【轻松备课】沪科版物理九年级上 第十三章第一节 物体的内能 教学详案

第十三章 内能与热机
第一节 物体的内能
设计说明 本节内容是上海科技版教材九年级第十三章第一节，教材可分为两个部分：帮助学生建立内能的概念；了解改变内能的方式。本节内容是在前面学习机械能的基础上，进一步学习更为抽象的能的形式，也为后面学习比热容、热机、电热器等打下基础，因此本节起着承上启下的关键作用。 学生已经学习了分子热运动，有分子动理论做基础，同时还学习了动能和势能，知道影响动能和势能大小的因素，具备一定的观察、动手能力，分析问题、归纳总结的能力更加进步。作为学习主体的九年级学生，对事物的认识正处于由感性向理性发展的阶段，但感性认识仍处于主导地位，尤其是对抽象事物的认识。因此，本课应以感性知识为依托，借助实验等手段加强直观性和形象性，把抽象的概念具体化、生活化，再通过理性分析和判断，获取新知识，逐渐培养学生的抽象思维能力。 教学目标 【知识与技能】 1.了解内能的概念，能简单描述温度和内能的关系。 2.知道改变物体内能的两种途径。 3.知道热传递过程中，所传递内能的多少叫做热量，热量的单位是焦耳。 【过程与方法】 1.通过观察实验现象，培养初步的分析和推理能力。 2.通过对生活事例分析，提高分析问题的能力。 【情感、态度和价值观】 1.体会参与观察、实验、制作等科学实践活动的乐趣。 2.通过分析事例，逐步形成用能量观点看世界的意识。 重点难点 教学重点 1.内能概念的建立。 2.改变物体内能的方式。 教学难点 正确理解内能的概念。 教学方法 实验、观察、讨论、分析、类比、推理相结合的教学方法。 教具、学具 多媒体课件、酒精灯、铁丝、温度计、火柴等。 授课时数 1课时 教学过程 导入新课 展示钻木取火和倒热水的图片，自古以来，人们就在不断地寻找与“热”有关的某种能量。“热”是一种能量吗？它能做功吗？本节课我们就来研究一下。 复习回顾 物体由于运动具有的能叫做动能；物体由于高度位置所具有的能叫做重力势能；物体因弹性形变而具有的能叫做弹性势能。我们也知道：物质由分子构成，构成物质的分子也在永不停息地做无规则运动，且分子间存在相互的作用力，那么分子是否也具有能量呢？ 讲授新课 一、物体的内能 投影展示：运动的足球和拉伸的弹簧两幅图片，类比分子动能和分子势能。 师生共同类比结果：运动的足球具有动能→构成物质的分子在永不停息地做无规则运动，所以运动的分子也具有动能，叫做分子动能。 被拉伸或压缩的弹簧各部分相互吸引或排斥而具有势能→构成物体的分子之间也有相互吸引或排斥的作用，互相吸引或排斥的分子之间也具有势能。 【教师点拨】 同学们用这种将已知的事物跟未知的事物进行比较，根据它们的相同点或相似点推知未知事物也可能有某种属性，这种方法叫类比法，这是一种非常重要的方法。 【总结】 1.构成物质的分子也具有动能和势能。 2.物体内所有分子无规则运动的动能，以及分子势能的总和叫做物体的内能。 内能与机械能的区别： 内能机械能概念分子动能与分子势能的总和物体动能和势能的统称实质与物体内部的分子热运动及相互作用情况有关与物体的整体运动情况有关，如物体的速度、相对于地面的高度及弹性形变大小等
3.内能是能量的一种形式，各种形式的能量的单位都是焦耳（J）。 【思考】炽热的铁水有内能，北极的冰山有没有内能？ 【教师点拨】 一切物体的分子都在不停地做无规则运动，因而具有动能。分子之间有相互作用的力，因而具有势能。所以一切物体都具有内能。 投影出课本图13-1和图13-2所示的图片，让学生交流、讨论。 图13-1 等质量热水的内能比 图13-2 灯丝炽热时的内能比未 冷水的内能大 通电时的内能大 【思考】内能与温度有什么关系？ 【教师点拨】 温度是物体内部大量分子无规则运动剧烈程度的标志。物体内能是否变化，可以由温度是否变化来反映。物体温度降低时内能减少，温度升高时内能增加。 【总结】 1.物体的内能与温度有关，一个物体温度越高，内能越大。 2.理解内能的注意事项： (1)内能是指物体的内能，不是分子的内能，更不能说是个别分子和少数分子所具有的能，而是物体内部所有分子共同具有的动能和势能的总和，所以单纯考虑一个分子的动能和势能是没有现实意义的。 (2)一切物体在任何情况下都具有内能，根据分子动理论可知，一切物体中的分子都在永不停息地做无规则运动，分子间都有分子力的作用，无论物体处于何种状态，是何形状，体积多大，温度是高是低都是如此。因此，一切物体在任何情况下都具有内能，也就是说，内能是一切物体都具有的一种形式的能量，例如的水具有内能，降低到的水仍具有内能，在时结成了冰仍然具有内能，只是对于同样的水而言，温度降低时其内能减少了而已。 (3)内能具有不可测量性，即不能准确知道一个物体的内能的具体数值。 (4)正确理解温度与物体内能的关系：内能与温度的对应关系一定要考虑物态，就是说同一物体且物体状态不发生改变时，温度越高，对应着物体内分子做无规则运动的程度越剧烈，每个分子的平均分子动能越大，所有分子的分子动能的和也就越大。晶体在熔化或凝固时，分子动能尽管不变，但物态在改变，物态对应着分子间距离的大小，而分子间相对距离与分子势能有关，分子势能变了，物体的内能也随着改变，所以晶体熔化时，吸收热量，内能在增加，但温度并不升高，因为温度是分子平均动能的标志。 【思考】一小杯水和一大桶水，它们的温度相同，它们的内能是否相同？如果不同，哪一个内能大？ 【教师点拨】说明物体的内能还跟分子数的多少有关。 二、改变物体内能的两种途径 【思考】取一根粗铁丝，我们有什么办法可使粗铁丝的温度升高，内能增加？ 【教师点拨】 方法1：用火烧、太阳晒、用手焐等，它们共同特点是用温度更高的物体使铁丝温度升高。 方法2：用手搓、用纱布摩擦、用锤敲、反复弯折等，它们共同特点是温度升高的过程，往往伴随着运动。 【思考】 物体的内能有多有少，改变物体的温度可以改变物体的内能。那么改变物体内能还有哪些方法呢？ 活动1 做功可改变内能 投影下列图片，让学生观察、讨论、总结。 甲 乙 如图甲所示，冬天手冷的时候，两手互相搓搓就暖和了。 如图乙所示，人从滑梯上滑下时，臀部会有灼热的感觉。 师生共同小结：通过以上实验现象可知，外界对物体做功，物体的温度会升高，内能会增加。 【探究实验】如下图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去。 【现象】发现硝化棉燃烧起来。 【思考】厚玻璃筒里的硝化棉燃烧说明什么？ 【答案】活塞压缩空气做功→空气的内能增加→温度升高，达到硝化棉的燃点，硝化棉燃烧。 【总结】对物体做功，物体的内能增加，温度升高。 【演示实验】 拿一个大口的厚玻璃瓶，瓶内装入少量的水，用塞子塞紧，在瓶内水上方的空气中由于水的蒸发而产生一定量的水蒸气，通过塞子上的孔用打气筒往瓶里打气，观察当塞子从瓶口跳起来时玻璃瓶中有什么现象发生。 实验现象：当塞子跳起来时，可以看到玻璃瓶中出现了大量的白雾。 师生共同小结：这是因为瓶内空气膨胀推动塞子做功时，内能减少，温度降低，使水蒸气遇冷液化成小水滴，形成了白雾，此实验现象表明：物体对外做功，物体的内能会减少，温度会降低。 【总结】 做功可以改变物体的内能，对物体做功，物体的内能会增加；物体对外做功，物体的内能会减少。 【生活中物理】 1.举例说明机械能转化为内能的现象。 2.举例说明内能转化为机械能的现象。 【教师点拨】对做功可以改变物体的内能的理解： 用做功的方法可以改变物体的内能。对物体做功，物体的内能会增加，如：压缩气体做功时，气体温度升高，内能增加；但需要注意的是，对物体做功，物体的内能不一定都增加，如：把一杠铃从低处举到高处，克服了杠铃的重力做功，此时杠铃的重力势能增加，但内能不变。物体对外做功，物体的内能减少，如：气体膨胀做功时，内能减少，温度降低。 内能的改变可用功来量度，用做功的方式来改变物体的内能，是能量的转化过程，做功越多内能变化越大。 教师导入：通过学习我们知道，做功可以改变物体的内能，那么还有没有其他的方法呢？ 活动2 热传递可改变内能 1.让学生阅读教材第36页图13-5、图13-6和图13-7三幅图，让学生回答下列问题： （1）发生热传递的条件是什么？ （2）热传递有哪几种方式？ （3）热传递的方向怎样？ （4）热传递改变内能的实质是什么？ （5）多媒体展示：如图所示的三种情况各是通过热传递的哪种方式来改变物体内能的？ （6）你能举出生活中用热传递来改变物体内能的事例吗？ 学生回答后，师生共同总结： （1）发生热传递的条件是两物体或同一物体的不同部分之间存在着温度差。 （2）热传递有热传导、对流和热辐射三种方式。 （3）热传递的方向是热从高温物体传到低温物体，或由物体的高温部分传到低温部分。 （4）用热传递来改变物体内能的实质是一个物体的一部分内能转移给另一个物体，或者内能从同一物体的高温部分转移到低温部分，实际上是内能的转移。 （5）图（a）是通过热传导使水的内能增加的；图（b）是通过对流使水的内能增加的；图（c）是通过热辐射使水的内能增加的。 （6）①晒太阳感到暖和；②用蒸笼熘冷馒头；③感冒发烧，用冷毛巾敷额头；④冬天用手摸户外的金属时感到凉。 2.学生回答：生活中的物理 （1）金属汤勺放在热汤中，温度 升高 ，勺的内能 增加 。 （2）食品放入电冰箱，温度 降低 ，内能 减少 。 （3）在太阳的照射下，太阳能热水器中水的温度 升高 ，它的内能 增加 。 【教师点拨】 （1）倒入热水，使水的内能增加。 （2）用“热得快”通电加热，使水的内能增加。 实验结论：如果只知道水的温度升高，而没有看到改变内能方式的过程，我们将无法判断用的是哪种方式。这说明做功和热传递对于改变物体的内能是等效的。 【总结】 改变物体内能的方式：做功和热传递，两种方式对于改变物体的内能是等效的。 跟踪训练 1.下列现象是利用什么方式改变物体的内能的？ 用锯子锯木头，锯条发热了；阳光下的冰块很快就熔化了；用热水袋暖手；反复弯折的铁丝变热了。 答案：做功 热传递 热传递 做功 2.如图所示，古人用力钻木，使物体温度升高，这是通过 做功 来改变物体的内能；将饮料和冰块放在一起，它们各自的温度会发生变化，这是通过 热传递 来改变物体的内能。 三、热量 【思考】半杯热水和半杯冷水混合后得到一杯温水，热水和冷水分别失去或得到什么？它们的温度如何变化？这是通过哪种方式改变物体的内能？ 【教师点拨】 热传递方式改变内能，热水温度降低，内能减少；冷水温度升高，内能增加。即内能从高温物体转移到高温物体。 【思考】内能改变多少可以用什么来量度呢？ 【讨论交流后总结】 1.热量的概念：在热传递过程中，物体间内能传递的多少称为热量。用符号Q表示。 2.热量的单位： 在国际单位制中，热量的单位是焦耳（J）。 3.理解热量的概念 (1)物体本身没有热量，不能说某个物体有多少热量，更不能比较两个物体热量的多少，只有在热传递过程中，有了内能的转移，才讨论热量问题。 (2)在热传递过程中，内能转移的多少叫热量，所以热量是一个过程量，它存在于热传递的过程中，离开了热传递谈热量是没有意义的，所以我们不能说某个物体含有或具有多少热量。 (3)热量与物体内能的多少、温度的高低没有关系。 【思考】前面我们已经学过内能和温度，那么温度、内能和热量三者有何区别和联系呢？ 【教师点拨】 1.区别：(1)温度是表示物体冷热程度的物理量，它是一个状态量，只能说温度是多少，温度不能传递和转移，单位是摄氏度。从分子动理论的观点看，它跟物体内分子的热运动情况有关：温度越高，分子无规则运动越剧烈。可以说，温度是分子热运动的剧烈程度的标志，它是大量分子无规则热运动的集中体现。内能是能量的一种形式，它是物体内所有的分子无规则运动的动能与分子势能的总和。(2)内能跟温度关系密切，当一个物体温度升高时，内能增加，温度降低时，内能减少，内能也是一个状态量。(3)热量是在热传递过程中传递内能的多少，它反映了热传递过程中内能转移的数量，是内能转移多少的量度，是一个过程量，要用“吸收”或“放出”来描述，而不能用“具有”或“含有”来描述。没有热传递，就没有内能的转移，也就不存在“热量”问题。 2.联系：温度的变化可以改变一个物体的内能，热量可以用来量度内能转移的多少，物体吸收或放出热量，它的内能将发生改变，但它的温度不一定改变；在热传递过程中，物体的温度发生变化时，物体一定有吸热或放热现象。 教师导入：在热传递中，物体间内能传递的多少叫热量，那么同一个物体吸收或放出的热量跟什么因素有关呢？ 跟踪训练 3.夏天天气真热，这个“热”字表示 温度 ； 摩擦生热，这个“热”字表示 内能 ； 烧煤时向外放热，这个“热”字表示 热量 。 课堂小结 一、内能 1.定义：物体内所有分子无规则运动的动能，以及分子势能的总和叫做物体的内能。 2.单位：焦耳（J）。 3.温度是物体内部大量分子无规则运动剧烈程度的标志。物体内能是否变化，可以由温度是否变化来反映。 二、改变内能的方式 1.做功的实质：能量间的转化。 2.热传递的实质：内能的转移。 3.做功和热传递对于改变物体的内能是等效的。 三、热量：在热传递中，物体间内能传递的多少，用字母Q表示，单位是J。 当堂达标 1.下列说法中正确的是（ ） A.的物体没有内能 B.温度高的物体内能一定大 C.物体的温度升高，它的内能增加 D.物体的内能增加，它的温度一定升高 答案：C 2.小亮测得甲、乙两杯水的温度分别是和，下列判断正确的是（ ） A.甲杯中水的分子运动一定比乙杯中水的分子运动剧烈 B.甲杯中水的内能一定比乙杯中水的内能小 C.乙杯中水的热量一定比甲杯水的热量多 D.乙杯中水的温度降低，水的内能一定减少 答案：D 3.下列四幅图中，利用热传递改变物体内能的是（ ） A.双手摩擦能发热 B.烧水时水温升高 C.锯木材锯条发烫 D.钻木取火 答案：B 4.如图所示，礼花筒利用筒内的高压空气膨胀，将彩带喷向空中，产生喜庆效果。则高压空气膨胀过程中（ ） A.对外做功内能增加 B.分子热运动加剧 C.向外界传递热量 D.内能转化为机械能 答案：D 5.关于热量，下列说法中正确的是（ ） A.热水比冷水含有的热量多 B.一大桶水比一小桶水含有的热量多 C.一个物体内能越多，它具有的热量就越多 D.热量等于热传递过程中物体内能的改变量 答案：D 6.如图所示，用气筒向装有少量水的瓶里打气，当瓶塞从瓶口跳出时。看到的现象是_____________________。在这个过程中，发生的物态变化是________。这个现象说明了________________________________。 答案：瓶口有白雾产生 液化 物体对外做功，内能减少，温度降低 7.建筑及装修工程中经常需要用钻孔机钻孔（如图所示）。 （1）钻孔时钻头发热的原因是什么？ （2）在钻孔过程中为什么要不断地往钻头上浇冷水？ 答案：（1）建筑及装修工程中经常需要用钻孔机钻孔，钻头打完孔后会发烫，因为钻头和墙相互摩擦，机械能转化为内能，这是通过做功改变了钻头的内能；（2）往钻头上浇冷水可以降低钻头的温度，避免钻头烧坏，这是通过热传递的方式改变钻头的内能。 板书设计 第一节 物体的内能 一、内能 1.定义：物体内所有分子无规则运动的动能，以及分子势能的总和叫做物体的内能。 2.单位：焦耳（J）。 3.温度是物体内部大量分子无规则运动剧烈程度的标志。物体内能是否变化，可以从温度是否变化来反映。 二、改变内能的方式 1.做功的实质：能量间的转化。 2.热传递的实质：内能的转移。 3.做功和热传递对于改变物体的内能是等效的。 三、热量 在热传递中，物体间内能传递的多少，用字母Q表示，单位是J。 教学反思