1、内能 教学目标 1 在物理知识方面要求：（1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的 温度是分子平均动能大小的标志。（2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分 子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。（3）知道什么是物体的内能，物体的 内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和机械能。 2 在培养学生能力方面，这节课中要让学生建立：分子动能、分子平均动能、分 子势能、物体内能、热量等五个以上物理概念，又要让学生初步知道三个物 理规律：温度与分子平均动能关系，分子势能与分子间距离关系，做功与热传 递在改变物体内能上的关系。因此，教学中着重培养学生对物理概念和 规律 的理解能力。 3 渗透物
2、理学方法的教育：在分子平均动能与温度关系的讲授中，渗透统计的 方法。在分子间势能与分子间距离的关系上和做功与热传递关系上都要渗透归纳 推理方法。 重点、难点分析 1 教学重点是使学生掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能）， 掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、 热传递与功的关系）。2区分温度、内能、热量三个物理量是教学上的一个难 点；分子势能随分子间距离变化的势能曲线是教学上的另一难点。 主要教学过程 引入新课 我们知道做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的 能量变化。另一方面，我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。那
3、么 热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。 教学过程的设计 一、温度的宏观和微观意义是什么？如何理解？ 分子的无规则运动特点是多、变、快、乱，在热现象中，关心的是多个发分子，而 不是单个分子。 （1） 、分子的平均动能所有分子的动能的平均值 m10 26 kg v10 5 m / s （2） 、温度：宏观表示物体的冷热程度 微观是物体平均动能的标志 （3） 、 温度相同，平均动能就相同，不论物体的组成、结构、种类和物态 (无论如 何) 二、什么是分子势能？分子势能与什么有关？ （1）、由于分子间存在着相互作用的引力和斥力而具有的与其相对位置有关的 能量，叫做分子势能。
4、 （类似于重力势能和弹性势能）。因此任何物体都是 有内能的。 （2） 、微观与相对位置有关 宏观与体积有关 三、什么是物体的内能，它与什么有关？ 1、 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，也叫热力学能 2、 与温度 T、体积 V 和分子个数 N 有关 3、 一切物体都具有内能 四、内能和机械能又什么区别？ 1、 宏观物体的机械运动对应机械能。机械能可 以为零。 2、 微观物体对应内能。内能不可以为零。 3、 内能和机械能之间可以相互转化。 物体机械运动对应着机械能，热运动对应着内能。任何物体都具有内能，同时还可以 具有机械能。例如在空中飞行的炮弹，除了具有内能，还具有机械能
5、动能和重力势能 五 区别内能、 热量和温度 课堂练习 1、 温度的高低是由人的感觉决定的（） 2、 物体平均速度大的物体的温度高（） 3、 20的水和 20的铜的平均动能相同（） 4、 体积变大，内能变大（） 5、 温度升高，所有的分子的平均动能都变大（） 6、 温度越高，总动能越大（） 7、 同温度的水和氢气相比，氢气的平均速度大（） 8、 温度高的物体，内能不一定大。 9、 同样质量的水在 100时的内能比 60时的内能大。 10、 内能大的物体，温度一定高。 11、 下列各个实例中，比较物体的内能大小，并说明理由。 一块铁由 15升高到 55，比较内能。 质量是 1kg50的铁块与质量是
6、 0.1kg50的铁块，比较内能。 质量是 1kg100的水与质量是 1kg100的水蒸气，比较内能。 改变内能的两种方式 一、做功改变物体的内能 r010 10 m rr 0 引力斥力 表现斥力 rr 0 引力斥力 合力0 rr 0 引力斥力 表现引力 r10 r 0 r10 r 0 引力斥力0 合力0 rr 0 Ep 最小 rr 0 引力 做负功 Ep 增加 rr 0 斥力 做负功 Ep 增加 斥力 引力r0 EP 摩擦生热、压缩气体、搅拌 1、 对物体做功，物体的内能增加 2、 物体对外做功，物体的内能减小 3、 做了多少功，就改变多少内能 二、热传递改变物体的内能 教室里的热水、火炉上
7、的凉水 1、 外界向物体传递热量（吸热） ，物体的内能增加 2、 物体向外界传递热量（放热） ，物体的内能减小 3、 传递多少热量，内能就改变多少 三、做功和热传递的实质 1、 做功改变内能，是能量的转化，用功的数值来度量 2、 热传递改变内能，是能量的转移，用热量来度量 四、做功和热传递的等效性 做功和热传递在改变内能上是等效的 例如：使物体升高温度，可以用热传递的方法，也可以用做功的方法，得到的结果是 相同的，如果事先不知道，我们无法知道它是通过哪种途径改变的内能。 1 cal4.2 J 1 J0.24 cal 多维链接 温度计和温标的发明 公元前 200 一 100 年间，古希腊菲隆和希
8、隆各自制造过一种以空气膨胀为原理的测温 器。其后，人们还在三个容器中分别装上冷、温、热水来判断物体的冷热：用手摸进行 比较。 1592 或 1595 年，伽利略制成了第一个气体温度计。玻璃管与玻璃泡相连，管内有有色 液体，倒置于水杯之中。当被测温度的物体与泡接触时，泡内空气就会因热胀冷缩而发 生体积变化，使有色液柱上升或下降，再由玻管上标有“热度”(即现在所说的“温度” )的刻度读出。这是有史以来的第一支有刻度的温度计。显然，这种温度计不完善：变 化着的大气压也会使液柱升降，测量范围极其狭窄。 物理学中热力学里有一门叫计温学的分支学科，它是利用物质的热效应来研究测温技术 的。它包括温度分度法、
9、温度参照点的选择、温度计按不同用途的设计、制定各种测温 标准、提高测温精度、准确度、测定实用温标和热力学温标的差值等。伽利略发明气体 温度计后，人们的工作就大致按这些内容进行。 1611 年，伽利略的同事桑克托留斯改进了伽利略的气体温度计，制成一种蛇状玻璃管 气体温度计，玻管上有 llO 个刻度，可测体温。 1629 年，约瑟夫德米蒂哥这位物理学家兼犹太教师出版了一本叫花园中的喷泉 的书，书中载有盛有白兰地的玻璃泡温度计，它旁边的小字上写着“oleb”(上升) 。有 人认为这是人类第一支较准确的温度计。但现未能查明其发明者，而只能猜测是伽利略 或他在帕多瓦大学的同事德米蒂哥。具体发明年代只能大
10、致确定在 17 世纪 初。 16311632 年，法国化学家詹雷伊把伽利略的玻璃管倒转过来，并直接用水而不是 空气的体积变化来测定温度。这是第一支用水作工作物质的温度计。但因管口末密封， 水会蒸发而产生越来越大的误差。 1641 年，第一支以酒精为工作物质的温度计首次出现在意大利托斯卡纳大公爵费迪南 二世的宫庭里。16441650 年间，这位大公将其不断完善：用蜡把红色酒精温度计的 玻管口封位，在玻管上刻度。可见，这支温度计已具有现代温度计的雏型，以致不少人 温度计 接打气筒 胶塞 将温度计的发明归功于这位大公。1654 年，这种温度计已在佛罗伦萨普及，以致这一 年被一些人认为是温度计诞生之年
11、。它还被传到英国和荷兰。 1646 年，意大利物理学家莱纳尔第尼明智地提出以水的冰点和沸点作为温度计刻度的 两个定点。但无奈当时流行的酒精温度计里酒精的沸点(78.5) 低于水的沸点(100)， 所以用水的沸点为第二个定点对酒精温度计显然不切实际，所以这一建议当时未能实施。 1657 年成立的意大利佛罗伦萨实验科学院在其存在的 10 年间地进行了水银和酒精温度 计的研究，制作过 40(或 80)个等分标度的没有定点的酒精温度计：它在 1660 年冬最冷 时显示 1112“度” ，冰的熔点显示 13.5“度” ，夏天最热时为 40“度” 。 1658 年，法国天文学家伊斯梅尔博里奥制成第一支用水
12、银作工作物质的温度计。 1660 年，意大利材 料测试研究所也制成了水银温度计。 1665 年，荷兰物理学、数学家惠更斯地提议把水的冰点和沸点作温度计刻度的两个定 点，以便各种温度计标准化。同年，英国物理学、化学家波义耳根据他于 1662 年发现 的气体定律(即玻义耳定律，后经法国物理学家马略特完善后称波义耳一马略特定律， 简称波一马定律)，指出气体温度计不准的原因及其他缺点。其后，人们大多转向其他 工作物质的温度计的研究。 1672 年，休宾在巴黎发明了第一个不受大气压影响的空气温度计。 1688 年，达兰西的温度计以水和牛油熔解时的两个温度作温度计刻度的两个固定点。 18 世纪初，形形色色
13、的温度标准(温标) 已多达 30 余种。例如，丹麦天 文学家罗默( 他以 1676 年用观测木星卫星蚀的方法第一次证实光的传播是等速运动而闻名于世)以人体温 度为 22.5“度”和水的沸点为 60“度”作温度计上刻度的两个定点。牛顿于 1701 1703 年制作的亚麻子油(一说蓖麻油 )温度计把雪的熔点 0“度”和人体的温度 12“度” 作温度计的两个定点。 法国物理学家阿蒙东最先指出测温液体是规则膨胀的， “有绝对零度存在”也是他最先 指出的，他于 1703 年也制成了一支实用气体温度计。 在 18 世纪以前，温标不统一且不太实用。这些工作历史地落在华伦海特等人的肩上。 迁居荷兰的德国玻璃工
14、华伦海特也在英国居住过。他经过 17091714 年的研究，把冰、 水、氯化铵的混合物平衡温度定为 0，人体温度定为 96(如以今天我国标准体温 37，则应为 986，可见他采用的体温不是今天我国的标准体温)，其间分为 96 格， 每格为 1。1724 年，他又把水的沸点定为 2120。但遗憾的是，他未能将冰的熔点 定为 0，而是定为 32。这就是华氏温标，其符号为 tF。这是曾长期使用且至今仍在 香港和世界许多地方使用的第一种温标。他还发明了在填充水银时进行净化的方法，制 成了第一种实用的水银温度计。 1730 年，主要研究物理学和动物学的法国博物学家列奥缪尔制成了一种酒精温度计， 他把水的
15、冰点 0oR 和沸点 80oR 刻在温度计上作两个定点，再把其问分为 80 格，每隔 为 1oR。这是其后流行了多年的第二种温标列氏温标，其符号为 tR。 1742 年，瑞典物理学家、天学家摄尔修斯制成的水银温度计则把水的沸点和冰的熔点 分别定为 0和 100，其间分为 100 格，每格为 1，这是第三种得到广泛流行的实 用温标摄氏温标，其符号为 t 或 tc。1743 年，克里森指出上述定点不符合越热的物 体温度越高的习惯，8 年以后的 1750 年，摄尔修斯接受同事斯特默尔的建议，把上述 两定点的温度对调，这才成了现在的摄氏温标即百分温标。 上述三种温标都是初级原始的温标，其缺点有二。一是
16、温度值只有在两个定点是准确的 其余各点都不准确；二是定义范围很窄，例如水银温度计测量范围是3887 +3569。以下第四种温标克服了这些缺点。 1848 年，英国物理学家汤姆逊即开尔文提出热力学温标。其符号为 TK 或 T，并于 1854 年指出只需选用一个固定点数值，这种温标就能确定。这个点就是“绝对零度” 。 然而，在实际建立热力学温度单位时，考虑到历史传统和当时的技术条件，他不得不用 摄尔修斯的 0100的间隔作为 100 个新温度的间隔，即新温度的每个间隔为 1 开氏 度(1oK)与 l 摄氏度(1)相当。这就是开氏温标。历史上类似而含义不尽相同的名称还 有理想气体温标、热力学绝对温标
17、等。这第四种温标的特点是：与任何物体的性质无关， 不受工作物质的影响，解除 了工作物质因凝固、汽化而受到的限制，仅与热量有关。 1927 年，第七届国际计量大会确定它为最基本的温标。1954 年大会又决定把 273.16oK 这一水的三相点作为这一温标的唯一定点。这一温标实际包含的另一定点是不能用物质 的已知性质来定义的，它是理论上推导出来的最低温度绝对零度。1967 年，第十 三届国际计量大会将这种温标的单位“开氏度”(oK)改为“开尔文”(K) ，而前述“开 氏温标”及“开氏温度”被分别代之以“新国际实用温标”和“热力学温度” ，我国也 最终由国务院于 1984 年 2 月 27 日下达命
18、令在 1991 年 1 月 1 日起正式施行使用。 第五种温标为兰氏温标，在 19 世纪由英国工程师兰金发明，其符号为 TR，兰氏度的符 号为 Ro。这种温标的水三相点约 491.7Ro，水的沸点约 671.6Ro。这种温标比前四种用 得更少。 随着上述摄氏，国际温标的建立和技术的成熟，以及实际测 量的需要，人们改进、发 明了形形色色的温度计。 1743 年，法国克利斯廷在里昂改制了像摄尔修斯那样的温度计，这更接近现代温度计。 1782 年，西克斯发明了 “最高最低温度计” ，丹尼尔卢瑟福在 1794 年作了改进。 1782 年，英国韦奇伍德和德国塞格尔各自发明了测定火焰温度或炉温用的温度计，
19、 后者的发明被称为塞格尔测温 锥。 18211822 年，德国塞贝克发现热电(温差电) 现象，提出温差电动势序，认识到由此可 制成热电偶即温差电偶来测温度。1830 年便出现了这种温差电偶，用它还可探测红外 线。选用适当的导体或半导体作热电偶材料，可以测量很宽的温度范围(如50 +1600) ，若用特殊热电偶材料，则更可扩大到1 802000，这显然是酒精或水银 温度计望尘莫及的。 俄国楞次和英国戴维于 1835 年得知金属在受热时电阻会增大，AF斯文贝尔格于 1857 年便用这一原理发明了差示温度计(由一个接在测量电桥中的涂黑铜螺线组成) 。 1860 年，德国威廉西门子发明了遥测式电阻 温
20、度计，1869 年他为它加装了一根钠丝 作测量探头，可测更高的温度。 19 世纪 60 年代初，英国医生阿尔伯特发明了现在仍在位用的那种体温计：其最大特点 是细管内有一段特别狭窄，体温计离开被测人体后水银在这狭处中断而水银柱并不下降， 可从容不迫地读出体温。 1881 年，兰利将涂黑的铂带作热敏元件制成辐射热测量计(或电阻测辐射热计) 测量辐射 热。 其后，温度计新品种不断涌现。例如，光学高温计(测 600以上高温) 、光度计(测星球 表面温度)、红外显微镜(测小至 10100 微米的点的温度 )、半导体点温度计(测点的温 度)、石英振子温度计(可测低温至 250 间的温度，精度特高 ) 对 10000以上的高温，一般温度测量法已无能为力。这时，要用原子光谱的谱线和 温度间的关系来计算出温度
