人教版九年級全冊第2節(jié) 內(nèi)能優(yōu)質(zhì)學(xué)案設(shè)計

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1. 會用類比的方法建立內(nèi)能的概念，能簡單描述溫度和內(nèi)能的關(guān)系。
2. 知道熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能。
3. 知道熱量的概念和單位。
4. 知道做功可以使物體內(nèi)能增加或減少的一些實(shí)例。
【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】
1. 內(nèi)能、熱量概念的建立。2. 改變物體內(nèi)能的兩種途徑。
【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】
用類比的方法建立內(nèi)能的概念。
【自主預(yù)習(xí)】
閱讀教材，完成以下問題：
1. 內(nèi)能的概念：分子由于不停地做熱運(yùn)動而具有的動能叫做分子動能；分子之間由于存在類似彈簧形變時的相互作用力而具有的勢能叫做分子勢能。構(gòu)成物體的所有分子，其熱運(yùn)動的動能與分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。內(nèi)能的單位是焦耳（J），各種形式能量的單位都是焦耳。
2. 內(nèi)能的影響因素：物體的內(nèi)能與物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動和分子之間的相互作用情況有關(guān)。一切物體都具有內(nèi)能，當(dāng)物體的溫度升高時，內(nèi)能增加；溫度降低時，內(nèi)能減少。此外，物體的內(nèi)能還與物體的質(zhì)量、狀態(tài)等因素都有關(guān)。
3. 熱傳遞改變物體的內(nèi)能：在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫做熱量，熱量的單位是焦耳。發(fā)生熱傳遞時，高溫物體放出熱量，內(nèi)能減少；低溫物體吸收熱量，內(nèi)能增加。
4. 做功改變物體的內(nèi)能：對物體做功，物體的內(nèi)能會增加；物體對外做功，物體的內(nèi)能會減少.
【合作探究】
探究一、內(nèi)能
1. 分子具有動能與勢能
（1）分子動能
【想一想】運(yùn)動的物體（如籃球、車輛等）具有動能；物體內(nèi)的分子在做熱運(yùn)動，是否也具有能量？
【結(jié)論】運(yùn)動的分子也具有動能，叫作分子動能。
（2）分子勢能
【想一想】一根被壓縮的彈簧各部分互相排斥，被拉伸的彈簧各部分互相吸引，具有彈性勢能。分子間既相互吸引又相互排斥，是否也具有能量？
【結(jié)論】分子間也具有勢能，叫作分子勢能。
2. 內(nèi)能
（1）構(gòu)成物體的所有分子，其熱運(yùn)動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。
（2）內(nèi)能的單位是焦（J）。
（3）飛在空中的足球，具有重力勢能；足球在空中飛行，還具有動能?？罩羞\(yùn)動的足球除了整體具有機(jī)械能外，同時還具有內(nèi)能。機(jī)械能與整個物體的機(jī)械運(yùn)動情況有關(guān)，而內(nèi)能與物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動和分子之間的相互作用情況有關(guān)，內(nèi)能是不同于機(jī)械能的另一種形式的能。
（4）一切物體，不論溫度高低，都具有內(nèi)能。
炙熱的鐵水具有內(nèi)能；冰冷的冰塊，溫度雖然低，其中的水分子仍然在做熱運(yùn)動，所以也具有內(nèi)能。
3. 影響內(nèi)能大小的因素
【想想議議】物體內(nèi)能的大小與哪些因素有關(guān)？
（1）內(nèi)能大小與溫度的關(guān)系
對一杯水加熱時，水的溫度越高，水內(nèi)部分子運(yùn)動越劇烈，內(nèi)能越大。反之，溫度越低， 內(nèi)能越小.
（2）內(nèi)能大小與質(zhì)量的關(guān)系
【想一想】溫度相同、質(zhì)量不同的水，內(nèi)能相同嗎？為什么？
【分析】溫度相同、質(zhì)量不同的水，質(zhì)量越大，水分子數(shù)目越多（多/少），所以分子動能和勢能的總和也會越大，即水的內(nèi)能也越大。所以在溫度相同、狀態(tài)相同時，物質(zhì)的質(zhì)量越大，內(nèi)能越大。
（3）內(nèi)能大小與狀態(tài)（體積）的關(guān)系
【想一想】一塊0℃的冰熔化成0℃的水時內(nèi)能是否改變?
【分析】因為0℃的冰熔化成0℃的水時，要吸收熱量，體積變小，分子間的距離變小，作用力變大，所以水的內(nèi)能變大。可見物體的內(nèi)能跟物體的狀態(tài)（體積）有關(guān).
【結(jié)論】物體的內(nèi)能跟物體的溫度、質(zhì)量、狀態(tài)等因素有關(guān).
4. 內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別
【例題1】（多選）四只相同的燒杯中裝有水，水量及溫度如圖所示。關(guān)于四只燒杯中水的內(nèi)能的大小，下列判斷正確的是（ ）
A．a(chǎn)燒杯中水的內(nèi)能大于b燒杯中水的內(nèi)能
B．c燒杯中水的內(nèi)能大于d燒杯中水的內(nèi)能
C．c燒杯中水的內(nèi)能大于a燒杯中水的內(nèi)能
D．d燒杯中水的內(nèi)能大于c燒杯中水的內(nèi)能
【答案】CD。
【解析】選項A. a與b質(zhì)量相同，b的溫度高，所以b的內(nèi)能大，A錯誤；
選項BD. c與d質(zhì)量相同，d的溫度高，所以d的內(nèi)能大，故B錯誤，D正確；
選項C. c與a的溫度相同，c的質(zhì)量大，所以c的內(nèi)能大，故C正確。
所以選CD。
探究二、物體內(nèi)能的改變
【想一想】寒冷的冬天，為什么人們喜歡抱熱水袋？人從熱水袋中得到了什么？
【分析】這是因為發(fā)生了熱傳遞，熱水把內(nèi)能傳遞給人，人們獲得了內(nèi)能，而熱水減少了內(nèi)能。
1. 熱量
（1）在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫熱量，單位是焦。
（2）發(fā)生熱傳遞的一些實(shí)例：
用火燒水做飯；冬天對手呵氣感到暖和；棉被太陽曬得暖呼等.
2. 熱傳遞改變物體的內(nèi)能
（1）發(fā)生熱傳遞時，低溫物體吸收熱量，內(nèi)能增加；高溫物體放出熱量，內(nèi)能減少。物體吸收或放出的熱量越多，它的內(nèi)能改變越大。
（2）熱傳遞的過程：實(shí)質(zhì)是內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程。內(nèi)能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移。
可見熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能。
3. 做功改變物體的內(nèi)能
【思考】除了熱傳遞外，還有什么途徑可以改變物體的內(nèi)能？
（1）實(shí)例分析：人從滑梯下滑時的情景。
【分析】人從滑梯下滑時屁股有點(diǎn)發(fā)燙，說明摩擦可以產(chǎn)生熱，這部分內(nèi)能是哪里來的呢？很明顯這部分內(nèi)能并不是熱傳遞得到的。原來，人下滑時要克服摩擦力做功，把一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為了內(nèi)能。
可見，做功也可以改變物體的內(nèi)能。
（2）演示實(shí)驗
①如圖所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒里放一小團(tuán)硝化棉，把活塞迅速壓下去，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。
【分析】棉花會燃燒起來，是因為活塞壓縮氣體做功，使空氣的內(nèi)能增大，溫度升高，達(dá)到硝化棉的燃點(diǎn)。可見對物體做功，可以增大物體的內(nèi)能。
②如圖所示，燒瓶（或可樂瓶）內(nèi)盛少量水。給瓶內(nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時，觀察瓶內(nèi)的變化。在上述實(shí)驗中，通過什么途徑改變了玻璃筒和燒瓶內(nèi)空氣的內(nèi)能？
【分析】圖中瓶內(nèi)水上方存在著無色透明、無法看到的水蒸氣；當(dāng)塞子跳起來時，可以看到瓶內(nèi)出現(xiàn)白霧，說明水蒸氣液化成了可以看到的小水滴。在這個過程中，氣體膨脹對外做功，溫度降低，內(nèi)能減小?？梢?，物體對外做功，內(nèi)能減小.
結(jié)論：外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少。
（3）生活及自然界中利用做功改變內(nèi)能的現(xiàn)象
①冬天人們搓手感到暖和；②從滑梯下滑時屁股有點(diǎn)發(fā)燙；③汽車急剎車時，輪胎克服地面間的摩擦做功，內(nèi)能增加，溫度升高，輪胎表面被燒焦；④流星穿越大氣層時，克服空氣阻力做功，內(nèi)能增加，溫度太高，達(dá)到流星燃點(diǎn)，流星燃燒。
【例題2】如圖的實(shí)驗或事例都揭示了一定的物理知識，關(guān)于它們的說法正確的是（ ）
A．甲圖中，使小孩臀部發(fā)熱是通過熱傳遞的方式來實(shí)現(xiàn)的
B．乙圖中，人搓手發(fā)熱說明物體對外做功，內(nèi)能增大
C．丙圖鉆木取火過程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
D．丁圖中水蒸氣將塞子沖出的過程中，水蒸氣通過做功的方式使自己內(nèi)能增大
【答案】C.
【解析】A．坐滑梯時，臀部與滑梯相互摩擦做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是通過做功的方式改變物體的內(nèi)能；故A錯誤；
B．人搓手時相互摩擦，克服摩擦對手做功，手的內(nèi)能變大，故B錯誤；
C．鉆木取火過程是克服摩擦做功的過程，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C正確；
D．試管內(nèi)的水蒸氣推動了塞子沖出時，水蒸氣對塞子做功，水蒸氣的內(nèi)能減少，溫度降低，D錯誤。
故選C.
【例題3】如圖所示，在燒瓶內(nèi)盛少量水。給瓶內(nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳起來時，可以看到瓶內(nèi)出現(xiàn)了____，說明水蒸氣_______（填物態(tài)變化名稱）成了可以看到的小水滴。在這個過程中，氣體膨脹對外 _____ ，溫度 ______ 內(nèi)能______。
【答案】白霧，液化，做功，降低，減少.
【解析】給瓶內(nèi)打氣，瓶內(nèi)氣體內(nèi)能增大，溫度升高，氣體膨脹，使瓶塞跳起來，同時高溫的水蒸氣遇冷液化為小水滴，就是我們看到瓶內(nèi)出現(xiàn)了白霧，說明水蒸氣發(fā)生了液化。在上述過程中，氣體膨脹對瓶塞，使得瓶內(nèi)氣體溫度降低，內(nèi)能減少。
探究三、溫度、熱量與內(nèi)能
1. 溫度、熱量與內(nèi)能
（1）溫度
溫度表示物體的冷熱程度。 是一個狀態(tài)量，一個物體在某一時刻對應(yīng)一定的溫度。描述溫度時，一般說“物體的溫度高或低、是多少、降低或升高了多少“等。例如：夏天天氣熱，這個“熱”表示溫度.
（2）內(nèi)能
內(nèi)能表示物體內(nèi)部所有分子做無規(guī)則運(yùn)動的動能和分子勢能的總和。是一個狀態(tài)量，所有物體都有內(nèi)能。描述物體的內(nèi)能一般說“物體具有內(nèi)能、改變了內(nèi)能、傳遞了內(nèi)能等”。例如：“摩擦生熱”，表示克服摩擦力做功，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以這個“熱”表示內(nèi)能.
（3）熱量
熱量表示熱傳遞過程中傳遞內(nèi)能的多少。熱量是一個過程量，只有發(fā)生熱傳遞時，才能用熱量來量度內(nèi)能的變化量（物體吸收或放出的能量的多少）。 不發(fā)生熱傳遞，講熱量就沒有意義。描述熱量時，只能說物體“吸收、放出”熱量，不能講“物體具有熱量”。
2. 溫度與熱量
（1）物體吸收熱量，溫度不一定變化（選填“一定”或“不一定”）。晶體熔化時，吸收熱量，溫度不變。晶體凝固時，放出熱量，溫度不變。
（2）物體溫度變化時，不一定要吸收或放出熱量。物體溫度降低，可能是物體對外界做功。物體溫度升高，可能是外界對物體做功。
3. 溫度與內(nèi)能
（1）物體溫度變化時，內(nèi)能一定變化（選填“一定”或“不一定”）。物體溫度降低，內(nèi)能減少；物體溫度升高，內(nèi)能增加。
（2）物體內(nèi)能變化時，溫度不一定變化。晶體熔化時，吸收熱量，內(nèi)能增加，溫度不變。晶體凝固時，放出熱量，內(nèi)能減少，溫度不變。
4. 熱量與內(nèi)能
（1）物體吸熱或放熱，一定會引起內(nèi)能的變化（選填“一定”或“不一定”）。物體吸收熱量，內(nèi)能增加。物體放出熱量，內(nèi)能減少。
（2）物體內(nèi)能改變，不一定是由于物體吸收或放出熱量。物體內(nèi)能增加，可能是外界對物體做功。物體內(nèi)能減少，可能是物體對外界做功。
【例題4】關(guān)于溫度、熱量、內(nèi)能，下列說法正確的是（ ）
A．溫度高的物體比溫度低的物體內(nèi)能大
B．一杯水的內(nèi)能比一桶水的內(nèi)能小
C．物體吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加
D．水放出熱量凝固成冰過程中，溫度不變，內(nèi)能減小
【答案】D.
【解析】A．影響內(nèi)能大小的因素除了溫度以外，還有物體的質(zhì)量、體積和狀態(tài)。只憑溫度高低，無法比較內(nèi)能的大小，A錯誤；
B．一杯水和一桶水，質(zhì)量不等，溫度未知，無法比較內(nèi)能大小，B錯誤；
C．晶體熔化時吸收熱量，內(nèi)能增加，溫度不變，C錯誤；
D．水凝固成冰的過程中，放出熱量，內(nèi)能減小，溫度不變，D正確。
所以選D.
【精講點(diǎn)撥】
1. 內(nèi)能是指物體內(nèi)部大量分子所具有的內(nèi)能，而不是單個分子的內(nèi)能，一切物體無論溫度高低都具有內(nèi)能。
2. 內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別：機(jī)械能是描述宏觀物體具有的能量，與物體質(zhì)量、高度、速度等有關(guān)；而內(nèi)能是描述微觀物體（分子）具有的能量，與物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動和分子間的相互作用情況有關(guān)。
3. 做功和熱傳遞對內(nèi)能改變的效果是等效的。一個物體的溫度升高，內(nèi)能變大，可能是熱傳遞，也可能是外界對物體做了功。
【歸納整理】
內(nèi)能
改變內(nèi)能的
兩種方法
①熱傳遞——實(shí)質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移.用熱量來量度內(nèi)能的變化量.
②做功——內(nèi)能與其它能的轉(zhuǎn)化.用功來量度內(nèi)能的變化量.
熱傳遞和做功改變物體的內(nèi)能是等效的.
①物體內(nèi)部所有分子熱運(yùn)動的動能與分子勢能的總和，叫物體的內(nèi)能；單位是焦.
②一個物體溫度升高時，它的內(nèi)能就增加；一個物體溫度降低時，它的內(nèi)能就減少.
③影響內(nèi)能大小的因素：物體溫度、質(zhì)量、狀態(tài).
內(nèi)能

【課堂練習(xí)】
1．仔細(xì)觀察圖中甲、乙兩杯水。下列說法正確的是（ ）
A．甲杯中水的內(nèi)能多 B．乙杯中水的內(nèi)能多
C．甲杯和乙杯中水的內(nèi)能一樣多 D．無法判斷

【答案】B.
【解析】由圖可知，甲和乙杯中水的質(zhì)量相同，但乙杯中水的溫度高于甲杯，因為在質(zhì)量相同的情況下，物體的溫度越高，物體的內(nèi)能越大，所以乙杯中水的內(nèi)能大，故B正確，ACD錯誤。故選B．
2. 在下圖中，屬于熱傳遞改變內(nèi)能的是（ ）
A B C D
A． 兩手相互摩擦能發(fā)熱 B． 用火給水壺里的水加熱
C． 鋸木頭鋸子發(fā)燙 D． 壓縮空氣引火
【答案】B。
【解析】ACD. 兩手相互摩擦能發(fā)熱，木頭鋸子發(fā)燙，壓縮空氣引火，這些是做功改變物體的內(nèi)能，故ACD不符合題意；
B. 用火給水加熱，是熱傳遞改變物體的內(nèi)能，故B符合題意。所以選B.
3. 關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能，下列說法正確的是（ ）
A．物體溫度升高，一定是吸收了熱量 B．物體吸收熱量，溫度一定升高
C．0℃的冰塊，內(nèi)能一定不為零 D．溫度高的物體含有的熱量多
【答案】C。
【解析】A．物體溫度升高，內(nèi)能增加，可能是吸收了熱量，也可能是外界對物體做了功，故A錯誤.
B．物體吸收熱量，溫度不一定升高；例如，晶體熔化過程和液體沸騰過程，物質(zhì)不斷吸收熱量，但是溫度不變，故B錯誤.
C．一切物體都具有內(nèi)能，0℃的冰塊，內(nèi)能一定不為零，故C正確.
D．由于熱量是一個過程量，不能說物體含有多少熱量，故D錯誤.
所以選C。
4. 如圖1所示，在氣缸A中密封有壓縮空氣，B是一個被銷釘K鎖住的活塞，C是一支溫度計。若活塞與氣缸壁間沒有摩擦，當(dāng)把銷釘拔出后，活塞向_____（填“左”或“右”）運(yùn)動，氣缸A內(nèi)氣體對外做功，溫度計的示數(shù)________。
【答案】右，減小.
【解析】由題意可知，若活塞與氣缸壁間沒有摩擦，當(dāng)把銷釘拔出后，活塞向右運(yùn)動，氣缸A內(nèi)氣體對外做功，內(nèi)能減小，溫度減小，溫度計的示數(shù)減小。
圖1 圖2
5. 如圖2所示，試管內(nèi)裝有水，用塞子塞緊試管口，用酒精燈加熱試管底部，一段時間后，塞子從試管口被管內(nèi)氣體推出，試管口附近伴隨有白霧出現(xiàn)，這是因為試管內(nèi)的氣體對塞子______時，將管內(nèi)氣體的______能轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能，導(dǎo)致氣體溫度降低所致。
【答案】做功，內(nèi)。
【解析】當(dāng)塞子從試管口被管內(nèi)氣體推出時，試管口附近伴隨有白霧出現(xiàn)，因為試管內(nèi)的氣體對塞子做功，管內(nèi)氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能，導(dǎo)致氣體內(nèi)能減少，溫度降低，發(fā)生液化形成小水珠，試管口出現(xiàn)“白霧”。
6. 如圖所示，是研究做功與內(nèi)能改變的一個實(shí)驗裝置，玻璃瓶內(nèi)裝入少量的水，用塞子把瓶口塞緊，并用打氣筒往瓶內(nèi)打氣，瓶內(nèi)壓強(qiáng)增大到一定程度時，塞子會從瓶口跳起來。
（1）在這一實(shí)驗中，你應(yīng)該注意觀察的是_____；
A．打氣的過程 B．打氣的過程中瓶中的情況
C．塞子跳起的高度 D．塞子跳起的瞬間，瓶內(nèi)發(fā)生的變化
（2）玻璃瓶內(nèi)裝入少量水的目的是_____；
（3）你所觀察到的現(xiàn)象是瓶內(nèi)出現(xiàn)白霧，這一現(xiàn)象所能說明的問題是_____。
【答案】（1）D；（2）見解析；（3）物體對外做功，溫度降低，內(nèi)能減少.
【解析】（1）本實(shí)驗需要觀察瓶塞跳起的瞬間瓶內(nèi)出現(xiàn)的現(xiàn)象，故D符合題意，ABC不符合題意。所以選D。
（2）玻璃瓶內(nèi)裝入少量的水，用打氣筒往瓶內(nèi)打氣，瓶內(nèi)氣體溫度升高，瓶內(nèi)水汽化，產(chǎn)生大量的水蒸氣，當(dāng)氣體對瓶塞做功，瓶塞跳起時，觀察水蒸氣的液化現(xiàn)象。
（3）當(dāng)瓶內(nèi)氣體沖開瓶塞時，因為瓶內(nèi)氣體對塞子做功，內(nèi)能減少，溫度降低，瓶內(nèi)的水蒸氣液化形成霧，此現(xiàn)象說明物體對外做功，溫度降低，內(nèi)能減少。
【課后反思】本節(jié)課學(xué)習(xí)中，你有哪些收獲，還有哪些問內(nèi)能
機(jī)械能
概念
物體內(nèi)部所有分子動能
與分子勢能的總和
物體所具有的動能
和勢能的總和
影響因素
物體的溫度、體積、
質(zhì)量、狀態(tài)等
物體的質(zhì)量、速度、
高度（或形變程度）
研究對象
微觀世界的大量分子
宏觀世界的所有物體
存在條件
永遠(yuǎn)存在
運(yùn)動或在高處或
發(fā)生彈性形變