师：同学们，今天我们一起学习高二粤教版选择性必修三第三章第一节热力学第一定律。首先回顾基础知识。由分子动理论可知，物体由大量分子组成，分子总在不停地做无规则运动，其剧烈程度与物质温度有关，且分子间存在相互作用的引力和斥力。
从油膜法测量分子直径大小的实验，我们知道物体内部的分子有大小、有质量。从布朗运动现象可知，物体内部的分子总在不停地做无规则运动，具有分子热运动的速率。物体内部的分子由于做热运动，所以具有分子动能，温度越高，热运动越剧烈，分子动能越大。
之前学习得知，点电荷相互间有电场力作用，电场力做功，点电荷具有电势能；弹弓发生弹性形变，有弹力作用，弹力做功，弹弓具有弹性势能；工人在高空作业，有重力作用，重力做功，工人具有重力势能。那么物体内部的分子有力吗？从之前知识可知，分子间存在作用力，分子间斥力和引力同时存在，它们的大小都随分子距离的增大而减小。从图中可见，当分子距离大于(r_0)时，分子力表现为引力；当分子距离小于(r_0)时，分子力表现为斥力。当分子间距改变，分子力做功会引起能量变化，所以分子间具有由它们相对位置决定的势能，我们称之为分子势能。
那么分子势能的大小与分子间距有什么关系呢？首先取无穷远处分子间势能为(0)。当分子间距从无限远到平衡位置(r_0)时，分子力表现为引力，分子间距减小，分子力做正功，分子势能减小。当分子间距为平衡位置(r_0)时，分子间作用力为(0)，分子势能最小。当分子间距小于(r_0)时，分子间作用力表现为斥力，分子间距减小，分子力做负功，分子势能增大。
综上，我们可以得到分子势能与分子间距的关系图像。对比分子力 - 分子间距图像和分子势能 - 分子间距图像，可发现两个图像形状有一定相似性。随着分子间距变大，分子力的大小先减小后增大再减小。当分子间距大于(10)倍(r_0)时，可认为分子力约为(0)。取无穷远为分子势能零点，随着分子间距变大，分子势能先变小后变大。当分子间距大于(10)倍(r_0)时，可认为分子势能约为(0)。但同学们要留意，分子力 - 分子间距图像中图像与横轴的交点为(r_0)，意味着当分子间距为(r_0)时，分子力为(0)，但此时分子势能并不为(0)；在分子势能 - 分子间距的图像中，当分子间距为(r_0)时，分子势能最小，但也不为(0)，这是两个图像的主要差异。
我们把物体机械运动的动能和势能总和称为机械能，类似地，物体中所有分子的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。由此可知，对于一定质量的物体，影响其内能的两个宏观物理量分别是温度和体积。温度会影响分子动能，温度上升，分子动能增大；体积会影响分子势能，体积变化会使分子间距发生变化，从而导致分子势能变化。那么用什么方式可以使物体内能发生变化呢？
生活中，把金属勺子放在热汤中，勺子温度升高，内能增大；食物放入冰箱，温度下降，内能减少；在太阳光照射下，太阳能热水器中的水温度升高，内能增大。这些例子都是通过热传递来改变物体的内能，热传递过程中物体内能变化的量，我们称为热量。习惯上所说物体吸热或放热多少，实际上是指热传递使物体的内能增加或减少多少。比如柴火烧水，水吸热后内能增加，沸腾烧开后熄灭柴火，开水对外放热，内能减少，温度下降，一段时间后会与外界温度一致。
另外，在寒冷天气里，我们会不停地搓手来使手变热取暖；小朋友在滑梯滑下时，由于克服摩擦力做功，使滑梯发烫；原始人通过克服摩擦力做功，钻木取火。上述例子都说明，对物体做功可以改变物体内能。
我们可以通过实验研究做功如何改变物体内能。要研究这个问题，首先要弄清楚如何知道物体内能发生了改变。从内能的概念可知，决定物体内能的三个微观因素分别是分子动能、分子数目、分子势能，所以这里需要控制变量。实验中我们的研究对象是针筒里一定质量的气体，其分子数目不变，且分子间距很大，分子间作用力忽略不计，分子势能为零，这样就控制了变量，只需考虑分子动能这一变量，此时气体内能仅与温度有关。实验中推动活塞即对气体做功，测量气体温度的变化，就可研究做功与气体内能变化的关系。
实验过程如下：首先迅速推动活塞压缩气体，对气体做功，然后释放活塞让气体推动活塞做功，用电子温度计测量气体的温度变化，从而研究做功与气体内能的变化关系。为什么实验中要迅速压缩气体呢？迅速压缩气体的目的是使过程中桶内气体与外界几乎没有热传递发生，只有做功改变物体内能，这种没有发生热传递的过程，我们称之为绝热过程。下面请同学们观看实验视频，留意迅速压缩气体过程中温度计的示数变化和气体迅速膨胀过程中温度计的示数变化。
通过观看实验，我们观察到，迅速压缩气体时，气体温度从(27.4)摄氏度上升到(29.9)摄氏度。下面分析气体内能变化情况：实验中桶内气体温度上升，气体分子动能增大，气体分子势能为(0)，所以桶内气体内能增大，这说明了迅速压缩气体，对气体做功，桶内气体与外界几乎没有热传递发生，所以做功可以使物体内能增大。
第二个实验过程，气体迅速膨胀，观看实验后可观察到，气体迅速膨胀，温度从(27)摄氏度下降到(24.5)摄氏度。分析气体内能变化情况：过程中桶内气体温度下降，气体分子动能减少，气体分子势能为零，所以桶内气体内能减少，这说明气体膨胀，对外做功，气体内能减少，所以做功可以使物体内能减少。
从前面两个实验可以总结出，当气体被压缩，外界对气体做功，气体温度上升，内能增大；当气体膨胀，即气体对外界做功，气体温度下降，内能减少。把气体压缩膨胀这一特殊过程推广到一般物体，可得到以下结论：在绝热过程中，外界对物体做功，物体内能增大；物体对外界做功，内能减少。
综上所述，物体内能的改变可以通过热传递和做功两种方式实现。请同学们思考与讨论，做功和热传递都可以改变物体内能，两者是等效的吗？做功和热传递又有什么区别呢？在实际中，我们可以通过热传递的方法使一根铁棒升温，也可以用摩擦生热做功的方法使铁棒上升相同的温度。所以对于改变物体内能来说两者是等效的。但是从能量转化和转移的角度，两者有所区别，做功是内能与其他形式的能之间的转化，而热传递则是不同物体或部分之间内能的转移。