《空氣的熱脹冷縮》課件

空氣的熱脹冷縮空氣是物質(zhì)，物質(zhì)有熱脹冷縮的特性，因此，空氣在溫度升高時(shí)會(huì)膨脹，在溫度降低時(shí)會(huì)收縮。課程目標(biāo)理解熱脹冷縮的概念了解物質(zhì)受熱膨脹和遇冷收縮的原理。掌握熱脹冷縮的應(yīng)用學(xué)習(xí)在生活、生產(chǎn)中熱脹冷縮的應(yīng)用實(shí)例。熱脹冷縮的基本概念熱脹物體在溫度升高時(shí)，體積會(huì)膨脹。冷縮物體在溫度降低時(shí)，體積會(huì)收縮。溫度變化熱脹冷縮是物質(zhì)受溫度變化而發(fā)生的體積變化現(xiàn)象。熱脹冷縮的物理原理分子運(yùn)動(dòng)物質(zhì)是由大量分子構(gòu)成，分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，距離增大，物質(zhì)體積膨脹。溫度影響溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，熱脹冷縮現(xiàn)象越明顯。物質(zhì)特性不同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和排列方式不同，熱脹冷縮的程度也不相同。例如，氣體熱脹冷縮最明顯，固體次之，液體最小。熱脹現(xiàn)象的應(yīng)用1熱氣球熱空氣比冷空氣輕，熱氣球利用熱空氣的膨脹上升，實(shí)現(xiàn)飛行。2溫度計(jì)液體受熱膨脹，體積增大，溫度計(jì)利用這一原理測量溫度。3橋梁建設(shè)橋梁設(shè)計(jì)需要考慮熱脹冷縮的影響，避免因溫度變化導(dǎo)致橋梁變形或損壞。冷縮現(xiàn)象的應(yīng)用橋梁建設(shè)橋梁在建造時(shí)，需要考慮鋼材的熱脹冷縮。在寒冷的冬季，鋼材會(huì)收縮，導(dǎo)致橋梁的長度縮短。鐵路鋪設(shè)鐵軌在夏季高溫下會(huì)膨脹，冬季寒冷時(shí)會(huì)收縮，因此需要預(yù)留伸縮縫，防止鐵軌變形。瓶蓋設(shè)計(jì)一些瓶蓋的制作利用了冷縮原理。瓶蓋在冷卻后收縮，更容易擰緊，防止瓶子漏氣。熱量膨脹的例子熱量會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)膨脹，這是一個(gè)常見的現(xiàn)象。例如，當(dāng)我們用熱水加熱氣球時(shí)，氣球會(huì)膨脹變大。這是因?yàn)闊崃渴箽馇騼?nèi)部的空氣分子運(yùn)動(dòng)加快，相互之間距離增大，從而導(dǎo)致氣球膨脹。另一個(gè)例子是氣象觀測中的溫度計(jì)。當(dāng)溫度升高時(shí)，溫度計(jì)內(nèi)的水銀或酒精會(huì)膨脹，液面升高，從而顯示出更高的溫度。這是因?yàn)闊崃渴挂后w分子運(yùn)動(dòng)加快，相互之間距離增大，導(dǎo)致液體膨脹。冷量收縮的例子當(dāng)氣溫下降時(shí)，空氣會(huì)收縮，體積變小。比如，冬天的時(shí)候，氣溫很低，空氣會(huì)收縮，導(dǎo)致氣壓升高。這就會(huì)造成氣溫下降的現(xiàn)象。另外，當(dāng)水結(jié)冰時(shí)，體積會(huì)膨脹，這是因?yàn)樗肿釉诠虘B(tài)時(shí)的排列方式發(fā)生了變化，導(dǎo)致體積增大。這就是為什么冰會(huì)浮在水面上，而不是沉入水底的原因。熱脹冷縮現(xiàn)象的重要性橋梁建設(shè)橋梁在溫度變化下會(huì)膨脹或收縮，需考慮伸縮縫的設(shè)計(jì)。鐵路建設(shè)鐵路軌道在溫度變化下會(huì)膨脹或收縮，需考慮伸縮縫的設(shè)計(jì)。航空航天飛機(jī)和火箭在溫度變化下會(huì)膨脹或收縮，需考慮材料的熱膨脹系數(shù)。熱脹冷縮現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)歷程早期觀察古代人們觀察到氣溫變化對(duì)物體的影響，例如夏天鐵軌變長、冬天水管破裂。伽利略研究伽利略通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氣體在加熱時(shí)體積會(huì)膨脹，冷卻時(shí)體積會(huì)收縮，這奠定了熱脹冷縮現(xiàn)象的研究基礎(chǔ)。近代實(shí)驗(yàn)18世紀(jì)，科學(xué)家利用精密儀器進(jìn)行熱脹冷縮的精確測量，并提出了熱脹冷縮的定量規(guī)律，將熱脹冷縮現(xiàn)象的研究推向新的高度?，F(xiàn)代應(yīng)用熱脹冷縮現(xiàn)象在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如熱膨脹閥、溫度計(jì)等。實(shí)驗(yàn)1：氣球膨脹與收縮1準(zhǔn)備材料氣球吹氣筒冰塊熱水2實(shí)驗(yàn)步驟將氣球吹脹，系緊口將氣球放入盛有冰塊的容器中觀察氣球的變化將氣球取出，放入盛有熱水的容器中繼續(xù)觀察氣球的變化3實(shí)驗(yàn)結(jié)論氣球在冷水中會(huì)收縮，在熱水中會(huì)膨脹。這表明氣體受熱會(huì)膨脹，遇冷會(huì)收縮。實(shí)驗(yàn)2：氣體體積變化通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以觀察氣體體積受溫度影響的變化規(guī)律。1準(zhǔn)備材料注射器、燒杯、熱水、冷水2實(shí)驗(yàn)步驟將注射器吸入一定量空氣，并將針頭堵住。分別將注射器放入熱水和冷水中，觀察注射器內(nèi)活塞的變化。3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象注射器放入熱水后，活塞向外移動(dòng)；放入冷水中，活塞向內(nèi)移動(dòng)。4結(jié)論氣體受熱膨脹，遇冷收縮。這個(gè)實(shí)驗(yàn)直觀地展示了氣體體積隨溫度變化的現(xiàn)象，為我們理解熱脹冷縮提供了感性認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)3：金屬的熱脹冷縮金屬受熱時(shí)，原子運(yùn)動(dòng)加劇，間距增大。金屬體積膨脹，稱為熱脹。金屬冷卻時(shí)，原子運(yùn)動(dòng)減緩，間距縮小。金屬體積收縮，稱為冷縮。1準(zhǔn)備材料金屬棒、酒精燈、溫度計(jì)、量筒2實(shí)驗(yàn)步驟將金屬棒放入酒精燈加熱，觀察長度變化。3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象金屬棒長度增加，說明金屬受熱膨脹。4實(shí)驗(yàn)結(jié)論金屬具有熱脹冷縮的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)4：熱脹冷縮在生活中的應(yīng)用熱脹冷縮現(xiàn)象在日常生活中隨處可見，許多物品的設(shè)計(jì)都考慮到了熱脹冷縮帶來的影響。1橋梁橋梁建造中要留伸縮縫2鐵路鐵軌間留有間隙3熱氣球熱氣球利用熱空氣膨脹原理升空熱脹冷縮現(xiàn)象對(duì)生活的影響不可忽視，了解和掌握這一原理，才能更好地應(yīng)用于生活。熱脹冷縮的影響因素11.溫度溫度升高，物質(zhì)膨脹；溫度降低，物質(zhì)收縮。22.物質(zhì)性質(zhì)不同物質(zhì)的熱脹冷縮程度不同，例如金屬比液體膨脹得快。33.壓力氣體在壓力作用下體積會(huì)發(fā)生變化，壓力增大，體積縮小。44.物質(zhì)狀態(tài)固體、液體和氣體的熱脹冷縮現(xiàn)象各不相同，氣體膨脹得最明顯。溫度對(duì)氣體體積的影響氣球體積變化氣球受到熱量時(shí)，空氣會(huì)膨脹，導(dǎo)致氣球體積增大。冷空氣會(huì)收縮，氣球體積變小。熱氣球原理熱氣球利用熱空氣膨脹上升的原理，當(dāng)熱空氣溫度越高，其體積越大，產(chǎn)生的浮力就越大，熱氣球便能飛上天空。氣瓶壓力變化氣瓶中氣體溫度升高時(shí)，壓力也會(huì)隨之升高。氣瓶溫度降低時(shí)，壓力也會(huì)降低，這與氣體熱脹冷縮原理密切相關(guān)。壓強(qiáng)對(duì)氣體體積的影響壓強(qiáng)增加當(dāng)氣體受到壓強(qiáng)增加時(shí)，氣體分子之間的距離減小，導(dǎo)致氣體體積減小。壓強(qiáng)減小相反，當(dāng)氣體受到壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體分子之間的距離增大，導(dǎo)致氣體體積增大。燒杯中水的熱脹冷縮將一杯水放在火爐上加熱，水的溫度會(huì)升高，體積也會(huì)膨脹。當(dāng)水冷卻時(shí)，它的溫度會(huì)下降，體積也會(huì)收縮。我們可以通過觀察燒杯中水位的變化來了解水的熱脹冷縮現(xiàn)象。當(dāng)水被加熱時(shí)，水位會(huì)上升。當(dāng)水冷卻時(shí)，水位會(huì)下降。金屬杯中水的熱脹冷縮將金屬杯裝滿水，然后放入熱水中。當(dāng)水被加熱時(shí)，水會(huì)膨脹，體積會(huì)變大。因?yàn)榻饘俦彩軣崤蛎?，但金屬的膨脹程度遠(yuǎn)小于水。水膨脹超過了金屬杯的膨脹，導(dǎo)致水從杯中溢出。汽車輪胎的熱脹冷縮高溫膨脹夏季氣溫高，輪胎內(nèi)的空氣膨脹，體積變大，輪胎氣壓升高，容易爆胎。低溫收縮冬季氣溫低，輪胎內(nèi)的空氣收縮，體積變小，輪胎氣壓下降，容易導(dǎo)致輪胎變形。氣壓檢測定期檢查輪胎氣壓，根據(jù)季節(jié)和溫度變化調(diào)整氣壓，保證行駛安全。建筑物的熱脹冷縮建筑物在陽光照射下溫度升高，材料膨脹，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。夜晚氣溫下降，材料收縮，結(jié)構(gòu)恢復(fù)原狀。建筑物設(shè)計(jì)必須考慮熱脹冷縮的影響，避免結(jié)構(gòu)失效，例如橋梁、高樓、隧道。氣象觀測中的熱脹冷縮氣溫變化空氣受熱膨脹，體積變大，密度變小。氣壓變化空氣受冷收縮，體積變小，密度變大。風(fēng)向變化氣溫變化導(dǎo)致氣壓變化，從而形成風(fēng)。降水變化空氣受熱膨脹，上升，冷卻，形成云，降水。熱脹冷縮對(duì)機(jī)械設(shè)備的影響11.精密機(jī)械溫度變化會(huì)導(dǎo)致金屬零件的尺寸變化，可能導(dǎo)致精密機(jī)械設(shè)備的精度下降。22.軸承軸承的尺寸變化可能導(dǎo)致軸承的潤滑油流動(dòng)性發(fā)生改變，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。33.齒輪齒輪的尺寸變化可能會(huì)導(dǎo)致齒輪嚙合不良，造成設(shè)備的磨損和故障。44.管道管道尺寸的變化可能會(huì)導(dǎo)致管道泄漏或管道壓力變化，影響設(shè)備的安全性。熱脹冷縮對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響精密制造熱脹冷縮會(huì)影響零部件的尺寸精度，需要進(jìn)行溫度控制，保證產(chǎn)品質(zhì)量。管道工程管道熱脹冷縮會(huì)造成管道變形，需要考慮膨脹節(jié)等措施，防止管道破裂。橋梁建設(shè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)受溫度影響會(huì)產(chǎn)生膨脹和收縮，需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和施工，確保橋梁的安全。安全注意事項(xiàng)高溫環(huán)境避免在高溫環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避免熱脹冷縮導(dǎo)致器材損壞或安全事故。實(shí)驗(yàn)操作小心操作實(shí)驗(yàn)器材，避免燙傷或其他意外傷害。實(shí)驗(yàn)環(huán)境保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境整潔，避免雜物影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)選擇安全可靠的材料，避免使用易燃易爆或有毒材料。小結(jié)熱脹冷縮物質(zhì)受熱膨脹，遇冷收縮，這是物質(zhì)的基本性質(zhì)。重要應(yīng)用熱脹冷縮現(xiàn)象在生活、生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用，如金屬橋梁的伸縮縫。安全注意事項(xiàng)了解熱脹冷縮現(xiàn)象，可以避免一些安全事故，如水壺煮沸時(shí)不要裝得太滿。繼續(xù)學(xué)習(xí)熱脹冷縮現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的過程，還有很多方面值得深入研究。思考題1.你能舉出生活中哪些現(xiàn)象是熱脹冷縮引起的？2.溫度、壓強(qiáng)等因素是如何影響熱脹冷縮的？3.熱脹冷縮現(xiàn)象在工業(yè)生產(chǎn)中有哪些應(yīng)用？4.熱脹冷縮