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热现象内能讲课人：喻文杰【教学内容与目的要求】一、内容：1、温度2、物态变化3、分子动理论4、热量5、内能二、目的要求：1、了解液体温度计的工作原理。会测量温度2、能区分固、液、、气三种物态，能用熔点和沸点的知识解释现象，能用水的三态变化解释自然界的水循环3、知道物质是由分子和原子组成的，了解原子的核式模型，了解分子动理论的基本观点并用该理论解释生活中的现象。4、了解内能，以及改变内能的两种方式。5、了解热量，了解比热容，并会用热量的公式进行简单计算。6、从能量转化的角度认识燃料的热值，了解热机的工作原理【知识重点与学习难点】1、会正确使用温度计、知道温度是表示物体，冷热程度的物理量。2、知道物态变化及物态变化过程中的吸、放热现象。3、知道物态变化的条件，及影响物态变化的一些因素。4、分子运动论的基本内容，分子间的相互作用力——引力和斥力是同时存在的。5、内能的概念。6、改变内能的两种方法：做功和热传递。7、要弄清一些基本概念。例如温度、热量、内能和比热，会正确区分，又要看到它们之间的相互联系。【方法指导与教材延伸】一、温度和温度计：1、温度的概念：温度是表示物体冷热程度的物理量。摄氏温度的标度方法是规定在一个标准大气压下（1.013×105帕）纯净的冰、水混合物的温度作为0摄氏度，记作0℃，以纯水沸腾时的温度作为100摄氏度，记作100℃，在0℃和100℃之间分成100等分，每一等份代表1℃。2、温度计：（1）测量物体温度的仪器叫做温度计，常用温度计是利用液体热胀冷缩的原理制成的。（2）使用温度计之前，要注意观察它的量程，最小刻度和零刻度线的位置。（3）温度计测量时，正确的使用方法是：a、不能超过温度计的最大刻度值。b、温度计的玻璃泡要与被测物充分接触，不要碰到容器的底或容器的壁。c、温度计的玻璃泡与被测物接触后要稍过一段时间待温度计示数稳定后再读数。d、读数时，温度计玻璃泡仍需留在被测物中，视线与温度计中液柱的上表面相平。医用体温计是内装水银的液体温度计，刻度范围在35~42℃，体温计读数可离开人体进行读数，使用后拿住体温度的上部甩几下，让升入直管中的水银回到玻璃泡里。二、物质的状态变化：1、物质的状态随温度改变而变化的现象叫状态变化。物质常见的状态有固、液、气三种状态，会出现六种状态变化。2、熔化、汽化、升华三种状态变化过程中要吸收热量。凝固、液化和凝华三种状态变化过程中要放出热量。三、熔化和凝固：物质从固态变成液态叫熔化，从液态变成固态叫做凝固。固体分晶体和非晶体两大类。晶体在熔化过程中温度保持不变，这个温度叫晶体的熔点。在凝固过程中温度也保持不变，这个温度称晶休的凝固点。同一种晶体的凝固点跟它的熔点是相同的，不同晶体的熔点（凝固点）是不相同的。晶体熔化成液体必须满足两个条件：一是液体温度要达到熔点，二是液体要不断地吸收热量。液体凝固成晶体，也必须满足两个条件：一是液体温度要达到凝固点；二是液体要不断地放出热量。四、汽化：物质从液态变成气态叫汽化。汽化有两种方式：蒸发和沸腾。1、蒸发是只在液体表面进行的平缓的汽化现象。液体的蒸发在任何温度下进行蒸发时要吸收热量。液体蒸发的快慢由下列因素决定：（1）在相同条件下，不同液体蒸发的快慢不同，例如，酒精比水蒸发得快，（2）在同种液体，表面积越大蒸发越快，（3）同种液体，温度越高蒸发越快，（4）同种液体，表面附近的空气流通得越快蒸发越快。2、沸腾是在液体内部和表面上同时进行的剧烈的汽化现象，液体在一定的温度下才能沸腾。液体沸腾时的温度叫沸点，不同液体的沸点不同，液体的沸点跟气压有关，压强增大，沸点升高，压强减小，沸点降低。五、液化、升华和凝华：1、物质由气态变成液态叫液化；物质由固态直接变成气态叫做升华；物质由气态直接变成固态叫凝华。液化、凝华过程放出热量，升华过程吸收热量。2、液化有两种方法，所有气体温度降低到足够低时，都可以液化；当温度降低到一定温度时，压缩体积可使气体液化。总结上述的物态变化可知，物质的三态可以互相转化，为便于记忆，可用下图帮助你。六、分子间的引力和斥力同时存在。物质内分子之间的引力和斥力是同时存在的，引力和斥力都随分子间的距离增大而减小。当分子间距离为某一值r0时，引力等于斥力，此时分子间的距离大于r0时，引力和斥力都要减小；但斥力比引力减小得更快，此时引力大于斥力，引力起主要作用。当分子间的距离小于r0时，引力和斥力都将增大，但斥力比引力增大得快，此时斥力大于引力，斥力起主要作用。当分子间的距离大于分子直径的10倍时，分子间的引力和斥力变得十分微弱，此时分子间的作用力可忽略不计。七、什么是物体的内能，内能与机械能有什么不同？物体内所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。内能和机械能是两种不同形式的能：两者虽然都与运动相对位置有关，但它们的含义是不相同的。机械能是由物体的整体运动的状态和相对于地面的位置等所决定的，而内能是由物体内分子的热运动和分子间的相对位置所决定的。内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和。一切物体都具有内能。但是一个物体不一定具有机械能。例如，停在水平地面上的汽车既没有动能，也没有势能，因此它不具有机械能，但它有内能。物体内能的大小跟物体内分子的个数，分子的质量，热运动的激烈程度和分子间相对位置有关。一个物体它的温度升高，物体内分子运动加快，内能也就增大。八、温度、内能和热量的区别。温度、内能和热量是三个既有区别，又有联系的物理量。温度表示物体冷热程度，从分子运动论的观点来看，温度越高，分子无规则运动的速度就越大，分子热运动就越激烈，因此可以说温度是分子热运动激烈程度的标志。这里还得说明一下单个分子的运动是无意义的，我们这里指的都是大量分子的运动情况。内能是一种形式的能。它是物体内所有分子无规则运动所具有的动能和分子势能的总和。它跟温度是不同的两个概念，但又有密切的联系，物体的温度升高，它的内能增大；温度降低，内能减小。在热传递过程中，传递能量的多少，叫热量。在热传递过程中，热量从高温物体转向低温物体，高温物体放出了多少焦的热量，它的内能就减少了多少焦，低温物体吸收了多少焦的热量，它的内能就增加了多少焦。固态液态气态熔化（放热）升华（吸热）液化（放热）汽化（吸热）凝固（放热）凝华（放热）温度和热量是实质不同的物理量，它们之间又有一定的联系。在不发生物态变化时，物体吸收了热量，它的内能增加，温度升高；物体放出了热量，它的内能减少，温度降低。九、怎样理解做功和热传递对改变物体内能上是等效的？改变物体内能有两种方法：做功和热传递，一个物体温度升高了，如果没有其它已知条件，则无法区别是由于做功还是由于热传递而使它的内能增加，温度升高的。例如：锯条的温度升高了，它既可以是由于摩擦做功，也可以采用放在火上烤的方法（热传递），但不管它通过哪种方法，都达到了使锯条的内能增加，温度升高的效果。也就是说：通过做功和热传递都可以改变物体的内能。因此，对改变物体的内能，做功和热传递是等效的。十、理解比热的概念比热是反映物质的热学特性的物理量，它表示质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同；或者说质量相同的不同物质，吸收相同的热量，它们升高的温度不同的性质。为此，我们取单位质量的不同物质，都升高1°C时所吸收的热量多少，来比较不同物质的这种性质，因此引出了比热的定义，这是每千克的某种物质，温度升高1°C时，所吸收的热量，叫做这种物质的比热。比热是物质的一种特性，对于某种物质，它的比热是一定的，不同的物质，比热是不同的。因此比热表如同密度表一样，可以供人们查阅。比热是物质的一种特性，它是物质本身所决定的，虽然某种物质的比热也可以用)()(00ttmQCttmQC放吸或来计算，但某种物质的比热跟它吸、放热的多少，质量的大小升温或降温的多少无关。十一、温度改变时，物体吸收或放出热量的多少跟哪些因素有关？在没有物态变化时，由于温度升高，计算物体吸收热量的公式是)(0ttcmQ吸，其中t表示物体的末温，t0表示物体的初温，用△t表示物体的温度变化，则△t=t-t0，公式可改写为cmQ吸△t。可见，物体吸收热量的多少跟它的比热、质量和升高温度的多少三个因素有关，并且由它们的乘积所决定，跟物体的初温t0或末温t无关。在没有物态变化时，由于温度降低，计算物体放出热量的公式是)(0ttcmQ放，其中t表示物体的末温，t0表示物体的初温，用△t表示物体的温度变化，则△t=t-t0公式可改写成cmQ放△t。可见,物体放出热量的多少跟它的比热、质量和降低温度的多少三个因素有关，并且由它们的乘积所决定，跟物体的初温t0、末温t无关。【例题选讲】：例1、一支未刻度的温度计，将它插入冰水混合物中时，水银柱长4cm；将它插入沸入中时，水银柱24厘米，若将它放在40℃的水中时，水银柱的长度应为多少？答：根据摄氏温标的规定，冰水混合物的温度为0℃，通常情况下沸水温度为100℃，可见该温度计每厘米长度代表的温度值为：cmCcmcmCC54240100所以插在40℃水中时水银长为：cmcmCCcm125404例2、某同学把温度计放入水中测量沸水温度（如图）当水沸腾一段时间后，把温度计从沸水中取出并观察温度计，记下沸水温度，问该同学在上述实验过程中有哪些错误？答：在水加热过程中温度计应放入水中（一般放在中央），温度计玻璃绝不能和容器壁或容器底接触，在观察温度计示数时，温度计玻璃泡不能离开待测物体，即应放在水中读数。例3、怎样看晶体熔化图象？20cm8cm4cm24cm40℃0℃100℃答：以海波的熔化图象为例，如图所示，通过图象弄清以下几点：（1）图线上各线段所代表的物理意义AB线段：代表物质处于固态吸热升温的阶段BC线段：代表物质处于固液混合状态，虽然吸热，但温度保持不变CD线段：代表物质处于液态吸热升温的阶段（2）加热到某一时刻，物质所处的状态和温度可立即查到。例如：加热到3分种在横轴上找到表示3分钟的点，作过这个点垂直于横轴的直线交图线上AB线段于K点，可知此时海波处于固态，从交点K再作纵轴的垂线交纵轴于温度是40℃的点，可知此时海波的温度是40℃。（3）从图线上可判定晶体的熔点。图线上BC线段表示晶体吸热但温度保持熔点不变。可从B或C点作纵轴的垂线，交纵轴上的点所标的温度就是晶体的熔点，从图上可知道海波的熔点是48℃。例4、“物体吸热，它的温度一定升高”，这种说法对吗？答：这种说法不对。在晶体熔化和液体沸腾过程中，物体吸热但温度保持它的熔点或沸点不变。例5、“水的温度升高到100℃，水就一定会沸腾起来。”这种说法对吗？答：不正确。100℃时水不一定沸腾，只有在一个标准大气压下，水的沸点才是100℃，液体的沸点与气压有关，气压增大，沸点升点；气压减小，沸点降低。另外，即使在一个标准大气压下，水温达到了100℃，水也不一定能沸腾。因为完成液体沸腾，条件有两个：一个是液体的温度达到沸点。二是液体要继续吸热这两个条件缺一不可。因此，不能说，液体达到了沸点，就一定会沸腾。例6、无论外界气温怎样，为什么冰水混合物温度一定是0℃呢？答：因为冰是晶体，它在熔化时要不断的吸收热量，当冰未全部熔化时，温度保持0℃不变。同理，水在凝固时要不断对外放热，在未全部凝固时，温度保持0℃不变。而当外界气温高于0℃时，只会促进混合物中的冰熔化，但不能使混合物温度上升。同理，当气温低于0℃时，只会促进冰水混合物中的水凝固，温度仍保持0℃不变。当气温等于0℃，冰水混合物即不能吸热，也不能放热，温度保持0℃不变，所以无论气温怎样，冰水混合物的温度一定是0℃。例7、冬天，我们在窒外吐出阵阵“白气”；夏天，打开冰糕的包装纸，也会看到冰糕冒“白气”。这些“白气”是什么？它们的形成有什么共同点和不同点？答：这些“白气”都是小水珠。它们都是水蒸气，遇冷放热而成的，但它们形成小水珠时有所不同，冬天哈出的“白气”是由于嘴里呼出的水蒸气温度比空气温度要高，呼出的水蒸气遇冷的空气就液化放热而成小水珠。夏天冰糕冒“白气”是因为夏天气温比冰糕温度高，冰糕