师:同学们,今天我们一起复习热现象。这里有两个物体a、b,a物体温度高,b物体温度低。如果它们相互接触,会发生什么现象呢?我们知道物体的内能是构成物体的所有分子热运动的动能与分子势能的总和。a物体温度高,其分子平均动能大;b物体温度低,分子平均动能小。当它们相互接触,b物体分子在a物体分子影响下运动加剧,内能增大;相应地,a物体分子在b物体分子影响下运动变缓,内能减小。这时,能量从高温的a物体向低温的b物体转移,这种现象我们称为热传递,热传递是改变内能的途径。注意,在热传递过程中,能量从高温物体向低温物体转移,与物体本身内能大小无关。下面我们回顾几个知识点:

  热传递可以改变物体的内能。

  热传递的方向是能量从高温物体向低温物体转移。

  在热传递过程中,传递能量的多少叫做热量。

  下面我们用这些知识解决一个问题。如图一所示,小明在绝热容器中装入水,并安装一支电加热器,接通稳定电源后,电加热器温度升高,随后水的温度也慢慢升高。这里的绝热容器指容器内物体不与容器外物体发生热传递。问题来了:

  在水温度升高时,水和加热器之间能量从哪个物体传递给哪个物体?要解决这个问题,我们从热传递条件说起,热传递是能量从高温物体传递给低温物体。在这个装置中,高温物体是电加热器,低温物体是水,所以能量是从电加热器传递给水。

  我们解决第一个问题的依据是,在热传递中,什么叫做热量?传递能量的多少叫做热量,能量从高温物体向低温物体转移。同学们,都明白了吗?那是不是所有的内能变化都是由热传递引起的呢?我们来看下一个问题。

  在一个绝热容器中加入适量水,盖子上有个小孔,用橡皮塞堵住,盖紧盖子后如图2A所示。过一会儿,橡皮塞被推出,如图2B所示。

  在橡皮塞被推出的过程中,橡皮塞获得了什么能量?我们注意到橡皮塞原本静止,被推出过程中运动起来且往高处走,这种能量我们称为机械能,所以橡皮塞获得的是机械能。

  是什么推动了橡皮塞呢?这个过程又叫做什么?从运动和力的角度看,肯定是力推动了橡皮塞。橡皮塞要向上运动,推动它的力应该向上,能提供向上力的是容器内的气体,容器内气体推动橡皮塞向上移动了一段距离,所以我们把这个过程称为做功。

  在这个过程中,容器内气体对橡皮塞做功,内能会怎么变化?从能量守恒角度考虑,如果一个物体对其他物体做功,会消耗一定能量。容器内气体消耗的是内能,所以它的内能会减小。因此,我们知道改变物体的内能不仅有热传递,还有做功,做功也是改变物体内能的途径。

  我们再用刚回顾的知识看一个新问题。如图2所示,用搅拌器对另一个绝热容器中的水进行搅拌,搅拌器由两支砝码下降提供动力。砝码下降时,搅拌器转动搅拌水,在水中搅拌器碰不到的位置安装一支温度计,观察水温度的变化。经过反复多次让两支砝码下降,发现搅拌后绝热容器中的水温度上升了。

  水温度升高过程中,水的内能增大,此过程中水的内能主要是通过热传递还是做功的途径改变的呢?要判断是做功还是热传递,可以通过它们的条件判断。如果是热传递,就要看装置中是否存在温度高低不同的两个物体。在这个装置中,与水接触的是温度计和搅拌器,砝码下降前,它们长期与水接触,不存在温差,热传递条件不满足,所以排除热传递。我们也可以分析做功的情况,搅拌器转动时,叶片给水一个推动力,且沿力的方向移动了距离,满足做功条件,所以准确答案是通过做功途径改变的。

  从能量转化角度分析,水的内能是由什么能量转化而来的呢?观察整个装置可知,主要通过砝码下降获得动力,砝码具有的能量是机械能,且属于这个系统,所以答案是系统的机械能。

  回顾知识,改变内能的途径有两个,一个是热传递,本质是能量从高温物体向低温物体转移;另一个是做功,本质是机械能和内能之间的转化。下面我们来做一道题。如图4所示,在配有活塞的厚玻璃筒内,放一小团硝化棉,迅速下压活塞,硝化棉燃烧。请判断以下说法是否正确:

  此实验只通过热传递改变桶内空气的内能。

  下压活塞的过程,空气的内能转化为活塞的机械能。

  老师这里有两位同学的答案,我们一起看看对不对。第一位同学说第一小题错误,因为此过程中桶内空气内能增大的原因之一是活塞压缩桶内空气做功。同学们,你们认为这个说法对吗?我认为这个说法是正确的,因为下压过程中,活塞给空气一个向下的力,且沿力的方向移动了一段距离,这就是做功。我们再看看第二位同学对第二题的看法。

  这位同学认为第二小题正确,因为活塞原来不动,后来下压有了机械能。同学们,你们觉得这位同学的看法正确吗?以老师的经验,这位同学对实验应该比较熟悉,知道实验中有机械能、内能、火花、冒烟等现象,但可能没搞清楚机械能和内能的因果关系。在活塞下压过程中,机械能是因,内能变化是果,如果搞清楚因果先后关系,就不会犯这样的错误。

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《9年级下册物理 热现象复习(二) 逐字稿-3,878字 第5版》.docx
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