第十六章　热和能

本章设计

本章是在学习了机械能的基础上，进一步对另外一种形式的能——内能的研究。重点讲述内能的本质、改变及利用和能量守恒定律等知识。

教材讲述扩散现象是从“打开一盒香皂，很快闻到一股香味”这一生活中人人易感知的现象引入，激发了学生兴趣。通过分子动理论，由分子热运动引出分子的动能，由分子间作用力引出分子的势能，然后由微观到宏观引出物体内能的概念。

针对分子势能这一难点，教材插入一幅生动的生活中的漫画图片来直观地让学生感知，用弹簧形变时具有势能模拟分子之间相互作用时具有势能，巧妙地将抽象、不易接受的知识转化为生活中的感性知识，既符合学生认知特点又加深了对知识的印象。通过实验探究找到改变物体内能的两种方式。通过改变内能的两种方式，使学生初步感受到热量和功在能量的转移和转化过程中的意义，使学生认识到内能之间、内能与其他形式能之间可以转移和相互转化，从而为引出“能量守恒定律”作好了铺垫。

本章教学注意的几个问题：

1.要注重情感态度和价值观的教学。引导学生关心现代汽车发展、地热的开发等科技发展动态，通过了解温室效应、热岛效应、气候与热污染等STS内容，逐步树立科学的世界观、激励责任感，产生对大千世界的兴趣。

2.让学生形成用能量的观点去看待世界、分析问题的意识。本章是体现物理学科内部综合、物理与其他学科综合、自然科学与社会科学综合的典范。应该通过具体的物理问题，让学生感受到该物理问题不仅仅是该知识点的问题，它与物理知识中的其他点、其他学科、能量的变化甚至社会问题都有着不可分割的联系，从中培养学生用能量观点看世界的意识。

3.要重视物理研究方法的指导。由于微观世界的抽象不直观性，学生理解本章有一定的难度，因此，教材用了多种教学方法，如转换法、模型法、等效法等来帮助学生理解，而使学生学会使用这些科学方法，意义更为重大，因此在教学中教师要充分利用好。

全章共5节，建议用7课时，各课时安排如下：

一、分子运动论

1课时

二、内能

2课时

三、比热容

2课时

四、热机

1课时

五、能量守恒定律

1课时

一、分子热运动

整体设计

本节课主要内容是分子热运动和分子之间存在相互作用力，是研究物体内能的基础。分子的运动无法直接观察探究，所以本节课主要采用实验为主，通过扩散这一直观易感知的现象，去引导学生观察，得出一切物质的分子都在不停地做无规则运动及分子热运动与温度的关系。在教学中要充分调动学生的学习积极性，以学生分析、讨论为主，实现物理源于生活、服务于生活的目的。

对于本节的教学，教师要合理地对实验进行处理，可对二氧化氮气体扩散现象用实验演示，让学生直接观察，增强可信度；对硫酸铜溶液及铅片和金片的扩散现象，限于时间可用多媒体展示，增强直观性，课后可将硫酸铜溶液放置于教室中让学生观察一段时间；对两铅柱的引力实验要一个个地加挂钩码，直到挂上很多，以增强学生的震撼感，提高学

习的兴趣；对分子间作用力，用乒乓球与弹簧组成模型来配合讲解，从而突破这一难点。同时，教师可依据授课时间及本校学生实际水平，补充思考讨论题，用分子动理论解释如熔化、汽化等物态变化现象，培养学生综合运用知识的能力。

教学重点：通过对演示实验的观察、分析、推理，了解分子动理论的初步知识。

教学难点：分子之间存在相互作用力。

课时安排：1课时。

三维目标

知识与技能

1.知道物质是由分子组成的，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

2.能识别扩散现象，并能用分子热运动的观点进行解释。

3.知道分子热运动的快慢与温度的关系。

4.知道分子之间存在相互作用力。

过程与方法

1.通过演示实验说明一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

2.通过演示实验使学生推测出物体温度越高，热运动越剧烈。

3.通过演示实验以及与弹簧的弹力类比使学生了解分子之间既存在斥力又存在引力。

情感态度与价值观

用演示实验激发学生的学习兴趣，并使学生通过直接感知的现象，推测无法直接感知的事实。

课前准备

教具准备：多媒体课件、香水、盛有二氧化氮的广口瓶、空广口瓶、玻璃板、烧杯、热水、冷水、红墨水、滴管、铅柱、小刀、钩码、弹簧、乒乓球。

知识准备：复习宇宙和微观世界中物质是由分子组成的及固态、液态、气态的微观模型等知识。

教学设计

［导入新课］

教师在教室中撒几滴香水，让学生谈一下有什么感觉。闻到香水味。

引导学生思考：为何能闻到香水味而看不到带香味的分子运动？分子体积很小，用我们肉眼是看不到的。

让学生阅读本节教材第一自然段，能得出什么结论？

讨论得出：分子体积小而数量多。

提出问题：既然分子有这样的特点，那我们如何研究分子的运动？用电子显微镜来观察，这不失为一种方法，有没有其他方法呢？

讨论得出：能闻到香水味，说明香水分子跑到了我们鼻子里，我们可以通过研究这种宏观现象来推知分子运动情况，就是我们常用的一种物理研究方法——

转换法。

下面我们就用这种方法来研究分子的运动情况。

［推进新课］

多媒体展示：

一、扩散现象

演示实验１：我们将一个空瓶子，倒扣在一个装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面，抽掉盖在二氧化氮瓶上的玻璃板。

观察并思考：上面空瓶有红色现象，说明了什么？将空瓶与装着红棕色二氧化氮气体的瓶子颠倒放置，重做这个实验，能否得出相同的结论？

结论：上面空瓶有红色，说明二氧化氮气体分子到了上面空瓶中，分子是运动的。这个实验是一种扩散现象。颠倒放置时不能得出相同的结论，因为二氧化氮密度大，在重力作用下会向下运动，无法证明分子是运动的。

多媒体展示：不同的物质在接触时彼此进入对方的现象，叫做扩散。

在我们日常生活中，扩散现象很常见,请你试着举出几个例子。打开香皂会闻到香味；到医院闻到消毒液味；烧菜时有香味传出；到花园里会闻到花香……

多媒体播放视频：模拟分子运动状况。

提出问题：气体可以发生扩散，那么液体和固体是否可以发生扩散呢？

演示实验２：向一个盛有水的烧杯中用滴管注入２滴红墨水。

观察并思考：发生扩散现象，说明了什么？

多媒体展示：①在量筒里装一半清水，水下面注入硫酸铜溶液。硫酸铜溶液开始时及静放10天、20天、30天的对比图片。

②把磨得很光的铅片和金片紧压在一起，在室温下放置5年后再将它们切开，可以看到它们互相渗入约 1 mm深。

观察并思考：固体、液体、气体都有扩散现象，在以上几个扩散实验中，扩散快慢为何不同？影响扩散快慢的因素是什么？

演示实验3：在一个烧杯中装半杯热水，另一个同样的烧杯中装等量的冷水。用滴管先向冷水，再向热水中分别注入2滴红墨水。

观察并思考：装热水的烧杯很快变红了说明了什么？扩散现象与什么因素有关？

结论：扩散现象与温度有关，温度越高，扩散越快。

小组讨论：讨论“想想议议”中三个问题，1.以上几个实验是否说明分子在不停地运动着？2.分子的运动快慢跟温度有关系吗？3. 对分子的运动你能作出哪些推测？

得出结论：一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。由于分子的运动跟温度有关，所以这种无规则的运动叫做分子的热运动。温度越高，热运动越剧烈。

［即学即练］

1.下列现象中，属于扩散现象的是(　　)

A.空气的流动形成风

B.放一些粗盐粒到一杯水里，过了一段时间，整杯水都变咸了

C.一滴墨汁落入水中，顿时变成了一长串竖直的墨迹

D.老远就闻到饭菜的香味

2.一切物体的分子都在_______________做无规则的运动，无论是_______________、_______________、_______________之间的分子都会发生扩散现象。

3.将一滴墨水滴入一杯清水中，过一会儿，整杯水都变黑了，那么以下说法中正确的是

(　　)

A.如果水的温度越低，整杯水变黑所需要的时间越短

B.如果水的温度为 0℃，则不会发生这种现象

C.这是一种扩散现象，说明分子在不停运动着

D.这是一种扩散现象，说明物质分子可发生变化

答案：1.BD　2.不停地　固体　液体　气体　3.C

多媒体展示：

二、分子间的作用力

拿一个铅块，用力拉，为什么拉不断？用力捏，为什么捏不扁？

演示实验4：将两个铅柱的底面削平、削干净，然后紧紧地压在一起，两块铅就会结合起来，教师在下面逐个加挂钩码，挂很多个都不能把它们分开。

观察并思考：这个实验说明了什么?

结论：分子之间存在引力。

分析：分子间的引力使得固体和液体能保持一定的体积，所以，用力拉铅块时，分子间的引力使得铅块拉不断；用力捏时，由于斥力的存在而捏不扁。

类比：让学生取一根弹簧，感受拉和压时作用于手的力。然后教师拿两个乒乓球，中间放一根弹簧，告诉学生用这个模型来比拟两个连着的分子。教师操作，让学生来回答：当弹簧拉长，分子间的距离增大，作用力表现为引力；当弹簧压缩，分子间的距离缩小，作用力表现为斥力；当弹簧不用力时，引力=斥力。

分析：分子之间既有引力又有斥力，它们是同时存在的。距离越小，作用力越大，如果分子相距很远，作用力就变得十分微弱，可以忽略。

［即学即练］

通常情况下，将两块干燥、平整的玻璃片紧贴在一起也不能令它们结合成一块玻璃，这是因为(　　)

A.玻璃分子之间没有引力作用

B.两块玻璃片分子之间的距离过大

C.温度一样高

D.玻璃分子之间的斥力过大

答案：B

知识深化：思考讨论题，用分子动理论解释晶体熔化现象。

答案：①晶体分子排列规则，分子间作用力大，每个分子在其平衡位置做无规则振动。②晶体被加热，温度升高，分子振动加剧，分子间作用力减小。③温度达到熔点，部分分子变得可以“自由游动”。所以，晶体熔化时，所吸的热都用来减小分子间的作用力，不能使温度升高。

［课堂小结］

1.一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。温度越高，热运动越剧烈。

2.分子之间既有引力又有斥力。

［布置作业］

“动手动脑学物理”的2、3题。

板书设计

一、分子热运动

设计点评

本节课的设计体现了“从生活走向物理”的新课程理念，将微观的分子运动转化为宏观的、学生易感知的现象加以研究，符合学生认知规律。在知识学习中，充分发挥学生的主体性地位，让学生去观察、讨论、得出结论。做好实验是本节课的关键，教学中灵活地对实验进行了处理，节约了时间，增大了知识容量。

参考资料

1.分子动理论的初步知识

由于分子在做永不停息的无规则运动，它对悬浮在液体或气体中的颗粒的撞击也是不平衡的，因此悬浮在液体或气体中的颗粒将做永不停息的无规则运动，该现象由布朗最先观测到，因此我们把这种运动称之为布朗运动。布朗运动的剧烈程度与温度和颗粒大小有关，温度越高布朗运动越剧烈，颗粒越小，布朗运动也越显著.。

例如，在显微镜下观察悬浮在水中的花粉微粒，或在无风情形下观察空气中的烟粒、尘埃时都会看到这种运动。温度越高，运动越激烈。它是1827年植物学家布朗首先发现的。做布朗运动的粒子非常微小，直径约10-7～10 -5 m，在周围液体或气体分子的碰撞下，产生一种作用力，导致微粒的布朗运动。

2.分子扩散

在厨房里做饭炒菜，我们在屋外也能闻到饭菜的香味。更有意思的是，有时候锅里的油才烧热，厨房外面的人就闻到了油香。香味是怎么被人闻到的呢？因为在烹调的过程中，饭菜的分子有一部分被蒸发到空气中，并且渐渐地向四面八方运动，当它们钻进我们的鼻孔时，我们就闻到香味了，这个过程叫做扩散现象。正是气体的扩散作用帮助人们闻到了各种气味。

气体分子很小很小，我们的眼睛直接看不见它们。但是，这些分子的运动是能够间接地观察到的。在太阳光底下，我们可以看到许多尘埃在空气中飘来飘去，上下飞舞，就是受运动着的气体分子碰撞的结果。气体分子的运动是无规则的，互相之间不断地碰撞，不断地改变运动的方向。因为气体分子之间距离比较大，互相撞碰的机会少，所以它们很容易离散开来。有些气体的分子运动得很快，拿氢气来说，它的分子跑得比子弹头的速度还要快上几倍呢。正是这个缘故，气体物质的体积，如果不受外界的约束，就会不断膨胀扩大，扩散开来。

扩散现象不单气体里有，液体里也有。做汤的时候，滴进几滴酱油，即使不搅拌，整个汤里也会逐渐均匀地染上酱油的色泽，并富有酱油的美味。这就是酱油在汤里扩散的结果。

固体之间也有扩散现象。有人曾经做过这样的实验：把一块铅片和一块金片，分别磨光，压在一起，在室温下( 20℃)放置五年，金片和铅片便连在一块，它们互相混合的深度约一毫米。我们知道，在室温下，金和铅是不会熔解的，但是它们的接触面竟生成了一层