DOC《问题48.如何改变物体的内能？》

问题48.

如何改变物体的内能? 学生提问 爆米花是将玉米放入铁锅内,边加热边翻动一段时间后,"砰"的一声变成玉米花.下列说法正确的是( ) A.玉米粒主要通过翻动铁锅对其做功,使其内能增加 B.玉米粒主要通过与铁锅间的热传递,使其内能增加 C.玉米粒内水份受热膨胀对粒壳做功爆开,内能不变 D.玉米粒内水份受热膨胀对粒壳做功爆开,内能增加 爆米花又香又脆,我非常喜欢吃!老师,听说改变内能的方法有两个,玉米的内能是通过什么方法改变的?要真的是这样爆的,我也回家试试! 问题探究 内能的含义(重要性:) 老师:学生,你先想想,什么是物体的内能? 学生:课本上讲,内能是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和. 老师:那你认为内能的大小与什么因素有关? 学生:我觉得,对某个物体来说,它的分子数量是一定的,分子势能基本恒定,内能的大小应该这要取决于分子动能的大小;

而分子热运动越剧烈,分子的动能就越大;

从前面的墨水扩散实验可知,物体的温度越高,分子无规则运动就越剧烈. 所以,内能的大小与物体的温度有关.温度越高,内能越大!温度越低,内能越小! 老师:很好!那怎样才能使物体温度升高或降低呢? 通过热传递改变物体的内能(重要性:) 学生:我想想,我家喝的水要先用电磁炉加热到沸腾,水的温度升高到100℃左右,这时水的内能增大了!原因是水从温度高的炉子中吸收了热量,所以温度升高,内能增大! 当我要喝水的时候,需要把水从热水瓶中倒入杯子里,放在桌子上凉上一段时间,等温度低到不烫嘴的程度再喝,这时水的内能减小了!原因是热水与周围的冷空气接触,水向空气中放出了热量,所以温度降低,内能减小! 因此可以通过吸热或放热来改变物体的内能. 老师:你分析的很好!那你认为在什么条件下物体才能吸热或放热呢? 学生:应该是两个物体(或物体的不同部位)的温度不同,存在温差吧! 老师:对!那物体间吸、放热的过程中到底传递的是什么呢? 学生:我想想,水从炉子中吸热时,不考虑蒸发或沸腾时以水蒸气的形式逸出的水分子,水的多少并没有改变,构成电磁炉的材料多少也没有改变,所以传递的不是物质,那应该是内能这种能量吧? 老师:你的认为很准确!物体间吸、放热的过程我们给它取了个名:叫做热传递.你能概括一下吗? 学生:热传递是能量从高温物体转移到低温物体,或从物体的高温部分转移到低温部分的过程.热传递的实质是能量的转移过程.发生热传递的条件是存在温差. 通过热传递,高温物体放出热量,内能减小;

低温物体吸收热量,内能增大. 上面的题目我知道答案了:铁锅是高温物体,玉米粒主要通过与铁锅间的热传递,使其内能增加的! 老师:对啊,那你再想想,玉米粒是怎样变成了爆米花?消耗了什么能量? 通过做功改变物体的内能(重要性:) 学生:玉米粒不断从铁锅中吸收热量,内能不断增大,内部分子、特别是水分子的热运动越来越剧烈!应该是内能增大到一定的响度时,玉米粒体积膨胀超过极限,对粒壳做功爆开.这样就消耗了内能,因此内能减小. 老师:呵呵,那这是不是通过热传递的方式改变内能呢? 学生:不是,这种方式是做功吧? 老师:对啊!你能再列举出一些通过做功改变内能的例子吗? 学生:我想想,冬天露在外面的手冷,我通过两只手相互摩擦,手就感到暖和;

这和我从历史中了解到的古人"钻木取火"道理一样,是通过对物体做功,增大了物体的内能! 有一次我的自行车车筐松动了,我想找一段细铁丝来拧紧它,但没钳子,于是用手反复弯折铁丝,最后将铁丝折断了.不过我的手碰到断头时感觉这个部位温度很高,有点烫手,这也是通过对铁丝做功增大了铁丝的内能. 我骑的自行车轮胎用一段时间里面气体就少了,当我用打气筒给轮胎充气时,打气筒下端很热,这也是通过对打气筒做功,增大了打气筒的内能吧? 老师:你的经历还真丰富呀! 打气筒的内能增大,其实包含了两种做功的形式:一是活塞与打气筒内壁之间的摩擦形式,二是活塞也活塞下方的气体之间的压缩形式.你列举的这几个例子都是通过对物体做功,使物体内能增大了. 其实还有许多通过物体对外做功,内能减小的例子.例如大街小巷中飞驰的汽车、摩托车,它们的工作原理就是利用燃气的内能来做功,得到机械能的.下一步我们要专门学习,到时你要多多注意呀! 学生:好的,老师.我还有个问题:是不是所有的做功都能改变物体的内能呢? 老师:举个例子,建筑工地上的起重机将一部分建筑材料从地面吊到5层楼上,做了200000J的功,建筑材料的内能增大了吗?你想想看? 学生:建筑材料的内能没变,只是机械能增加了.原因是材料的高度增加了,但内部分子的无规则运动状况没有改变. 那看来只有改变了分子热运动的做功才会改变物体的内能呀! 谢谢老师!通过您的讲解,我明白了:做功改变内能的实质是能量的转化,是内能转化成了其他形式的能,或其他形式的能转化成了内能. 所以改变内能的方法有两种:热传递和做功. 学生笔记 改变内能的方法有:做功和热传递. 做功改变内能的实质是能量的转化,形式主要有:摩擦、击打、弯折、压缩、膨胀. 热传递改变内能的实质是能量的转移. 要点训练 1.如图所示,把一个底端密闭的薄壁金属管固定在桌上,管里放一些酒精,管口用塞子塞紧,用绳子在管外绕几圈并迅速地来回拉动,一会看到塞子被弹起. (1)拉动绳子克服摩擦做功,是将机械能转化为________能. (2)请说出该实验中的某一现象并简述其原因. 现象: 原因: 答案:(1)内(热) (2)现象①:塞子被弹起;

原因:筒内气体膨胀对活塞做功. 现象②:筒口出现白雾;

原因:气体膨胀做功,内能减小,温度降低,液化成小液滴. 现象③:筒壁发热;

原因:摩擦生热,机械能转化为内能. (注:现象合理即可,原因须与现象对应.) 解析:塞子是酒精蒸气做功推出去的,蒸气的内能转化为塞子的机械能;

而酒精蒸气则是绳子克服摩擦做功,机械能转化为内能,酒精汽化形成的. 2.如图所示的做法中,属于用做功的方法改变物体内能的是( ) 答案:A 解析:通过做功改变内能是把机械能转化为内能,一般包括摩擦、击打、弯折、压缩、膨胀等形式.而热传递则是通过内能的转移来改变内能.一般发生热传递时物体间存在明显的温差. 3.如图所示,将铁丝快速地弯折十余次,铁丝弯折处的温度会 ,这是通过 的方式使其内能增加的. 答案:升高 做功 解析:通过弯折做功,使弯折部位的分子运动加剧,因此内能增大,温度升高. 4.下列现象中,用做功的方法改变物体内能的是( ) A.冬天晒太阳感到暖和 B.双手搓搓感到暖和 C.用燃气灶烧水 D.酒精涂在手上觉得凉爽 答案:B 解析:晒太阳、用燃气灶烧水是通过从高温物体中吸热来增大内能的;

酒精蒸发吸热,手放出热量,内能减小;

而双手互搓则是通过摩擦做功,机械能转化为内能使内能增大的. 5. "神州五号"返回舱进入大气层到着陆的过程中,下列说法正确的是( ) A.动能减少,势能增加 B.动能增加,势能减少 C.机械能增加 D.机械能减少 答案:D 解析:由于"神州五号"返回舱进入大气层后与空气剧烈摩擦做功,所以机械能不断转化为内能,因此机械能减少. 6.如图所示的四个事例中,用做功方式改变内能的是() ①冬天,搓手会 ②冬天,嘴对 ③炒菜时,铁锅热 ④水蒸气把软木 让手变暖和 手哈气取暖 得烫手 塞冲开时温度会降低 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 答案:D