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第一节：内能及其改变
十四章 内能与热机
物理观念
理解内能的概念；能理解内能与物体的温度、质量、状态等因素的关系；认识到改变物体内能的两种方式—做功和热传递。
科学思维
通过实验观察与分析，培养学生运用内能的知识解释一些日常生活中的热现象，提高学生分析和解决问题的科学思维能力。
科学探究
培养学生进行实验操作的技能，学会观察、记录、分析实验数据，提高科学探究能力。能在探究过程中收集证据，分析总结做功和热传递改变物体内能的规律。
科学态度与责任
激发学生对物理现象的好奇心，养成合作、探究的学习态度，让学生认识到内能在生活和生产中的广泛应用，以及合理利用内能对社会发展的重要意义，增强学生的社会责任感。
核心素养
此时水蒸气所具有的能量是什么呢？
你知道推动瓶塞的能量来自哪里吗？
此时水蒸气所具有的能量是什么呢？
加热盛水的烧瓶时瓶塞被弹出去
情境导入
奔跑中的鸵鸟
情境导入
动能
我们知道运动的物体具有动能，那构成物质的分子具有动能吗？
分子在不停地做无规则运动
情境导入
分子间是否也有势能呢？
分子间既相互吸引又相互排斥，即分子间具有势能，称为分子势能。
势能
弹簧被压缩后和拉伸后具有弹性势能。
树上的果子具有重力势能
物体的内能
分子在不停地做无规则运动（分子热运动）
分子间相对位置
分子间相互作用力
分子动能
分子势能
★ 内能概念：
内能是物体内部分子热运动的能量总和。它与分子的动能和势能相关。
● 分子动能：分子在不停运动，其动能与温度有关。
● 分子势能：分子间存在相互作用力，具有势能。
※ 内能是物体的固有属性，与物体状态有关
物体的内能
内能要点
■ 内能本质：
内能是物体内部分子热运动和相互作用的能量总和。它与分子数量、种类、运动状态等有关。
■ 影响因素：
物体的质量、温度、状态等都会影响内能。质量越大、温度越高，内能通常越大。
温度要点
■ 温度含义：
温度是分子平均动能的宏观表现。它反映了分子热运动的剧烈程度。
■ 与内能关系：
一般情况下，温度升高，内能增加，但内能增加，温度不一定升高，如晶体熔化。
物体的内能
炽热的铁水有内能
北极的冰山也有内能
运动的足球有内能
静止的石头有内能
物体的内能
物体的内能
内能概念要点
内能定义：物体内部分子热运动能量总和
内能与温度关系
温度是分子平均动能宏观表现
内能变化温度不一定变化
影响内能因素：质量、温度、状态等
穿棉袄
搓手
烤火
电烤炉
做功改变内能
冬天双手感觉很冷，如何让双手暖和起来？
改变内能的方式有哪些呢？
做功改变内能
摩擦可以产生热，这部分内能是从哪里来的呢？
摩擦时物体克服摩擦力做了功，这部分内能是物体克服摩擦力做功转化而来的。
钻木取火
从滑梯下滑时屁股感觉很烫
★ 实验装置：压缩空气引火仪是一个配有活塞的厚壁玻璃筒。
● 实验操作：迅速压下活塞。
● 实验现象：可看见筒内棉花燃烧起来。
※ 这一现象让我们直观感受到做功对物体内能的影响
做功改变内能
活塞压缩空气做功
达到脱脂棉的燃点燃烧
空气内能增大，温度升高
机械能
内能
对气体压缩做功
脱脂棉燃烧起来
压缩过程
★ 过程描述：当迅速压下活塞时，外界对空气做功。
● 能量转化：机械能转化为空气的内能。
● 内能变化：空气内能增加，温度升高。
※ 此过程体现了外界做功对物体内能的改变
棉花燃烧
★ 燃烧原因：空气温度升高达到棉花的着火点。
● 现象本质：说明物体内能增加会引发一系列变化。
● 原理总结：外界对物体做功，物体内能增大。
※ 这就是压缩空气引火仪实验的物理原理
做功改变内能
■ 热传递定义：
热传递是热量从高温物体向低温物体，或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。
■ 举例说明：
用火加热铁丝、把铁丝放在热水中烫、放在太阳下晒，这些都是热传递改变物体内能的例子。
※ 热传递的实质是内能的转移
热传递改变内能
①概念：温度不同的物体互相接触时，低温物体温度升高，高温物体温度降低，
②热传递条件：存在温度差和相互接触。
③热传递方向：
从高温物体到低温物体， 或者从物体的高温部分到低温部分。
热量的单位：
焦耳(简称焦，用J表示)
热传递改变内能
高温物体
低温物体
内能
内能减少
内能增加
温度降低
温度升高
能量
①热传递改变物体的内能的实质：
能量的转移
②热传递的过程： 内能转移的过程
内能从高温物体向低温物体转移。（注意：不是传递温度）
烧热的工件放到冷水中，工件凉下来，冷水会变热，在此过程中发生了热传递。
热传递改变内能
热传递条件
■ 条件说明：
热传递发生的前提是存在温度差。只有当物体之间或同一物体的不同部分存在温度差异时，才会发生热传递。
■ 具体示例：
将高温的铁块放入冷水中，由于铁块和水存在温度差，就会发生热传递。
※ 温度差是热传递的必要条件
热传递方向
■ 方向规律：
热量会自发地从高温物体传向低温物体。这是热传递的基本方向，是一种自然的现象。
■ 实际表现：
在热传递过程中，高温物体温度降低，低温物体温度升高，直到两者温度相同。
※ 热传递方向遵循从高到低的规律
热传递改变内能
热传递改变内能
热传递
定义：能量从高温物体传到低温物体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分的过程
实质：内能的转移
条件：温度差异
方向：高温的传给低温的
结果：有相同的末温
高温物体放出热量，温度降低，内能减小
低温物体吸收热量，温度升高，内能增大
方式：热传导、热对流、热辐射
做功热传递等效
做功实例
● 压缩空气：
迅速压下活塞，活塞对空气做功，空气内能增加，温度升高，能使棉花燃烧。这表明外界对物体做功可改变其内能。
● 摩擦生热：
双手快速摩擦，人对双手做功，机械能转化为内能，双手温度升高，内能增加。
★做功改变内能是其他形式能与内能的转化。
热传递实例
● 热水取暖：
用热水袋取暖，热量从热水袋传递到手上，手的内能增加，温度升高。这是热传递改变物体内能的体现。
● 太阳辐射：
晒太阳时，太阳的热量通过辐射传递给人体，人体内能增加，感觉暖和。
★热传递改变内能是内能的转移。
做功热传递区别
做功本质
● 能量转化：
做功改变物体内能时，是其他形式的能与内能之间的相互转化。例如，压缩空气时，机械能转化为空气的内能；气体膨胀对外做功时，内能转化为机械能。
● 实例说明：
钻木取火过程中，人对木头做功，机械能转化为木头的内能，使木头温度升高达到燃点。
★做功过程涉及能量形式的改变。
热传递本质
● 内能转移：
热传递改变物体内能是内能从高温物体向低温物体或同一物体的高温部分向低温部分的转移。只要存在温度差，就会发生热传递。
● 实例说明：
把热水和冷水混合，热水的内能会转移到冷水中，直到两者温度相同。
★热传递过程中能量形式不变。
内能改变方式
做功
对物体做功，物体内能增加，如压缩空气、钻木取火
物体对外做功，物体内能减少，如气体膨胀做功
热传递
条件：存在温度差
方式：传导、对流、辐射
实质：内能的转移
相同点：在改变物体内能上等效
不同点：做功是能量转化，热传递是能量转移
热量
热量
定义：在热传递过程中，转移能量的多少叫热量
符号：Q
单位：焦耳（J）
物理意义：有发生热传递才有热量
■ 燃烧起始：
汽车引擎工作时，汽油燃烧释放化学能，使引擎内部温度升高，化学能转化为内能。
■ 能量转变：
高温高压的气体推动活塞运动，内能又转化为机械能，驱动汽车前进。
※ 能量转化让汽车动力十足
应用
能量输入
■ ：太阳辐射是地球气候系统的主要能量来源，它使地球表面受热不均。
太阳辐射■ 热量传递：受热不均引发大气和海洋的运动，热量通过传导、对流和辐射进行传递。
● 能量输入是气候系统变化的动力
内能响应
■ ：热量传递导致地球内能分布发生变化，影响气温、气压等气候要素。
内能分布■ 气候影响：内能变化驱动大气环流和海洋洋流，对全球气候产生重要影响。
● 内能响应塑造了多样的气候
应用
下 课
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