/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
第十三章 内能
第3节 内能
新课导入
方式一 【实验导入】
演示实验:如图13-3-1所示,用自行车车胎气嘴自制瓶塞,演示气体膨胀对外做功(瓶内加入少量酒精,5 mL左右即可,相当于常用的一次性注射器的最大吸入量),或者用多媒体设备播放该实验视频。启发学生猜想可能会发生什么现象,过程中注意观察,是否与自己想象的情形相同。
图13-3-1
实验结束后,适时导入新课:如何来解释这种奇妙的现象呢 学完本节的知识后,不难找到答案。板书课题:内能。
方式二 【情境导入】
多媒体展示有关人类对“热”充满渴望的图片(图13-3-2)(旨在说明人类对“热”的认知过程)。
图13-3-2
设问:热是一种能量吗 如果是,那它能做功吗
方式三 【视频导入】
播放视频:流星雨。
导入语:流星雨是人们喜闻乐见的天文现象,当流星体穿越大气层时会发生燃烧,这是怎么回事呢
认真学完本节的内容,我们自然可以找到答案。
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
1.温度、热量、内能的区别
物理量 温度 热量 内能
定义 宏观:表示物体的冷热程度。 微观:反映了物体内大量分子无规则运动的剧烈程度 在热传递过程中,传递能量的多少 构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和(注意是“所有分子”)
表述 只能说“是”“降低”“升高”;不能说“吸收”“放出” 只能说“吸收”“放出”;不能说“具有”“含有” 只能说“有”“具有”“增大”“减小”
性质 状态量 过程量 状态量
辨析 与 例证 物体温度升高,内能增加,不一定吸热 物体吸收热量,内能增加,不一定升温 物体内能增加,不一定升温 物体内能增加,不一定吸热
钻木取火,摩擦生热,搓手 晶体熔化,水沸腾 晶体熔化,水沸腾 钻木取火,摩擦生热,搓手
2.讲解内能时可以借用的图片(详见电子资源)
对于图13-3-3中两只企鹅的对话,你有什么看法
图13-3-3
3.教学片段:内能改变方式的教学
提出问题:怎样才能使一根铁丝温度升高、内能增加 看看谁的办法多。
小组讨论:用火烧;用力弯折;放在太阳下晒;放在热水中烫;在地上或墙上摩擦……
归类总结:方法有两种:
(1)热传递(用火烧,放在太阳下晒,放在热水中烫);
(2)做功(用力弯折,在地上或墙上摩擦)。
本节教材链中考
[考点小说] 热学及能量板块中考必考,而其中内能和内能的改变常常与热机结合进行综合考查,是该部分知识的高频考点,一般以选择题、填空题的形式呈现。
[考点对接] 做功可以改变物体的内能
图13.3-5 做功改变内能
[源起教材P16] 演示
1.如图13.3-5甲所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团脱脂棉,把活塞迅速压下去,观察发生的现象。
2.如图13.3-5乙所示,在烧瓶内盛少量水,并盖紧瓶盖。向瓶内打气,当瓶塞跳起时,观察瓶内的变化。
在上述实验中,通过什么途径改变了玻璃筒和烧瓶内空气的内能
例1 (梅州中考)如图13-3-4所示,在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉,用力把活塞迅速下压,棉花就会立即燃烧。根据该实验现象,下列结论正确的是 ( )
图13-3-4
A.棉花燃烧过程是化学能转化为内能
B.活塞下压过程中,气体的内能减小
C.气体容易被压缩,是因为气体分子间距离较小
D.活塞下压过程是热传递改变物体的内能
[答案] A
例2 (淄博中考改编)如图13-3-5所示,玻璃瓶内有少量水,用橡胶塞塞住瓶口,向瓶内打气,瓶塞跳起。下列说法正确的是 ( )
图13-3-5
A.向瓶内打气,是通过热传递的方式改变瓶内空气内能的
B.瓶塞跳起时,瓶内空气温度降低,内能减少
C.瓶塞跳起时,瓶内出现“白雾”是汽化现象
D.瓶塞跳起过程是机械能转化为内能
[解析] B 向瓶内打气,压缩空气做功,是通过做功的方式改变瓶内空气内能的,故A错误;瓶塞跳起时,瓶内气体对瓶塞做功,使气体自身的内能减少,温度降低,瓶口周围的水蒸气遇冷液化成小水滴,从而形成“白雾”,瓶塞跳起过程是内能转化为机械能,故B正确,C、D错误。
拓展材料
材料一——“飞刃”能切割巨轮吗
科幻小说《三体》中描述:用一种纳米级材料做成的细丝(书中称“飞刃”,粗细相当于头发丝的十分之一,头发的粗细约为60~90 μm),能将一艘巨轮像刀切豆腐一样切割开。这种材料做成的细丝真的像书中所说能把巨轮切开吗
如果我们用几万个碳纳米管合成小说中所说的“飞刃”,那么理论上是有可能切割巨轮的,只是很难像小说中那样顺利,一是材料切割过程中会有磨损,二是切割巨轮时会产生热量。巨轮是由金属材料制成的,生活中切割金属材料时刀具会出现破损、磨损或者崩刃现象。同样,“飞刃”在切割巨轮时,自身磨损也无法避免,会导致切割能力下降,很难实现像小说描述的那样产生十分平整的切面。同时,“飞刃”在切割巨轮时,会产生大量的热。小说中为了避免“飞刃”被发现,不可能配备冷却装置,而巨轮正常航行时,具有很大的动能,这些动能有很大一部分会转变为切割过程中的热量,由于“飞刃”自身热容有限,这些热量无处释放,将导致“飞刃”的结构发生变化,使切割能力下降。
材料二——地源热泵
“地源热泵”是一种利用浅层地热资源(也称地能),既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵实质上是一种热量提升装置,工作时它本身消耗很少一部分电能,却能从地能中提取4~7倍的能量。
地能是地源热泵冬季供热的热源和夏季制冷的冷源。冬季,土壤或水体温度为12~22 ℃,比环境空气温度高,地源热泵把地能中的热取出来,提高换热介质的温度后,供给室内采暖;夏季,土壤或水体温度为18~32 ℃,比环境空气温度低,地源热泵把室内的热取出来,释放到地能中去,如图13-3-6甲所示。如此周而复始,将建筑空间和大自然联成一体,以最小的代价获取了最舒适的生活环境。
图13-3-6
地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统,如图乙所示。其中地源热泵机组主要有两种工作形式:“水-水”式或“水-空气”式。三个部分之间靠换热介质——水或空气进行热量的传递,地源热泵与室外地能之间的换热介质为水,与室内采暖空调末端的换热介质可以是水或空气。
近十几年来,地源热泵在北美的美国和加拿大、中北欧的瑞士和瑞典等国家取得了较快的发展,其中,北欧国家考虑到冬冷夏凉的特点,利用地源热泵主要偏重于冬季采暖,而美国则注重冬夏联供。中国的地源热泵市场也日趋活跃。可以预计,地源热泵将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
材料一 “飞刃”能切割巨轮吗
材料二 地源热泵
——详见电子资源
能力培优题 (详见电子资源)
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第十三章 内能
第3节 内能
教材 解读 本节内容主要包括内能的概念、影响内能大小的因素和改变物体内能的方法。《初中物理新课程标准》对本节内容的要求是:“了解内能和热量。”
学 习 目 标 物理观念 1.知道内能的概念。 2.知道改变内能的两种方式。 3.知道热量的概念。
科学思维 归纳热传递和做功都能改变物体的内能。
科学探究 1.通过探究实验,找到改变物体内能的两种方式。 2.通过演示实验,说明做功与物体内能的变化关系。
科学态度 与责任 通过学生体验探究的过程,激发学生主动学习的兴趣。
教学 重、 难点 重点:改变物体内能的两种方式——做功和热传递。 难点:内能概念的建立。
教学 建议 本节的教学重点是改变物体内能的两种方式:做功和热传递。突出重点的策略是:以实验为基础,通过讨论、归纳,得出“热传递和做功都能改变物体的内能”的结论,并从能的形式是否改变的角度思考两种方式在改变内能上的本质区别,运用改变内能的两种方式来解释生活中的一些热现象,感受生活与物理的紧密联系。 本节的教学难点是内能概念的建立。突破难点的策略是:通过对内能知识的分解、铺垫,完成从宏观思维到微观分析上的过渡,运用类比法认识分子的动能和分子势能,建立起内能的概念。对于内能大小的影响因素的教学,可通过学生讨论,由内能的定义去推知,实现对内能概念的应用和巩固。 九年级学生对事物的认识处于由感性向理性发展的阶段,感性认识仍占主要地位,理性认识还存在一定困难。为此,本节课应注意适应学生好奇、好动、好强的心理特点,以感性知识为依托,通过理性分析和判断,使学生获取新知识,发展抽象思维能力。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 情境引入:观察图片,装着开水的暖水瓶,有时瓶塞会弹起来。 提出问题:推动瓶塞的能量来自哪里 从而引出新课。 观看、思考、感受 激发学生对科学的求知欲以及探求科学知识的兴趣,体现出从生活走向物理的新课程理念。
【探究新知】 一、认识内能 1.用机械能来帮助学生理解内能 多媒体展示图片: 观察类比:运动着的分子与运动着的足球是否有相似之处 互相吸引或排斥的分子与发生形变的弹簧是否有相似之处 宏观物体具有机械能。微观世界的分子虽小,同样具有质量,由于分子在不停地做热运动,同样具有动能,而分子间的作用力,又使得它们具有势能。 总结归纳: ①构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和,叫作物体的内能。 ②内能是不同于机械能的另一种形式的能。 2.内能与温度的关系 过渡导语:分子的热运动与温度有关,那么物体内能的大小与温度又有什么关系呢 多媒体展示图片:两只小企鹅的对话。 思考、联想、类比、理解 听讲、思考 重点强调内能和机械能的区别,防止学习困难的学生混淆概念。 通过图片展示,使学生充分理解内能与温度的关系。
提问:南极是世界上最冷的地方,对小企鹅的对话,你有什么看法 总结归纳:①一切物体都具有内能。 ②同一物体,温度降低时内能减少,温度升高时内能增加。 ③对于同种物质,其内能大小与物体的质量、温度、状态有关。 ④材料不同的物体因其分子结构不同,所以无法比较它们之间内能的大小。 二、物体内能的改变 展示教具:一段长50 cm的铁丝。 设疑:大家用什么方法可以让这段铁丝的温度升高呢 过渡设问:大家说了这么多让铁丝温度升高、内能增加的方法,那要改变物体的内能,我们从能量的转移或转化的角度来归纳一下,究竟有几类方法呢 1.热传递改变物体的内能 [想一想] 生活中哪些情况是通过热传递的方式改变物体内能的呢 (引导、展示以下示例) 热传递:热量从温度高的物体传到温度低的物体,或者从物体的高温部分传到低温部分的过程。 引导学生分析:在热传递过程中,高温物体的内能、温度如何变化 是吸热还是放热 低温物体又是如何变化的 高温物体放出热量内能减少温度降低 低温物体吸收热量内能增加温度升高 (1)发生条件:存在温度差。 发生热传递的唯一条件是存在温度差,与物体的状态无关。 (2)实质:内能的转移。 2.做功改变物体的内能 过渡设问:要想让一个物体内能增大,除了热传递,还有其他方法吗 演示实验1:压缩空气做功(教材P16) 探究归纳:对物体做功,物体的内能会增大。 观察、思考、交流 观察、思考、交流 观察、思考、交流 观察、思考、交流 启发学生思考,说出自己的方法。 引导学生通过分析,得出热传递的定义。 此处可以适时引入内能、温度、热量的辨析。强调传递的是热量,而不是温度和内能。 通过压缩空气做功实验,探究对物体做功,其内能如何变化。
拓展举例:①给自行车轮胎打气时,打气筒变热(图甲);②搓手时摩擦生热(图乙)。 演示实验2:空气推动瓶塞做功(教材P16) 实验前交代:提前在瓶内装入少量的水(或酒精),这样做的目的是什么。(使瓶内存在较多蒸气) 边充气边提问:由于水的蒸发,瓶内已经存在水蒸气,但较少,由于不断充入气体,瓶内气体和水的温度都会怎样变化 对水的蒸发会产生什么影响 重点提醒:注意观察瓶塞跳起瞬间瓶中产生的现象。 探究归纳:气体膨胀对外做功,气体本身的内能减小,温度降低。 总结概括: ①做功可以改变物体的内能,它与热传递改变物体的内能是等效的。做功的实质是能量之间的转化,热传递的实质是能量的转移。 ②克服摩擦做功或压缩气体做功,可使物体内能增加;而气体膨胀对外做功,本身内能减小。 最终总结:改变物体内能有两种方式:做功和热传递。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 观察、思考、交流 通过演示空气推动瓶塞做功的实验,探究物体对外做功,其内能如何变化。
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 内能
1.(1)分子动能
[想一想]运动的物体(如篮球、车辆等)具有 动 能;物体内的分子在做热运动,是否也具有能量
[结论]运动的分子也具有动能,叫作 分子动 能。
(2)分子势能
[想一想]一根被压缩的弹簧各部分互相排斥,被拉伸的弹簧各部分互相吸引,具有 弹性势 能。分子间既相互吸引又相互排斥,是否也具有能量
[结论]分子间也具有势能,叫作 分子势 能。
2.内能
(1)构成物体的所有分子,其热运动的 动能 与分子 势能 的总和,叫作物体的内能。
(2)内能的单位是 焦耳(J) 。
(3)飞在空中的足球,具有重力势能;足球在空中飞行,还具有动能。空中运动的足球除了整体具有机械能外,同时还具有内能。机械能与整个物体的机械运动情况有关,而内能与物体内部分子的热运动和分子之间的相互作用情况有关,内能是不同于机械能的另一种形式的能。
(4)一切物体,不论温度高低,都具有内能。例如:炙热的铁水具有内能;冰冷的冰块,温度虽然低,其中的分子仍然在做热运动,所以也具有内能。
学点2 热传递和内能的改变
[想一想]寒冷的冬天,为什么人们喜欢抱热水袋 人从热水袋中得到了什么
[分析]这是因为发生了 热传递 ,热水把 内能 传递给人,人们获得了内能,而热水的内能减少。
[说明](1)发生热传递时,低温物体吸收热量,内能 增加 ;高温物体放出热量,内能 减少 。物体吸收或放出的热量越多,它的内能改变越 多 。
(2)热传递的过程:实质是 内能 转移的过程。内能从高温物体向低温物体转移。
可见热传递可以改变物体的内能。
学点3 做功改变物体的内能
[思考]除了热传递外,还有什么途径可以改变物体的内能
(1)实例分析:人从滑梯下滑时的情境(图13-3-7)。
[分析]人从滑梯下滑时臀部有点发烫,说明摩擦可以产生热,这部分内能是从哪里来的呢 很明显这部分内能并不是通过热传递得到的。原来,人下滑时要克服摩擦力做功,把一部分机械能转化为内能。
可见, 做功 也可以改变物体的内能。
图13-3-7 图13-3-8
(2)演示实验
①如图13-3-8甲所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团脱脂棉,把活塞迅速压下去,观察发生的现象。
[分析]棉花会燃烧起来,是因为活塞压缩气体 做功 ,使空气的内能 增大 ,温度 升高 ,达到脱脂棉的 燃点 。可见对物体做功,物体的内能 增加 。
②如图乙所示,烧瓶内盛少量水。向瓶内打气,当瓶塞跳出时,观察瓶内的变化。
[分析]图中瓶内水上方存在着无色透明、无法看到的 水蒸气 ;当塞子跳起来时,可以看到瓶内出现 白雾 ,说明水蒸气液化成了可以看到的 小水滴 。在这个过程中,气体膨胀对外做功,温度 降低 ,内能 减少 。可见,物体对外做功,内能 减少 。
结论:做功可以改变物体的内能。外界对物体做功,物体的内能 增加 ;物体对外界做功,物体的内能 减少 。
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