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第七章 内能 能量守恒定律A 物体的内能教学目标：1、知道分子热运动的动能跟温度有关，知道温度是分子热运动平均动能的标志。2、知道什么是分子的势能；知道改变分子间的距离必须克服分子里做功，因而分子势能发生变化；知道分子势能跟物体体积有关。3、了解内能改变地两种方式：做功、热传递。4、知道内能的变化可以分别由功和热量来量度。5、知道做功和热传递对改变物体内能是等效的。教学重点：物体的内能和决定物体内能的因素 理解并掌握改变物体内能的两种方式教学难点：分子间做功跟分子势能变化的关系对做功和热传递等效性的理解教学过程：复习引入： 分子运动论：物体是由大量分子组成的，分子间存在相互作用力分子都在做无规则运动热运动：物体内大量分子无规则运动与温度有关，温度越高，分子的无规则运动越激烈，所以我们又把这种运动叫做热运动 新课：一、分子的动能 温度1、分子动能：组成物体的分子由于热运动而具有的能叫做分子动能（1）大量分子的运动速率不尽相同，以中等速率者占多数。在研究热现象时，有意义的不时以各个分子的动能，而是大量分子动能的平均值。（2）平均动能：物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。2、温度（1）宏观含义：温度是表示物体的冷热程度。（2）微观含义：（从分子动理论的观点）温度是物体分子热运动的平均动能的标志，温度越高，物体分子热运动的平均动能越大。【注意】（1）同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同。但由于不同物质的分子质量不一定相同，所以分子热运动的平均速率也不一定相同。（2）温度反映的是大量分子平均动能的大小，不能反映个别分子的动能大小，同一温度下，各个分子的动能不尽相同。二、分子势能1、分子势能：由于分子间存在相互作用力，并由它们的相对位置决定的能叫做分子势能。2、分子力做功跟分子势能变化的关系分子力做正功时，分子势能减少，分子力做负功时，分子势能增加。3、决定分子势能的因素（1）从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。（2）从微观上看：分子势能跟分子间距离r有关。 a.一般选取两分子间距离很大（r>10r0）时，分子势能为零b.在r>r0的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至r0过程中，分子力做正功，分子势能减小。c.在r<r0的条件下，分子力为斥力，当两分子逐渐增大至r0过程中，分子力也做正功，分子势能也减小。结论：当两分子间距离r=r0时，分子势能最小（且为负值）三、物体的内能1、物体的内能：物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。也叫做物体的热力学能。2、任何物体都具有内能。因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着地分子所组成。3、决定物体内能地因素（1）从宏观上看：物体内能地大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。（2）从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数，分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。四、物体的内能跟机械能的区别1、能量的形式不同。物体的内能和物体的机械能分别跟两种不同的运动形式相对应，内能是由于组成物体的大量分子的热运动及分子间的相对位置而使物体具有的能。而机械能是由于整个物体的机械运动及其与它物体间相对位置而使物体具有的能。2、决定能量的因素不同。内能只与物体的温度和体积有关。而与整个物体的运动速度跟物体的相对位置无关。机械能只与物体运动速度和跟其他物体的相对位置有关，与物体的温度体积无关。小结：物体的内能是组成物体的所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，温度是物体分子热运动平均动能的标志。任何物体都具有内能，对给定的物体其内能跟温度和体积有关，温度和体积的变化导致物体的内能的变化。 五、做功可以改变物体的内能【演示】在一个厚壁玻璃筒里放一块棉花，尽快压下活塞，可看到棉花燃烧起来。1、外界对物体做功，物体的内能增加2、物体对外界做功，物体的内能减少六、热传递可改变物体的内能【演示】点燃酒精灯，将铁丝的一端放在酒精灯的火焰上灼烧，让一名同学手握铁丝的另一端，一会就觉得发烫。说明：热量从铁丝的一端传递到另一端，这一端的温度升高了，内能增加了。1、热传递：没有做功而使内能改变的物理过程叫做热传递。做功使物体的内能发生改变的时候，内能的改变就用功来量度。外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的就减少多少。热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变是用热量来量度的。物体吸收了多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出多少热量，物体的内能就减少多少。2、做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。3、做功和热传递在本质上是不同的。做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）热传递使物体的内能改变，使物体间内能的转移（同种形式能量的转移）小结：做功和热传递是改变物体内能的两个物理过程，它们在改变物体内能上等效。但本质不同。物体内能的变化由功和热量来量度。B 能的转化和能量守恒定律教学目标：1、能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其表达，会用UWQ分析和计算问题。2、掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义，会用能量转化和守恒的观点分析物理现象。3、能综合运用学过得知识，用能量守恒定律进行有关计算、分析、解决有关问题。4、了解第一类永动机不可能造成的原因教学重点：能量的转化和能量守恒定律教学难点：对热力学第一定律的正确理解和应用教学过程：一、热力学第一定律1、物体与外界没有热交换时（绝热过程）外界对物体作多少功，它的内能就增加多少，反之物体对外界做功多少，它的内能就减少多少。UW。其中U表示内能的增量，内能增加U取正，内能减少U取负；W表示功，外界对物体做功W取正，物体对外界做功W取负。做功的过程，物体的体积必发生变化。2、物体与外界没有做功时，物体从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少；物体向外界放出多少热量，它的内能就减少多少，UQ。其中Q表示热量，物体从外界吸热Q取正，物体向外界放热Q取负。3、热力学第一定律：物体内能的增加等于外界对物体所作的功与从外界吸收的 热量之和。（1）热力学第一定律反映了功、热量跟内能改变之间的定量关系。（2）数学表达：UWQ【注意】式中U、Q、W的正负及含义。 二、能量守恒定律1、大量事实证明：能以多种形式存在于自然界，每一种形式的能对应于一种运动形式。各种形式的能可以相互转化，并且在转化过程中守恒。2、能量守恒定律：能量既不能创生，也不能消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另外的物体，在转化或转移过程中，其总量不变。3、能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的规律之一。三、永动机不可能造成1、第一类永动机：人们把设想中的不消耗能量的机器叫第一类永动机。2、第一类永动机的设想由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成C 能的转化的方向性 能源开发教学目标：一、知识目标4、了解什么是能量耗散5、了解什么是能源，了解什么是常规能源，了解常规能源的储量与人类的需求矛盾6、了解常规能源的使用与环境污染的关系, 认识能源消耗对环境的影响7、了解那些能源是清洁能源，那些能源是可在生能源二、能力目标 1通过社会调查，了解当地能源使用对环境的影响 2培养学生认识科学、掌握科学、应用科学的本领 三、方法和过程 4有将科学服务于人类的意识，有理想，有抱负，热爱祖国，有振兴中华的使命感和责任感教学重点：热力学第二定律的物理实质各两种常见的表述教学难点：两类永动机的区别，第二类永动机不可能制成的原因教学过程：一、热传导的方向性1、实例：热量会自发的从高温物体传给低温物体。【注意】“自发的”是指没有任何外界的影响或帮助。电冰箱工作时能将冰箱内（温度较低）的热量传给外界空气（温度较高），是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。2、热传导的过程具有方向性热传导的过程可以向一个方向自反的进行（热量从高温物体自发的传给低温物体）；但向相反的方向不会自反的产生（热量不会自发的从低温物体传给高温物体），只有在外界的帮助才能进行。3、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。二、第二类永动机（了解）1、第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。2、第二类永动机不可能制成表示机械能和内能的转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化。3、第一类永动机和第二类永动机它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观过程具有方向性的自然规律。4、热机的效率（1）热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率（2）热机的效率不可能达到100三、热力学第二定律1、热力学第二定律常见的两种表述：（1）按热传递的方向性来表述：不可能使若狂从低温物体传到高温物体，而不因其他变化。（2）按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。2、两种表述使等价的可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律3、热力学第二定律的意义提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。四、能量耗散 （了解）1、能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散。2、能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。五、绝对零度不可达到 （了解）1、温度的宏观含义：温度是表示物体冷热程度的物理量。2、温度的微观含义：温度是物体内部分子无规则运动的剧烈程度标志。温度越高，物体内部分子的热运动越剧烈。具体的说，温度的微观含义是分子热运动的平均动能的标志。3、温标：温度的数值表示法（1）摄氏温标（2）热力学温标：用热力学温标表示的温度叫热力学温度，用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号K热力学温度是国际单位制中七个物理量之一，因此它是基本单位。热力学温度和摄氏温度的数量关系Tt273.15K小结：热力学第二定律有常见的两种表述，提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，第二类永动机不可能制成。六、常规能源1、能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称能源2、常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源3、常规能源的储量有限4、常规能源的大量消耗带来了环境问题（1）温室效应（2）酸雨（3）光化学烟雾 浮尘七、绿色能源的开发和利用常规能源的短缺和利用常规能源带来的环境问题，使得新能源的开发成为当务之急绿色能源：在释放能量和能量转化过程中对环境不造成污染的能源叫绿色能源。人类可开发和利用的绿色能源主要有下列几种：风能、水流能（可再生）太阳能、热核能（清洁能源）氢能源、反物质能大自然赐给人类的绿色能源储量丰富，只要我们科学开发、合理利用，必将对人类作出前所未有的贡献。