师:同学们,我们周围存在各种形式的能量,像太阳能、机械能、化学能、电能等等。机械能八年级时已学过,这节课我们来认识另一种能——内能。为让大家立刻感受到内能的存在,请伸出双手,这样来回用力摩擦,有什么感觉?双手是不是感到变暖了?还有哪些方法能让双手变暖呢?对,还可以对着手心哈气,双手也会觉得变暖。相信同学们还能想到其他方法。双手变热其实就是双手的内能增加了。大家是不是迫不及待想知道内能到底是一种什么样的能量呢?为更好地学习新知识,我们先复习上节课用来解释热现象的分子动理论。分子动理论主要内容有:常见的物质是由大量的分子、原子构成的;物质内的分子在不停地做热运动;分子之间同时存在引力和斥力。
前面学习知道,物体由于运动,比如在水平地面上运动的小球具有动能,质量相同的物体速度越大动能越大。微观上,物质由大量分子、原子构成,分子虽小也有质量,且分子在不停做无规则运动,像水槽中的水由大量水分子构成,水分子永不停息地做无规则运动,所以分子具有动能,叫做分子动能。温度越高,分子运动越剧烈,分子动能也就越大。
现在请同学们欣赏古诗:“墙角数枝梅,凌寒独自开。遥知不是雪,为有暗香来。”远处的梅花开在枝头上,相对我们观察者来说,梅花静止动能为零,但我们能闻到梅花的香味,这说明了什么?说明梅花香味的分子在永不停息地做无规则运动,具有分子动能不为零。
物体怎样才有势能呢?地球和地球表面的物体之间相互吸引,比如树上的荔枝受重力作用,荔枝具有什么能?重力势能。弹簧被压缩时,弹簧各相邻部分间会相互排斥;拉伸时,弹簧各相邻部分之间会互相吸引。弹簧的压缩和拉伸都在弹性形变范围内,具有什么能?弹性势能。显然,弹簧因为发生弹性形变,各相邻部分间有相互作用力而产生了弹性势能。分子除了动能也有势能吗?分子之间虽然没有弹簧连着,但分子动理论告诉我们,分子之间同时有引力和斥力,从而具有了势能,叫做分子势能。
我们如何定义内能呢?我们把构成物体的所有分子,其热运动的动能和分子势能的总和叫内能,能量的单位是焦耳。内能也是能的一种,所以内能的单位也是焦耳,用符号 J 表示。请同学们注意理解,内能是指物体具有的能量,不是一个分子具有的能,而是物体内部所有分子具有的总能量。
内能与机械能有何区别?根据之前所学,在空中飞行的乒乓球具有动能,离开地面具有重力势能,乒乓球和球拍相互接触时具有弹性势能。乒乓球的动能和势能的总和叫机械能,机械能与物体的机械运动情况有关,比如物体是否有速度、是否有高度、是否有弹性形变。现在请同学们想一想,飞在空中的乒乓球除了有机械能,还具有什么能?对,乒乓球还具有内能,是构成物体的所有分子,其热运动的动能和分子势能的总和。所以内能与物体内部的分子总数目、热运动的分子动能、相互作用的分子势能有关。因此,内能是不同于机械能的另一种形式的能。
哪些物体具有内能呢?请同学们看这幅图片,皑皑白雪上,火山爆发时,炽热的岩浆分子运动很剧烈,具有分子动能,所以具有内能。那么覆盖火山的皑皑白雪温度很低,白雪有内能吗?请思考并回答。
生:冰冷的白雪虽然温度很低,但是白雪是由水分子构成的。水分子在永不停息地做无规则运动,具有分子动能,所以冰冷的白雪也具有内能。
师:对,内能和我们的生活息息相关。我们身体各部位,如双手、脸、头发等都有内能。同学们身边的桌椅、各种学习用品,屋里的各种电器等等都具有内能,它也是推动科技进步的一种重要能量。今年 6 月 17 日,神舟十二号载人飞船由长征二号 F 火箭送入太空,发射火箭需要巨大的能量,就来源于燃料燃烧释放的内能。总之,一切物体不论温度高低都具有内能。接下来我们一起来学习如何根据内能的定义去分析问题。内能是构成物体所有分子其热运动的动能和分子势能的总和,根据这一定义,可以从物体的分子总数目、分子动能和分子势能三方面去进行分析。请看例题。甲、乙两杯水温度分别为 40 摄氏度、80 摄氏度,请问哪杯水的内能大?为什么?先请一位同学来回答。
