教科版九年级上册物理教案：1.2内能和热量

第2节
内能和热量
【仪器材料】蓝墨水、冷、热清水和烧杯
一．教学目标要求
1．知道分子运动的快慢与温度的关系。
2．了解热量的概念；从能量转化的角度认识燃料的热值。
二．过程与方法
1．通过对比演示实验或自主实验探究，知道物体温度越高，分子热运动越剧烈。
2．类比已经认识到的宏观能量（机械能），认识物体内的微观能量---内能---分子动能和分子势能之和。
3．通过实例分析认识内能是一种重要的能量形式。
4．用能量的观点认识燃料这一人类目前利用得最广泛、最重要的能源。从能的转化角度认识燃料的燃烧过程。
5．通过实例认识做功过程、热传递过程都是改变物体内能的过程。
三．重点与难点
本节的重点是：认识到一切物体都具有内能；认识到内能改变的两种方式是做功和热传递。
本节的难点是：温度、内能、热量三个基本热学概念的联系与区别。
四．教学过程
本节包括三个教学板块。（1）温度与热运动。突出温度的微观实质----反映组成物体的大量分子做无规则运动的剧烈程度；（2）物体的内能。强调一切物体都具有内能，内能是能量的一种重要形式，改变和得用内能有两种方式----做功和热传递；（3）燃烧：放出热量。从能量观点认识燃料和燃烧过程。
1．教学过程设计
（１）温度与热运动
为了使学生感悟温度这一宏观可测量与微观世界分子无规则运动的关系，应着意做好温度对扩散的影响这一对比演示实验。
为了使实验效果明显，需要冷热水的温差大一些。要使学生首先明确：观察的是两杯水各滴入一滴蓝（红）墨水后两杯水呈现均匀蓝(红)色的过程。哪杯水先变得均匀，说明哪杯水扩散得快。
这个实验一般在2～3min内即可完成，实验中要适时组织讨论交流。墨水在冷水和热水中扩散的快慢不同，说明扩散的快慢跟温度有关。既然扩散现象是分子不停息的无规则运动造成的，那么扩散进行得快，则是由于分子运动得快；扩散进行得慢，则是由于分子运动得慢。实验中，热水温度高，扩散进行得快，说明温度高时分子运动得快；冷水温度低，扩散进行得慢，说明温度低时分子运动得慢。因此，温度反映了组成物体的大量分子做无规则运动的剧烈程度。
（２）物体的内能
内能是储存在物体内部的能量。学生对物体具有的宏观能量——机械能（物体的动能和势能）已经了解，由于物体的微观能量——内能(大量分子的动能和势能之和)的抽象性，采用联想对比的方法，对比机械能，引入内能概念，以便于学生接受。
例如：
物体运动具有动能分子热运动也具有动能；
伸长或压缩的弹簧具有势能分子间相互吸引或排斥也具有势能；
物体动能、势能的总和统称为机械能物体内大量分子的动能、势能的总和统称为内能。
虽然内能的概念可通过与机械能的对比得出，但一定要结合讨论交流“南极的冰山有内能吗”,引领学生注意内能与机械能的区别，重点是“一切物体都有内能”。内能是能量的一种基本形式。可回顾分子动理论的基本内容。
在讨论交流过程中，会涉及一个问题：一个物体的动能或势能的大小跟物体的质量、速度或高度有关，物体内能的大小跟什么因素有关呢？
需注意的是，内能除了与温度有关之外，还与物体所含分子的个数、种类、结构、状态等因素有关。一般来说，物体不同，其内能也不同；同一物体处于不同温度、不同体积时，其内能也不同。教学的重点应放在：对于同一物体，如何改变它的内能大小？怎样才能知道它的内能大小发生了改变？在引入内能概念之后，教科书就“改变内能的方式”设置了一个实验探究：让笔杆热起来。
让笔杆热起来的具体方法可以很多，这里重要的是鼓励学生根据生活经验和小学自然（科学）课程中学到的知识相互交流并表达出来，而且选出几个具有典型意义的易做的方法，进行实验验证，然后分析归纳，得出结论。
教科书图1-2-7为教学提供了5幅改变和利用内能的实例，要求学生在上述探究基础上确认每一实例中内能改变的方式，以及怎样确认物体内能发生了改变。关于怎样改变内能以及怎样确认内能改变的其他方案，详见教学过程设计说明。
关于温度、内能、热量、做功的关系，进行必要的辨析，借助实例、练习，使学生澄清混淆，了解它们的区别和联系。
（３）燃烧：放出热量
燃烧是最常见的化学能转化为内能的能量转化过程，对燃烧的理解还会影响学生对热机的认识。教学中，借助学生的生活经验，通过交流讨论，从能量转化角度，认识燃料、认识燃料燃烧给人类带来的文明进步及随之而来的环境问题。讨论交流过程中，围绕下面几个主题：
①
燃烧放出热量；②
燃烧是化学变化，是化学能转化为内能；③
质量相同的不同燃料，燃烧后放出的热量一般不同；④
同一燃料，质量不同，燃烧放出的热量不同。
在讨论交流之后，教师向学生提出问题：燃料燃烧放出的热量多少，跟哪些因素有关？由此，引出热值的概念。。
让学生生活中观察：汽车尾气黑烟、锅炉烟囱的黑烟、炼焦、制炭等，指出燃料不完全燃烧将会降低燃料的利用率，浪费能源，造成环境污染。并由此引导学生进一步完善热值概念：1
kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
在讨论交流之后，须让学生达成共识：不是任何物体都具有热值（如石块、钢铁等就没有），热值是燃料的固有特性。只要是燃料就有热值，与它是否燃烧无关；热值是燃料完全燃烧时放出的热量，不完全燃烧不仅造成资源浪费，而且污染环境。
在认识了燃烧过程与热值概念之后，可利用Q=mq进行简单计算。以下略举两例。
例：航天器火箭发动机通常用氢作燃料，你能说出其中的道理吗（氢气的热值很大，约14．3×107J／m3，相同质量或体积下完全燃烧可以放出更多热量）？
例：燃烧1m3的煤气大约放出热量3.9×107
J（q=3.9×107
J／m3），某市管道煤气收费标准为0.87元／m3，有一户人家一个月内燃烧煤气30m3，那么，该月该户烧煤气共消耗了多少热量？应交纳煤气费多少元？（1.17×109
J,
26.1元）
2．教学过程设计说明
（1）怎样改变物体内能以及怎样确认物体内能改变的其他参考方案
①讲解利用压缩空气点火。将一小团（绿豆粒大小）蘸了乙醚的棉花放入压缩空气仪的有机玻璃筒中，迅速用力压下活塞，观察并解释所发生的现象。
②
观察摩擦力做功使物体内能增加的实验。
（2）课外活动和小实验
亲身体验：用打气筒给自行车轮胎打气。打完之后，用手摸一摸气筒的外壁，感觉一下，是不是变热了？它为什么变热？为了检验你的想法，请不接自行车轮胎的气门，空打打气筒。过一会儿，停止打气，再摸一下气筒，你的感觉如何？
③
摇沙实验：详见本节“家庭实验室”。
（3）讨论话题
①
飞机上的空调器应处于制冷状态还是制热状态？
飞机在高空飞行时，舱外的温度低到-50℃，气压也非常低。为了保持机舱内空气清新，需要把舱外空气压进舱内。因为压入空气时，需对空气做功，被压入的新鲜空气的内能增加，温度可升高到50
℃。因此，飞机上的空调器应处于制冷状态。
②
哪杯水更甜？
倒一杯凉开水和一杯热开水，在两个杯中各放一块方糖，每隔相同的时间（如1min），品尝一下杯中的水，看看需要经过多长时间才能尝出甜味，并对比哪一杯水甜得更快。
③哪杯水中墨水扩散得快？
在一个烧杯中装半杯热水，另一个同样的烧杯中装等量的凉水。分别在两个烧杯中滴入一滴红（蓝）墨水，对比观察两杯中发生的现象。
?
1.
冷、热水对比墨滴扩散实验
这是一组对比实验，旨在展示温度对扩散的影响。实验中两杯水除了温度不同外，杯子、水量、墨滴，都应相同。为了在短时间内取得明显的实验效果，冷、热水的温差宜大一些。
2.
让笔杆或粗铁丝热起来
这是一个开放实验，要鼓励学生根据生活经验和小学科学（或自然）课所学知识想办法，掀起“头脑风暴”，然后互相交流；根据学生提出的办法，选出几个易于在课堂上实现的，进行实验验证，使学生亲身体验；分析归纳，达成理性认识。
【
教学反馈
】
　　教师的教学活动是在教师的主导下，学生积极参与探索的过程。本节可通过观察温度与热运动及内能改变的两种方式的事例，激发学生兴趣。其中部分内容以老师讲解为主，学生通过练习对知识进行巩固。课堂严谨而又不失活跃，学生掌握内容深刻而又牢固。教学效果良好。