过做功和传热实现••分子热运动的影响因素物质的种类不同物质的分子质量、结构和排列方式不同，导致其分子热运动特性不同例如，氢气分子温度质量小，在相同温度下运动速度比氧气分子温度是影响分子热运动最直接的因素温快度越高，分子热运动越剧烈；温度越低，分子热运动越缓慢绝对零度（-）时，理想气体分子运动几乎停

273.15℃物体的状态止固态物质中分子主要做振动运动；液态物质中分子既做振动又做移动；气态物质中分子主要做无规则的平移运动，运动自由度最大内能的计算基础理论上内能难以直接计算通过温度变化间接反映内能变化由于分子数量极其庞大（克水约含有个分子），且分子运动极其复在实际应用中，我们通常通过物体的温度变化来间接反映内能的变化110^22杂，要精确计算物体的内能几乎是不可能的例如一杯水中约含有个分子，若要计算每个分子的能量10^25其中并求和，即使最先进的计算机也难以完成内能变化•ΔU比热容•c物体质量•m温度变化•ΔT热传导实验设计0102实验目的所需器材比较不同材料的导热性能，探究热传导的规律不同材质的金属棒（铜、铁、铝等）、蜡烛、温度计、计时器、支架等0304实验步骤注意事项将相同长度和直径的不同金属棒固定在支架上确保各金属棒初始温度相同

1.•在金属棒上等距离粘贴小蜡球加热强度要保持一致

2.•同时加热金属棒的一端蜡球大小和粘贴方式要相同

3.•观察记录不同金属棒上蜡球脱落的时间和顺序实验过程中注意安全，防止烫伤

4.•热传导实验装置照片图中展示了用于比较不同金属导热性能的实验装置通过观察蜡球脱落的先后顺序，可以直观地比较不同材料的导热性能实验原理热量通过传导方式从高温区域传向低温区域，当温度达到蜡的熔点时，蜡球会脱落导热性能好的材料，热量传递速度快，蜡球脱落得早预期结果一般情况下，金属的导热性能顺序为银铜铝铁在实验中，铜棒上的蜡球会比铁棒上的先脱落内能变化的数学表达热力学第一定律应用举例例密闭容器中的气体加热1当气体不能膨胀时，，则W=0Q=ΔU其中所有热量都用来增加内能系统吸收的热量•Q例活塞中的气体加热2系统内能的变化•ΔU当气体既增加内能又对外做功时，系统对外做的功Q=ΔU+W•W部分热量转化为内能，部分用于对外做功这个公式表明系统吸收的热量等于内能的增加和系统对外做功之和例绝热过程3当系统与外界无热交换时，，则Q=0ΔU=-W系统对外做功导致内能减少典型习题解析计算内能变化题目某气体从状态（体积为，压强为）变为状态（体积为A V1p1B，压强为），吸收热量，对外做功，求气体内能V2p2Q=500J W=300J变化ΔU1解析根据热力学第一定律，，则Q=ΔU+WΔU=Q-W=500J-300J=200J结论气体的内能增加了200J判断内能变化方向题目将一个金属块从冰水混合物中取出放入热水中，判断金属块内能如何变化2解析冰水混合物的温度为，热水温度大于由于热量总是从高0℃0℃温物体传向低温物体，因此热水会向金属块传热结论金属块吸收热量，内能增加内能与能量守恒内能作为能量的一种形式，其变化同样遵循能量守恒定律，即能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式机械能转化为内能化学能转化为内能物体做功过程中，机械能可以转化为内能燃烧反应等化学反应过程中，化学能可以转例如摩擦生热、水从高处落下变热等化为内能例如燃烧时释放热量，食物在体内氧化产生热量等光能转化为内能电能转化为内能物体吸收光能后，光能可以转化为内能例电流通过导体时，电能可以转化为内能例如太阳光照射使物体温度升高，激光加热如电炉、电热水器、电暖气等电热设备的等工作原理内能的微观解释分子动能与势能的变化分子间作用力的影响从微观角度看，物体内能的变化表现为分子动能和势能的变化分子间存在相互作用力，这些力对内能有重要影响温度升高时，分子运动速度增大，动能增加吸引力使分子聚集，形成凝聚态物质••物质状态改变时（如固体熔化），分子间距离改变，势能变化排斥力防止分子过于靠近，维持物质体积••分子排列方式改变时，分子间作用力变化，势能变化不同物质的分子间作用力不同，导致内能特性不同••热膨胀与内能物体受热膨胀的原因当物体吸收热量时，其内能增加，分子运动变得更加剧烈分子间平均距离增大，宏观上表现为物体体积增大，即热膨胀现象膨胀过程中的内能变化在热膨胀过程中，物体的内能发生复杂变化分子动能增加（温度升高）•分子间平均距离增大，势能变化•物体对外做功（克服外界压力膨胀）•不同物质的膨胀系数不同，这与其分子结构和分子间作用力有关例如，金属的膨胀系数通常大于陶瓷，气体的膨胀系数远大于固体内能与状态变化固体固体中分子主要做振动运动，分子间作用力较强，排列有序，内能相对较低液体液体中分子既做振动又做移动，分子间作用力减弱，排列无序但仍紧密，内能比固体高气体气体中分子主要做无规则平移运动，分子间作用力很弱，排列极为稀疏，内能比液体高相变过程中的内能吸收与释放物质在发生状态变化（相变）时，需要吸收或释放大量热量，但温度保持不变吸热相变放热相变固体液体（熔化）气体液体（液化）•→•→液体气体（汽化）液体固体（凝固）•→•→实验案例分享冰水混合物的内能变化实验现象将冰块放入热水中，可以观察到以下现象冰块逐渐融化

1.在融化过程中，混合物的温度保持在不变

2.0℃当冰完全融化后，温度开始上升

3.内能变化解释在冰融化过程中，冰从热水中吸收热量，但这些热量并没有用来提高温度，而是用于改变冰的状态，克服分子间的作用力，增加分子间的势能这部分能量称为相变潜热当所有冰融化后，继续吸收的热量才用于提高水的温度，增加分子的动能内能在工程中的应用热机工作原理热机是将内能转化为机械能的装置，如蒸汽机、内燃机等工作过程中，高温气体膨胀对外做功，同时内能减少根据热力学第二定律，热能不可能完全转化为机械能，总有部分热量被排放到环境中节能减排与内能管理在工业生产中，通过优化热能利用、减少热量损失可以提高能源利用效率例如，利用工业余热发电、热电联产等技术，可以大幅提高能源利用率，减少碳排放热泵技术储能技术热泵是逆热机过程，消耗少量机械能（电通过相变材料（）储存和释放内能，可以PCM能），将低温环境中的热量泵到高温环境实现能量的高效存储和利用，如建筑蓄热、太中空调、冰箱等都应用了热泵原理阳能热储存等课堂互动内能知识问答思考题思考题12为什么冬天水管容易冻裂，而水瓶中的水冻成冰后不一定会使瓶子为什么高压锅能使食物煮得更快？这与内能有什么关系？破裂？提示考虑压力对水沸点的影响以及相变过程中的内能变化提示考虑水冻结时体积的变化和不同容器的约束条件思考题思考题34冬天感觉金属比木头冷，即使两者处于同一房间从内能和热传导将一杯热水和一杯冷水混合，混合后的温度会是两者的平均值吗？角度如何解释这一现象？为什么？提示考虑不同材料的导热性能和热容量提示考虑热量守恒原理和两杯水的质量关系复习要点总结内能定义与来源内能变化的方式热传导与热平衡内能是物体内部所有分子动能和势能的做功改变内能对物体做功，内能增热量总是从高温物体传向低温物体•••总和加；物体对外做功，内能减少热传导的微观机制是分子间的碰撞能量•内能与温度相关但不完全相同传热改变内能物体吸热，内能增加；传递••物体放热，内能减少内能还与物质种类、状态和质量有关不同物质导热性能不同，金属导热性能••热力学第一定律好•Q=ΔU+W热平衡状态是指系统各部分温度相同，•不再有宏观热量传递重点难点解析分子热运动的理解内能与温度的区别热传导实验操作要点重点分子热运动是永不停息的无规则重点温度是物体冷热程度的量度，内重点通过实验比较不同材料的导热性运动，是内能的重要组成部分能是物体所具有的能量总量能难点理解分子热运动的微观图像，认难点理解相同温度下不同物质可能具难点控制实验变量，保证实验的公平识到即使在静止物体中分子也在不停运有不同的内能性和准确性动攻略通过比较不同质量、不同种类物攻略确保不同金属棒的粗细、长度相攻略通过扩散现象、布朗运动等宏观质在相同温度下的内能差异来理解同，初始温度相同，加热条件一致现象理解微观分子运动拓展阅读与思考内能与现代物理的联系新能源技术中的内能利用内能概念在现代物理学中得到了更深入的发展内能概念在新能源领域有广泛应用量子力学视角下的分子运动分子运动不再遵循经典力学，而是符合量子力学规律太阳能热利用将太阳辐射能转化为内能并储存••玻尔兹曼统计通过统计物理学方法计算大量分子的平均行为地热能开发利用地球内部的热能发电或供热••原子核能核反应释放的能量远超化学反应，是一种更高级形式的内能相变储能利用物质相变过程吸收或释放大量热量••热电转换材料直接将热能（内能）转换为电能•课后作业与实验建议1简易内能变化实验设计尝试设计并完成以下实验之一测量不同物质的比热容通过加热相同质量的不同物质，测量温度变化，比较内能

1.变化大小观察做功与内能的关系设计一个通过摩擦生热的实验，测量做功量与温升的关系

2.研究热传导速率比较不同材料传热速度，或研究同种材料在不同条件下的传热速

3.率2课本习题精选完成以下课后习题判断题分析不同情境中内能变化的方向•计算题根据热力学第一定律计算内能变化•综合题分析实际生活中的内能变化现象•探究题设计一个实验验证内能变化的两种方式•提交要求请在下次课前将作业或实验报告整理成文档，包含实验设计、数据记录、结果分析和结论可以添加照片或视频记录实验过程谢谢聆听内能的奥秘等待你去探索欢迎提问动手实验深入探索如有疑问，请随时举手提问或课后交流，共同鼓励大家通过亲手实验，加深对内能概念的理内能概念是物理学中的重要基础，将为后续学探讨内能的奥秘解和应用习热力学、能量转换等内容打下基础。