上海地区优秀教案：第7章 a 物体的内能

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第七章 A 物体的内能
一、教学任务分析
物体的内能是继机械能之后学习的另一种形式的能。学习内能既认识了微观世界的分子具有能量，也为以后学习能的转化和能量守恒定律等知识奠定基础。
学习物体的内能需要以分子动理论、物体的动能、势能、机械能等知识为基础。高考资源网
以实验创设情景，通过对问题的讨论，引入学习物体的内能，以及物体的内能与温度、体积和状态的关系。
通过DIS实验和学生实验，使学生知道“外力对物体做功，物体的内能增加”，“物体对外做功，内能减少”的变化规律。
通过“历史回眸”，介绍焦耳对热与功当量关系的研究。
在学习分子势能时，与重力做功、重力势能变化类比，使学生体验“类比”的方法；在学习物体的内能时，感受初步的统计规律概念；在研究做功使物体内能发生变化的过程中，感受“实验探究”的方法，培养学生的观察、分析、判断、推理、归纳等能力；在学习焦耳对热与功当量关系的研究中，体验科学家在探究真理过程中的科学精神。
二、教学目标
1．知识与技能
（1）知道分子的动能，知道温度是分子热运动平均动能的标志。
（2）知道分子势能，知道分子势能跟物体的状态和体积有关。
（3）知道物体的内能。
（4）知道内能变化的两个途径：做功和热传递。知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
2．过程与方法
（1）通过学习分子势能，认识“类比”的科学方法。
（2）通过学习内能的概念，感受统计规律的研究方法。
（3）通过研究做功使物体内能发生变化的学习过程，认识“实验探究”的方法。
3．情感、态度价值观
（1）通过观察和动手操作实验，体验乐于科学探究的情感。
（2）通过对焦耳的简单介绍，感悟科学家在探究真理过程中的科学精神。
三、教学重点与难点
重点和难点：物体的内能；内能变化的两个途径。
四、教学资源
1、器材
（1）演示实验：
① 分别装有冷、热水的杯子各一只，温差电池、小电扇
②铜管、绳子、温度传感器、数据采集器、计算机。
③圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。
（2）学生实验：
①烧杯两只、红墨水、冷、热水。
②酒精灯、试管、试管夹、活塞。
2、课件：柴油机的结构及工作过程flash课件。
五、教学设计思路
本设计内容包括三个方面：一是物体的内能；二是内能变化的两个途径；三是做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
本设计的基本思路是：以实验创设情景，激发学生的好奇心。通过对问题的讨论，引入学习物体的内能，以及物体的内能与温度、体积和状态的关系。通过结合日常生活经验进行交流讨论，在实验的基础上，得出改变物体内能的两个途径。通过“历史回眸”，介绍焦耳对热与功当量关系的研究，知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
本设计要突出的重点和要突破难点是：物体的内能和内能变化的两个途径。方法是：以实验和分析为基础，根据学生在初中和前阶段学习时已经掌握的知识，结合学生的亲身体会，应用实验和动画演示对实例进行分析，掌握物体的内能和内能变化的两个途径，从而突出重点，并突破难点。
本设计强调问题讨论、交流讨论、实验研究、教师指导等多种教学策略的应用，重视概念、规律的形成过程以及伴随这一过程的科学方法的教育。通过学生主动参与，培养其分析推理、比较判断、归纳概括的能力，使之感受“类比”、“实验探究”、“归纳推理”等科学方法；感悟科学家的探究精神，提高学习的兴趣。
完成本设计的内容约需1课时。
六、教学流程
1、教学流程图
2、流程图说明
情景 演示实验1
内装一定质量、不同水温的上、下两只杯子，杯体上标明水的温度值。其中，上方的杯底有一块半导体材料制成的温差电池，电池两极与一只小风扇构成回路。当上下杯水的温度不同时，风扇会不停转动。
设问1：驱动风扇运转的能量来自何处？
活动I 学生实验1
取两杯温度不同、体积相同的清水，分别滴入一滴红墨水，观察发生的变化。
活动II 大家谈
列举内能发生变化的实际事例。
设问2：如何使内能发生变化？
活动III 演示实验2 DIS实验
用温度传感器研究摩擦与热的关系。观察温度变化曲线，分析拉动次数和对应的温度变化情况。
活动Ⅳ 演示实验3
演示压缩空气，硝化棉燃烧。
播放柴油机的结构及工作过程的flash课件。
活动V 学生实验2
用酒精灯加热试管中的水，沸腾时，可以看到活塞被冲出，试管壁上有小水珠生成。
活动Ⅵ 历史回眸
介绍焦耳对热与功当量关系的研究。
3、教学主要环节 本设计可分为三个主要的教学环节。
第一环节，通过实验观察与讨论，归纳得出物体内能的概念，以及物体的内能与温度、体积和状态的关系。
第二环节，通过DIS实验和学生实验的研究，认识改变物体内能的两条途径。
第三环节，通过“历史回眸”，介绍焦耳对热与功当量关系的研究，知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
七、教案示例
（一）情景引入:
1、观察演示实验1，提出问题
演示实验1：内装一定质量、不同水温的上、下两只杯子，杯体上标明水的温度值。其中，上方的杯底有一块半导体材料制成的温差电池，电池两极与一只小风扇构成回路。当上下杯水的温度不同时，风扇会不停转动。
设问1：驱动风扇运转的能量来自何处？
2、导入新课
我们可以用这节课学习的知识来回答上面的问题。
（二）物体的内能
物体由大量分子组成，分子在不停地做无规则的热运动。
1、分子动能
学生实验1：取两杯温度不同、体积相同的清水，分别滴入一滴红墨水，观察发生的变化。
结论：温度越高，分子的无规则运动（热运动）越剧烈。
温度是物体分子热运动平均动能的标志。
2、分子势能
分子势能随分子间距离的变化而变化，分子势能与物体的状态和体积有关。
类比：重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加。
分子间作用力做正功，分子势能减少，分子间作用力做负功，分子势能增加。
3、物体的内能
（1）热现象是大量分子热运动的宏观表现，是大量分子运动的统计结果。
（2）内能与温度的区别。
温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。
（3）内能与机械能的区别。
定义 决定 量值 测量
内能 物体内所有分子动能和势能之和 由物体温度、体积和状态决定 任何物体都有内能，不为零 无法测量
机械能 物体的动能，重力势能和弹性势能统称 跟宏观运动状态，参照系和零势能点的选取有关 可以为零 可测量
大家谈：列举内能发生变化的实际事例。
设问2：如何使物体的内能发生变化？
（三）改变内能的途径
1、做功可以改变物体的内能
（1）外界克服摩擦力做功，使物体的内能增加。
演示实验2：用温度传感器研究摩擦与热的关系。铜管内插入温度传感器，拉动绳子，观察软件界面上温度变化曲线，分析拉动次数和对应的温度变化情况。
结论：摩擦做功越多温度升高越大，摩擦做功越快温度升高越快。克服摩擦力做功，物体温度升高，内能增加。
（2）压缩气体做功，气体内能增加。
演示实验3：活塞压缩玻璃管内的空气，硝化棉燃烧。
结论：压缩空气做功，使空气温度升高，内能增大，达到硝化棉的燃点使棉花燃烧。
播放柴油机的结构及工作过程的flash课件，进一步认识压缩气体做功可以使气体内能增加。
（3）气体对外做功，内能减少。
学生实验2：用酒精灯加热试管中的水，沸腾时，可以看到活塞被冲出，试管壁上有小水珠生成。
结论：试管内的气体推动活塞做功时，气体内能减少，温度降低，使试管内水蒸气液化成小水滴。
2、热传递可以改变物体的内能
（四）做功和热传递对改变物体的内能是等效的
介绍“历史回眸”栏目中焦耳对热与功当量关系的研究，知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的，感悟科学家的探究精神。
（五）应用
回顾新课导入时创设的情景，解释小风扇转动的原因：上下两个杯子的水温相同时，风扇没有转动；而当两个杯子水温相差较大时，风扇在很快转动。实际上是利用温差来发电，从而使马达旋转，这个实验说明在一定条件下物体的内能可以转化为电能。
（六）总结（略）
（七）作业布置（略）
情景
演示实验1
设问1
分子动能
活动I
学生实验1
分子势能
决定分子
势能因素
分子平均
动能标志
物体的内能
内能与温
度的区别
内能与机
械能区别
热传递
改变物体
内能
活动II
大家谈
设问2
活动III
演示实验2
DIS实验
活动Ⅳ
演示实验3
flash动画
活动V
学生实验2
物体克服
摩擦做功，
内能增加
压缩气体
做功，
内能增加
气体对外
做功，
内能减少
做功
改变物体
内能
内能变化
的途径
活动Ⅵ
历史回眸
热与功
当量关系
的研究
应 用
总 结
红墨水的扩散
摩擦与热
做功点火
加热做功
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