高中物理：7.5《内能》教案(新人教版选修3-3)

教案示例
——物体的内能
一、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力做功，因而分子势能发生变化；知道分子势能跟物体体积有关．
二、重点难点
重点：物体的内能和决定物体内能的因素．
难点：分子间做功跟分子势能变化的关系．
三、教与学
教学过程：
在自然界中能量的存在形式是多种多样的，每种的运动形式对应着相应的能．在机械运动中，由于物体的运动而使物体具有动能，由于物体与地球之间存在相对作用，并由它们的相对位置决定了重力势能，那么我们会自然地想到由于组成物体的大量分子都在永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作用力，（分子力只与相对位置有关）也应存在与此相对应的能量．
（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，有意义的不是一个分子的动能，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（即从分子动理论的观点来看）：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（类同于重力做功与重力势能变化的关系）
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．
①一般选取两分子间距离很大（）时，分子势能为零．
②在的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至过程中，分子力做正功，分子势能减小．
在的条件下，分子力为斥力，当两分子间距离增大至过程中，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的分子所组成．
3．决定物体内能的因素
（1）从宏观上看：物体内能的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（给定）物体的温度和体积有关，而与整个物体的运动速度路物体的相对位置无关．机械能只与物体的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．
3．一个具有机械能的物体，同时也具有内能；一个具有内能的物体不一定具有机械能．
［例1］有两个分子，用r表示它们之间的距离，当时，两分子间的斥力和引力相等，使两分子从相距很远处（）逐渐靠近，直至不能靠近为止（）．在整个过程中两分子间相互作用的势能（）
A．一直增加
B．一直减小
C．先增加后减小
D．先减小后增加
【解析】根据动和能的关系，分子势能的变化是和分子力和功相联系的．分子力对分子做正功，分子势能减小；分子克服分子力做功，分子势能增加．当
时，分子间引力和斥力相等，表现分子力等于零；当时，分子引力大于斥力，表现出的分子力为引力；当时分子引力小于斥力，表现出分子力为斥力，在两分子从处靠近，直至为止的整个过程中，当时分子力做正功，使分子势能减少，当时，则分子克服分子力做功，分子势能增加，不难看出，当时分子势能最小。

正确选项为D．
［例2］若已知分子势能增大，则在这个过程中（）
A．一定克服分子力做功
B．分子力一定减小
C．分子间距离的变化情况无法确定
D．以上说法都不正确
【解析】分子势能增大，说明分子力一定做负功，或者说一定克服分子力做功，所以选项A正确．我们知道，当时，分子势能增大说明r增大，分子力减小；当时，分子势能增大说明r减小，分子力增大，因题目未说明初始状态分子间的距离r是大于、小于或等于，所以对分子力和分子距离的变化情况无法确定，选项C正确，B和D错误．
［例3］有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大，则（）
A．甲气体温度，一定高于乙气体的温度
B．甲气体温度，一定低于乙气体的温度
C．甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度
D．甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快
［解析］正确答案是C．A认为气体分子平均速率大，温度就高，这是对气体温度的微观本质的错误认识，气体温度是气体分子平均动能的标志，而分子的平均动能不仅与分子的平均速率有关，还与分子的质量有关．本题涉及两种不同气体（即分子质量不同），它们的分子质量无法比较．因而无法比较两种气体温度的高低．故A、B错，C正确，速率的平均值大，并不一定每个分子速率都大，故D错．
［例4］用力拉着铁块在水平面上运动，铁块内能和机械能有没有变化？
【解析】当地面光滑时，铁块由受到外力后将做加速运动，速度越来越大，但势能保持不变，所以铁块的机械能增加，增加的机械能等于外力对它所做的功．由于运动过程中，铁块所含的分子数，分子无规则运动的平均动能和分子势能都不变化，因而铁块内能不变．
当地面不光滑时，铁块运动中时刻受摩擦力的作用，若所受外力等于地面摩擦力，铁块将匀速运动，机械能不变．若所受外力大于地面的摩擦力，铁块做加速运动，克服摩擦做功将机械能转变为内能，其中一部分使铁块温度升高，分子的平均动能增大，铁块的机械能和内能都增加．
【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．
教案点评：
本节重点物体的内能和决定物体内能的因素．教案围绕这些重点，对分子的动能、温度、平均动能、分子势能及其关系等知识点进行讲解，同时结合例题分析，由浅入深，思路明确，合理使用此教案可以达到较好的教学效果．。