14.1 认识内能 教学设计 （沪粤版九年级）

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认识内能
1．教学目标
◆知识与技能
⑴了解内能的概念，知道内能的单位焦耳。
⑵能简单描述温度与内能的关系，知道对于同一个物体，温度越高，内能越多，温度越低，内能越少。
⑶知道做功和热传递可以改变物体的内能。
◆过程与方法
⑷通过机械能认识内能，领会其中的类比方法。
⑸经历用热传递和做功方式改变物体内能的活动过程。
◆情感态度与价值观
⑹通过实验和实例，养成联系实际学习物理的习惯。
2．教材说明
本节主要内容有：内能的概念，物体的内能与温度的关系，改变物体内能的两种方式：做功和热传递。
内能是物理学中的重要概念，是学习本章后面热量、比热容、热机等内容必不可少的基础，因此本节课在全章具有重要的基础性地位。
本节的编写思路是：首先通过汽车、火车等交通工具做功的能量来源问题引入新课，然后通过与机械能的类比，建立内能的概念，再结合分子动理论说明物体内能与温度的关系，最后通过学生活动展示改变物体内能的两种方式。这样安排符合学生的认识过程，思路比较顺畅，有助于学生逐步建立内能的概念。由于内能的概念比较抽象，教材采用与机械能类比的方法处理，是为了使学生更形象地认识和理解内能。学习改变物体内能的方法则采用实验和活动的形式，给学生提供更多、更充分的感性认识素材。
本节教学重点：内能的概念是全章乃至整个热学的基础；通过温度高低来判断一个物体内能的多少，在后面学习中会经常用到；改变内能的方法，尤其是通过做功来改变物体的内能，更是分析许多常见现象和汽油机工作过程的理论依据。因此，以上内容都是本节课的重点。
本节教学难点：内能概念比较抽象，是本节课的难点。
3．教学建议
由于本节课是全章的第一节，所以首先应引入章标题《内能与热机》。因为学生此时对内能一无所知，但对利用热机的一些机器比较熟悉，因此建议这样引入章标题：利用挂图或多媒体投影展示各种热机，展示种类应尽量丰富一些，如汽油机、柴油机、汽车、火车、拖拉机、轮船、喷气式飞机、火箭等，让学生看图比较，讨论交流，找出它们的相同点。学生的发现可能很多，教师最后要归结到两点：⑴都需要燃烧燃料；⑵最后都产生动力，带动其他机器工作。对于这两点，要让学生在交流的基础上形成认识。然后教师指出，热机实质上是利用燃料燃烧释放出的内能来产生动力的。由此引出本章标题《内能和热机》，之后引出第一节课题《认识内能》。
什么是内能
关于物体的内能，教材采用了与机械能类比的方法引出，这非常符合学生的知识基础和理解水平，通俗易懂。这一段内容的教学，可以采用学生自学讨论的方法处理。教师可以设计如下思考题：
⑴什么叫做物体的内能？对于物体具有内能，你是怎样理解的？
⑵内能的单位与机械能的单位相同，为什么？
⑶同一物体的内能与其温度有什么关系？为什么？
⑷为什么说“一切物体，不论温度高低，都具有内能”？
⑸在引入内能概念时，教材采用了与机械能类比的方法，你认为用这种方法学习新的物理概念有什么好处？
教学中，教师可以组织学生认真阅读分析，充分交流讨论，最后通过小组向全班汇报、教师及时点评总结的形式，达到全面细致地落实教学要求的目的。这段教学的关键是学生活动要充分，教师总结要精炼。
最后，可向学生介绍：以往教科书通常把“内能”成为“热能”，而且目前的科技资料或日常生活中，人们仍习惯将内能成为热能。但不宜介绍内能与热能的区别和联系，因为这远远超出初中学生的知识基础和理解能力。
怎样改变物体的内能
这段内容的教学，教师需要首先引出内能是可以改变的。这可以根据前面物体内能跟温度有关自然引出，然后提出这一段的核心问题：“怎样才能改变物体的内能”。这段内容的教学可以采取两种方法进行：
⑴教材图14－3所示两幅图片展示了改变物体内能的两种方式：做功和热传递。教学中可以利用这两幅图，让学生观察图片、阅读图下文字，知道改变物体内能可以采取两种途径：做功和热传递。
⑵还可以设计一个学生活动：学生以小组为单位，每个小组准备铁丝、酒精灯、热水、锤子、铁砧、砂布等，让学生自己想办法并实际操作，改变铁丝的内能。学生可能会想出许多办法，如用热水烫、用酒精灯烧、来回弯折铁丝的某一部位、用锤子敲打铁丝的某一部位、把铁丝在砂布上来回摩擦等。教师组织学生汇报展示时，对各种不同方法，要引导学生梳理归类，使学生明确改变物体的内能有两种不同的途径：做功和热传递。
活动1主要介绍用做功的方式可以改变物体的内能。教学的关键是为学生提供充分的感性素材，如简单易行、效果新奇的实验和常见的生活事例。这部分内容对进一步学习能量转化与守恒定律也具有重要作用。这里也可以分为两个环节进行：
⑴亲自实验，感受体验。可以采用图14－4所示的实验，如果前面引入“怎样改变物体的内能”时没有采用“改变铁丝的内能”实验，可以在这里运用。总之，要尽量多做实验，让学生亲自做实验。
需要补充说明的是，图14－4(b)所示的实验中，如果实验室没有乙醚，可以用硝化棉代替。本实验也有用酒精或火柴头的，但效果都不太好，乙醚又具有一定毒性，所以硝化棉是很好的替代品。可以找一些瓶装酒瓶口上的封口薄膜，最常见的为白色，也有玫瑰色的，其主要成分就是硝化棉。实验时，可取一块黄豆大小的这种封口薄膜，放入活塞筒底部作为点燃物，通常压缩一次即可点燃，且火光明亮，可见度大。如果找不到，还可以自制硝化棉，具体方法见章末课程资源。另外，酒精、火柴头、乙醚和硝化棉，都是为了显示空气被压缩后温度升高了，属于实验效果显示器。如果条件许可，把温度传感器安装在筒内，也可起到同样的作用。教学中可以把这种设计思想介绍给学生，有助于提高学生理解实验和设计实验的能力。
⑵列举事例，分析解释。除了上面的实验外，教师还应让学生讨论列举生活中的有关事例，并进行分析解释。有了感性认识不代表就有了深刻理解，还需要进行分析，使之由感性认识上升到理性认识。
活动2主要介绍用热传递的方式可以改变物体的内能，教学中可以采用以讨论交流为主的方式进行。这里可以分为两个层次：
⑴认识热传递的三种方式及各自的特点。学生在小学科学课程中已经学过热传递的三种方式，但时间相隔已经很长，教学中应引导学生复习回顾，并通过多媒体投影或板书等形式展示传导、对流和辐射的定义：①传导——热沿着物体传递叫做传导；②对流——靠液体或者气体的流动来传递热的方式叫做对流；③辐射——热由物体向外发射出去叫做辐射。让学生阅读图14－5思考并讨论两个问题：图中三种情况各是通过哪种方式改变物体内能的？传导、对流和辐射这三种热传递方式有哪些相同点和不同点？待学生充分比较、讨论后，教师引导学生汇报总结。图14－5中，a图是传导，b图是对流，c图是辐射。三种方式的相同点是热都是从高温物体传到低温物体，或从物体的高温部分传到低温部分；不同点是传导是热沿着物体传递，物体并不运动，对流是靠物体（液体或气体）流动传热，辐射不需要媒介，热直接射出去，如果学生基础较好，还可告诉学生辐射是以红外线或电磁波传递的。
⑵学生根据生活经验列举热传递改变物体内能的事例。这个环节要让学生充分交流，利用每位学生的生活经验，唤起他们的回忆和感受，丰富感性认识。不仅要求学生描述实例，还要指出热从哪里传到哪里，是通过哪种方式传递的。要引导学生思考回答：高温物体温度降低了，内能减少了，减少的内能哪里去了？低温物体温度升高了，内能增加了，增加的内能哪里来的？这样才能使学生真正明确热传递可以改变物体的内能，理解热传递的实质是内能的转移，即一个物体的一部分内能转移给另一个物体，或者是内能从同一物体的高温部分转移给低温部分。学生明确了这些，会为后面理解热量概念打下基础，有助于学生进一步学习和理解能量转化与守恒定律。
后面的“想一想”，是为了综合运用前面学过的知识，并引出做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，通过学生讨论交流完成即可。对于使水的内能增加，学生可能会想出许多种办法，教师应引导学生判断是属于做功还是热传递改变物体的内能。对于等效问题，学生往往不甚明白，教师可多列举几个例子，以充实学生的认识，加深理解。
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