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热 学

热 学. [ 教学目的 ] 　　主要研究初中、高中现行物理教材中的典型演示实验和学生分组实验，进一步增强学生对常见热现象的理解深度，培养学生演示热学实验的基本技能，以及对实验进行讲解的能力。 [ 关键及难点 ] 　　热学实验通常对仪器的密闭性能要求较高，因此这一点即为热学实验能否成功的关键；对不同形状物体的加热方法也是一个影响实验效果的关键问题。 [ 教学方法 ] 　　学生独立、自主学习与师生合作探究学习相结合。每一个实验题目都要求学生独立进行操作训练，达到操作训练的具体标准。训练过程中要组织学生作示范性的操作与讲解，以便学生之间进行交流学习、相互促进、共同提高。

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Presentation Transcript

  1. 热 学 • [教学目的] • 　　主要研究初中、高中现行物理教材中的典型演示实验和学生分组实验，进一步增强学生对常见热现象的理解深度，培养学生演示热学实验的基本技能，以及对实验进行讲解的能力。 • [关键及难点] • 　　热学实验通常对仪器的密闭性能要求较高，因此这一点即为热学实验能否成功的关键；对不同形状物体的加热方法也是一个影响实验效果的关键问题。 • [教学方法] • 　　学生独立、自主学习与师生合作探究学习相结合。每一个实验题目都要求学生独立进行操作训练，达到操作训练的具体标准。训练过程中要组织学生作示范性的操作与讲解，以便学生之间进行交流学习、相互促进、共同提高。 • [辅助教学方法] • 以电视录象示范辅助教学，教师进行现场辅导。教师要参与到学生的实验训练当中，以便发现问题并及时进行讨论、研究以及进行必要的示范讲解和操作指导，及时解决学生自主学习过程中遇到的困难和障碍。 • [教学时数] 10课时。 <<<

  2. 升华和凝华 热功转换 热膨胀（固、液、气） 热传递（传导、对流、辐射） 沸点随压强改变 布朗运动的演示 分子力 液体表面张力

  3. 升华和凝华 • [实验目的] • 观察物质的升华和凝华的现象。 • [训练器材] • 圆底烧瓶、铁架台、酒精灯、碘 • [实验原理] • 物体从固态不经过液态而直接变成气态的现象，称为升华。升华过程物质吸收热量。固态碘吸收热量会直接升华为气态碘。 • 　　物质从气态不经过液态而直接变成固态的现象，称为凝华。凝华物质要放出热量。碘蒸气降温散热，将会直接凝化成固态碘。

  4. [训练步骤] • 1、将圆底烧瓶固定在铁架台上，在烧瓶里放入少量的碘。 • 2、用酒精灯给圆底烧瓶微微加热，注意观察碘的状态有什么变化。 • 3、停止加热，注意观察碘的状态的变化。 • [实验结论] • 物质可以发生固态和气态之间的相互转化。

  5. 热功转换 • [实验目的] • 研究内能和机械能的转化。 • [训练器材] • 酒精灯、铁架台、试管、软木塞、铜制筒式内能演示器、绳、乙醚等。 • [实验原理] • 物体内部大量分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。改变物体内能有两种方式，一种是做功，一种是热传递。外界对物体做功，物体的内能就增大；物体对外界做功，物体的内能就减小。在热传递过程中物体吸收热量，内能增大，温度升高；物体放出热量，内能减少，温度降低。从能的转化角度来看，通过做功改变物体的内能的实质是其它形式的能与内能的转化；通过热传递改变物体的内能实质是能量能量从高温物体向低温物体转移。我们可以利用内能的转移给物体加热，也可以利用内能的改变来做功。 • 在训练步骤2中的实验中，通过来回拉动绳子，外力克服摩擦力做了功，金属管内的内能增加，温度升高。由于热传递，金属管放热、管内乙醚吸热，乙醚温度升高。由于乙醚的沸点较低，管内乙醚沸腾，并产生大量蒸气。当蒸气压强增大到一定程度时，就把塞子冲开，这就是乙醚蒸气对塞子做功。

  6. [训练步骤] • 1、在试管中装入适量的水，用软木塞塞住管口，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出。 • 2、在铜制筒式内能演示器中加入适量乙醚，用软木塞塞住管口，用绳子摩擦管壁，管子中乙醚温度升高，乙醚气体将软木塞冲出。 • [实验结论] • 1、实验1中，燃料的化学能转化为内能，传给水和水蒸气，水蒸气把塞子冲出，内能转化为塞子的机械能。 • 2、实验2中，绳子的克服摩擦力做功转化为内能，传给乙醚，乙醚气体把塞子冲出，内能转化为塞子的机械能。

  7. 热 膨 胀 • [实验目的] • 研究固体、液体和气体的热膨胀现象。 • [训练器材] • 固体膨胀演示器、液体、气体热膨胀演示器、酒精灯等。 • [实验原理] • 热膨胀通常是指在外界压强不变的情况下，物体的体积随温度而变化的现象。由于温度改变，固体物质发生长度、面积或体积变化的现象，称为固体的热膨胀。固体在升温时膨胀，降温时收缩。液体遇热体积增大的过程，叫做液体的热膨胀。一般液体在温度升高时体积膨胀，在温度降低时体积减小。等压下气体遇热体积增大的过程，叫做气体的热膨胀。如果压强保持不变，温度升高，气体的体积将增大；温度降低气体的体积将减小。总之，在通常情况下，固体液体气体都具有热胀冷缩的特性。

  8. [训练步骤] • 未加热的黄铜球可以穿过铜环，用酒精灯加热后，就穿不过去 了。等冷却后，又可以穿过铜环。 • 液体加热后膨胀，液注上升，冷却以后液注下降。 • 用手摸烧瓶，可使其中的空气受热膨胀，细玻璃管中的红色水注外移，将手移开之后，烧瓶内空气冷却，红色水注将向里移动。 • [实验结论] • 上述实验验证了固体、液体、气体都具有热胀冷缩的特性。

  9. 热 传 递 • [实验目的] • 观察热量传递的三种方式 • [训练器材] • 金属传导架、烧瓶、铁架台、白炽灯等。 • [实验原理] • 热传递的三种方式包括热传导、热对流、热辐射。热传导是靠大量分子、原子和电子之间的相互碰撞作用，使热量由高温物体（或物体的高温部分）传向低温物体（或物体的低温部分）的热传递过程。热传导是固体中热传递的主要方式。不同的物质热传导性能也不同。 • 热对流是指液体或气体依靠其宏观流动而实现的热传递过程。自然对流是由于流体中各种温度不均匀引起压强或密度的差异而形成的。对流的特点是在热传递的同时伴有大量分子定向循环运动。在循环中温度逐渐趋于均衡。 • 热辐射是借助电磁波传递能量的方式，热辐射与对流、热传导不同，能把热量以光速穿过真空从一个物体传给另一个物体。所有物体均会因自身的温度而向外辐射热量。温度越高，辐射越强。辐射能量最强的波段也随温度改变，温度较低时是红外辐射。在500º以上时是发射较强的可见光以及紫外辐射。辐射源表面发射和吸收能量与表面的性质有关，表面越黑暗粗糙，发射和吸收作用越强。而表面白亮光滑的物体，发射和吸收辐射能的本领较弱。

  10. [训练步骤] • 1、传导 • 在金属传导架的铜棒上用蜡烛粘上若干火柴棍，在另一端加热，铜棒上的火柴棍很快地依次掉下来，铁棒上的火柴棍掉下来较慢。 • 2、对流 • 烧瓶内装入凉水，放入几粒高锰酸钾，使高锰酸钾颗粒集中在瓶底的一侧，给该侧的瓶底中加热，高锰酸钾溶液受热后不断上升，到达液面后又不断下降。 • 3、辐射 • 将两个相同的烧瓶中的一个涂上碳黑，把它们等距离地放在白炽灯两侧，接通电源使灯发光， 观察玻璃管中液注移动的快慢情况。 • [实验结论] • 以上证明了传递有三种方式，即传导、对流、辐射。

  11. 沸点随压强改变 • [实验目的] • 验证沸点随外界压强的改变而改变的规律。 • [训练器材] • 铁架台、烧瓶、烧杯、电热器、抽气筒等。 • [实验原理] • 在一定压强下，将液体加热到某一温度时，液体内部和器壁上涌现出大量气泡，整个液体 上下翻滚，剧烈汽化，这种现象称为沸腾。此时的温度，就是液体在此压强下的沸点。在相同外界压强下，不同液体具有不同沸点。同一种液体，在不同外界压强下具有不同的沸点。一切液体的沸点都随着外界压强的减小而降低，随着外界压强的增大而升高。

  12. [训练步骤] • 1、将烧杯内装入适量的水，用电热器加热，沸腾时停止加热。 • 2、待沸水停止沸腾后，倒入烧瓶内，用还有玻璃管的胶塞将胶塞将烧瓶密封。 • 3、用抽气筒将烧瓶的空气抽出，瓶中的水又沸腾起来了。 • [实验结论] • 气压减小时，水的沸点降低。

  13. 布朗运动的演示 • [实验目的] • 模拟布朗运动，验证布朗运动的存在。 • [训练器材] • 投影仪、气体分子运动演示仪、低压电源等。 • [实验原理] • 低压电源是实验室中常用的实验仪器。常用的有J1201型低压电源。它的内部结构主要由降压变压器及整流、滤波、稳压等电路组成。低压电源不仅能提供直流电还能提供交流电，而且电压可变。 • 　　低压电源的使用方法：首先将低压电源接入220伏后，打开电源开关，电源指示灯亮，在按照以下规定操作。 • （1）低压交流输出:接入“交流6A”的两个接线柱，就可得到输出50HZ的交流低压。输出电压的标称值有2V、4V、6V、12V并分别由对应的开关控制。向上拨开关为接通，接通的各电压值总合就是低压电源的输出电压。

  14. （2）低压直流输出：接入“直流6A”的两个接线柱时，即可输出含有100HZ的脉动直流电。输出电压的选择有 2V、4V、6V、12V之分。（2）低压直流输出：接入“直流6A”的两个接线柱时，即可输出含有100HZ的脉动直流电。输出电压的选择有 2V、4V、6V、12V之分。 （3）稳压直流输出：面板右下角有“稳压1A”并标有“+”和“-”的两个接线柱。将稳压选择旋钮拨到到2V、4V、6V、12V任一档位，就可输出相应的直流电压值，电流可达1A。 　　悬浮在液体或气体中的微粒表现出的永不停息的无规则运动，称为布朗运动。液体（或气体）分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因，这些液体（或气体）分子对悬浮在其中的微小颗粒不断地进行碰撞，这种碰撞的不平衡性引起了布朗运动。

  15. [训练步骤] • 1、将塑料的分子和钢珠置于仪器盘中（钢珠先放一部分，演示中可陆续放入） • 2、将投影仪的开关打开，调到正常的工作状态。 • 3、接通6伏电源 • 4、将AB开关打开，让波状壁四面驱动，观察模拟分子运动。 • 5、关闭AB开头，开启A开关，让波状壁单面驱动，再观察模拟分子的运动。 • [实验结论] • 气体分子永不停息地在作无规则运动。

  16. 分　子　力 • [实验目的] • 验证分子间存在着作用力。 • [训练器材] • 圆柱体铅块、刮刀、钩码、铁架台等。 • [实验原理] • 分子间同时存在着引力和斥力，它们的大小都跟分子之间的距离有关。随着分子间距离的增大引力和斥力都减小、随着分子间距离的减小引力和斥力都增大，但斥力比引力随距离变化得快。当分子间距离等于（数量级约为 米）时，引力和斥力平衡，分子力为零，分子处于平衡位置。当分子间距离小于 时，分子力表现为斥力；当分子间距离大于 时，分子力表现为引力。分子间可以发生相互作用 距离非常短，一般说来，当分子间的距离超过 的10倍以上时，相互作用就变得十分微弱了，可以认为分子力等于零。

  17. [训练步骤] • 1、将两块圆柱体的端面用刮刀刮平，用手把两端面压紧，由于分子间的引力，两铅块便结合在一起了。 • 2、将铅块悬挂起来，下面挂上钩码。 • [实验结论] • 分子间存在着引力。

  18. 液体表面张力 • [实验目的] • 验证液体表面具有表面张力。 • [训练器材] • 烧杯、铜线框、棉线、肥皂水。 • [实验原理] • 作用于液体表面上任一假想分界线的两侧、垂直于该分界线并与液面相切、能使液面具有收缩趋势的相互吸引的力，称为表面张力。表面张力产生的原因是由于液体的表面层内分子的分布比液体内部稀疏,分子间距离加大,表面层中分子间的相互作用表现为引力，这就是表面张力。由于液体表面张力的作用，液体有收缩到最小面积的趋势。如果在液体表面划一条长度为 的直线，将液面分成两部分，那么分界线两侧液面之间的表面张力满足关系式：　 　。　叫表面张力系数，大小等于作用在液体表面单位长度分界线上的表面张力。

  19. [训练步骤] • 1、将铜框浸入肥皂水中，拿出来，铜框上形成一层肥皂薄膜。 • 2、用热针将棉线一侧的肥皂膜刺破，另一部分肥皂膜由于表面张力的作用而收缩，棉线向一侧绷紧。 • [实验结论] • 液体跟气体接触的表面存在一个薄层（表面层），由于液体分子力的作用，液体的表面层具有表面张力，液体的表面张力具有收缩的趋势。

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