第7A章物體的內(nèi)能
教練：陸立陽(yáng) 上海長(zhǎng)寧區(qū)教育學(xué)院
一、教學(xué)任務(wù)分析
物體的內(nèi)能是繼機(jī)械能之后的另一種形式的能量習(xí)得。 學(xué)習(xí)內(nèi)能不僅認(rèn)識(shí)到微觀世界的分子具有能量，而且為以后能量轉(zhuǎn)換和能量守恒定律的知識(shí)奠定基礎(chǔ)。
學(xué)習(xí)物體的內(nèi)能需要基于物體的分子運(yùn)動(dòng)論、動(dòng)能、勢(shì)能、機(jī)械能等知識(shí)。
利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造場(chǎng)景，通過問題討論，介紹和學(xué)習(xí)物體的內(nèi)能，以及物體內(nèi)能與溫度、體積、狀態(tài)的關(guān)系。
通過DIS實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解到“當(dāng)外力對(duì)物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能增大”和“當(dāng)外力對(duì)物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能減小”的變化規(guī)律。 通過《歷史回顧》，介紹了焦耳關(guān)于熱與功當(dāng)量關(guān)系的研究。
在學(xué)習(xí)分子勢(shì)能時(shí)，通過與重力所做的功以及重力勢(shì)能的變化進(jìn)行類比，讓學(xué)生體驗(yàn)到“類比”的方法； 在學(xué)習(xí)物體的內(nèi)能時(shí)，可以感受到統(tǒng)計(jì)規(guī)律的初步概念； 在研究物體做功引起的內(nèi)能變化過程時(shí)，學(xué)生可以體驗(yàn)“實(shí)驗(yàn)探究”的方法內(nèi)能與什么有關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、判斷、推理、歸納等能力； 在學(xué)習(xí)焦耳關(guān)于熱與功當(dāng)量關(guān)系的研究的同時(shí)，體驗(yàn)科學(xué)家在探索真理過程中的科學(xué)精神。
二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能
（1）知道分子的動(dòng)能，知道溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。
（2）知道分子勢(shì)能，知道分子勢(shì)能與物體的狀態(tài)和體積有關(guān)。
(3)知道物體的內(nèi)能。
(4)了解內(nèi)能變化的兩種方式：做功和傳熱。 知道功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能方面是等效的。
2.流程與方法
(1)通過研究分子勢(shì)能來(lái)理解“類比”的科學(xué)方法。
（2）學(xué)習(xí)內(nèi)能概念，體驗(yàn)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的研究方法。
（3）通過研究做功引起物體變化的學(xué)習(xí)過程，理解“實(shí)驗(yàn)探究”的方法。
3．情感、態(tài)度和價(jià)值觀
（1）通過觀察和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)探究的情感。
（2）通過對(duì)焦耳的簡(jiǎn)單介紹，我們可以了解科學(xué)家在探索真理過程中的科學(xué)精神。
三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)
重點(diǎn)難點(diǎn)：物體的內(nèi)能； 內(nèi)能變化的兩種方式。
4. 教學(xué)資源
1. 設(shè)備
（1）演示實(shí)驗(yàn)：①冷熱水各一杯、熱電電池一塊、小電風(fēng)扇一臺(tái)。 ②銅管、繩索、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)。 ③圓形玻璃缸、活塞、硝化纖維。
（2）學(xué)生實(shí)驗(yàn)：①兩個(gè)燒杯，紅墨水，冷水和熱水。 ②酒精燈、試管、試管夾、活塞。
2、課件
柴油機(jī)結(jié)構(gòu)與工作過程Flash課件。
5. 教學(xué)設(shè)計(jì)思想
這個(gè)設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面：一是物體的內(nèi)能；二是物體的內(nèi)能。 二是內(nèi)能變化的兩種方式； 第三，做功和傳熱相當(dāng)于改變物體的內(nèi)能。
這一設(shè)計(jì)的基本思想是用實(shí)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學(xué)生的好奇心。 通過問題的討論，介紹了物體的內(nèi)能，以及物體的內(nèi)能與溫度、體積和狀態(tài)的關(guān)系。 通過基于日常生活經(jīng)驗(yàn)的交流和討論，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了兩種改變物體內(nèi)能的方法。 通過《歷史回顧》，介紹了焦耳對(duì)熱與功當(dāng)量關(guān)系的研究，知道功和傳熱等價(jià)于改變物體的內(nèi)能。
本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)和要克服的難點(diǎn)是：物體的內(nèi)能以及內(nèi)能變化的兩種方式。 方法是：以實(shí)驗(yàn)和分析為基礎(chǔ)，以學(xué)生在初中和前階段學(xué)習(xí)所掌握的知識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)生的親身經(jīng)歷，利用實(shí)驗(yàn)和動(dòng)畫演示來(lái)分析實(shí)例，掌握學(xué)生的內(nèi)能。物體和內(nèi)能的變化。 突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)的兩種方式。
本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)問題討論、交流討論、實(shí)驗(yàn)研究、教師指導(dǎo)等多種教學(xué)策略的運(yùn)用，重視概念和規(guī)則的形成過程以及伴隨這一過程的科學(xué)方法的教育。 。 通過學(xué)生的積極參與，培養(yǎng)學(xué)生的分析推理、比較判斷、歸納概括等能力，體驗(yàn)“類比”、“實(shí)驗(yàn)探究”、“歸納推理”等科學(xué)方法； 他們可以體會(huì)到科學(xué)家的探究精神，增加學(xué)習(xí)的興趣。
完成本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容大約需要1課時(shí)。
六、教學(xué)流程 1、教學(xué)流程圖
2.流程圖說明
場(chǎng)景演示實(shí)驗(yàn)1
有一定質(zhì)量的上下兩個(gè)杯子，里面的水溫不同。 水溫值標(biāo)注在杯體上。 其中，上杯底部有一個(gè)由半導(dǎo)體材料制成的熱電電池，電池的兩個(gè)極形成一個(gè)帶有小風(fēng)扇的電路。 當(dāng)上下杯中的水溫不同時(shí)，風(fēng)扇會(huì)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。
問題一：驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的能量從何而來(lái)？
活動(dòng)一學(xué)生實(shí)驗(yàn)1
取兩杯不同溫度、相同體積的水，在每杯水中滴一滴紅墨水，觀察變化。
活動(dòng)二大家發(fā)言
列出內(nèi)能變化的實(shí)際例子。
問題2：如何改變內(nèi)能？
活動(dòng)三演示實(shí)驗(yàn)2 DIS實(shí)驗(yàn)
使用溫度傳感器研究摩擦和熱量之間的關(guān)系。 觀察溫度變化曲線，分析拉拔次數(shù)及相應(yīng)的溫度變化。
活動(dòng)四演示實(shí)驗(yàn)3
演示壓縮空氣和硝化纖維的燃燒。
播放有關(guān)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和工作過程的Flash課件。
活動(dòng)五學(xué)生實(shí)驗(yàn)2
用酒精燈加熱試管中的水。 當(dāng)沸騰時(shí)，可以看到活塞被推出，試管壁上形成小水滴。
活動(dòng)六歷史回顧
介紹焦耳對(duì)熱量與功當(dāng)量之間關(guān)系的研究。
三、教學(xué)主要方面
本設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié)。
第一個(gè)環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)觀察和討論，總結(jié)出物體內(nèi)能的概念，以及物體內(nèi)能與其溫度、體積、狀態(tài)的關(guān)系。
第二個(gè)環(huán)節(jié)，通過DIS實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的研究，了解改變物體內(nèi)能的兩種方式。
第三個(gè)環(huán)節(jié)，通過“歷史回顧”，介紹了焦耳對(duì)熱與功當(dāng)量關(guān)系的研究，知道功和傳熱等價(jià)于改變物體的內(nèi)能。
七、教案舉例（一）情景介紹
1.觀察演示實(shí)驗(yàn)1并提出問題
演示實(shí)驗(yàn)1：上下各有兩個(gè)杯子，有一定的質(zhì)量，水溫不同。 杯體上標(biāo)有水溫。 其中，上杯底部有一個(gè)由半導(dǎo)體材料制成的熱電電池，電池的兩個(gè)極形成一個(gè)帶有小風(fēng)扇的電路。 當(dāng)上下杯中的水溫不同時(shí)，風(fēng)扇會(huì)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。
問題一：驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的能量從何而來(lái)？
2.導(dǎo)入新課程
我們可以利用本課學(xué)到的知識(shí)來(lái)回答上述問題。
(2)物體的內(nèi)能
物體是由大量的分子組成的，分子不斷地做著不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。
1.分子動(dòng)能
學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：取兩杯不同溫度、相同體積的水，分別滴入一滴紅墨水物理資源網(wǎng)，觀察變化。
紅墨水?dāng)U散
結(jié)論：溫度越高，分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)（熱運(yùn)動(dòng)）越劇烈。
溫度是物體中分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。
2. 分子勢(shì)能
分子勢(shì)能隨分子間距離的變化而變化，分子勢(shì)能與物體的狀態(tài)和體積有關(guān)。
類比：重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減?。?當(dāng)重力做負(fù)功時(shí)，重力勢(shì)能增加。
分子間力做正功，分子勢(shì)能減??； 分子間力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加。
3.物體的內(nèi)能
(1)熱現(xiàn)象是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，是大量分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
(2)內(nèi)能與溫度之差。
溫度僅對(duì)應(yīng)于物體中大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均動(dòng)能。 單個(gè)分子或數(shù)十個(gè)、數(shù)百個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與溫度無(wú)關(guān)。 我們知道，溫度這個(gè)物理量的宏觀意義是表示物體的冷熱程度，也是大量分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的象征。 這就是溫度的微觀意義。
(3)內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別。
定義決定數(shù)量測(cè)量
內(nèi)能
物體中所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能之和
由物體的溫度、體積和狀態(tài)決定
任何物體都有內(nèi)能，內(nèi)能不為零
無(wú)法測(cè)量
機(jī)械能
物體的動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為
它與宏觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、參考系以及零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)。
可以為零
可測(cè)量的
讓我們談?wù)劊毫谐鰞?nèi)能變化的實(shí)際例子。
問題2：如何改變物體的內(nèi)能？
(3)改變內(nèi)能的方法
1.做功可以改變物體的內(nèi)能
(1)外界克服摩擦做功，增加了物體的內(nèi)能。
演示實(shí)驗(yàn)2：利用溫度傳感器研究摩擦與熱量的關(guān)系。 將溫度傳感器插入銅管中，拉動(dòng)繩子，觀察軟件界面上的溫度變化曲線，分析拉動(dòng)的次數(shù)和相應(yīng)的溫度變化。
摩擦和熱量
結(jié)論：摩擦功越大，溫升越大。 摩擦功完成得越快，溫度上升得越快。 當(dāng)做功克服摩擦?xí)r，物體的溫度升高，內(nèi)能增加。
(2)壓縮氣體做功，氣體內(nèi)能增加。
演示實(shí)驗(yàn)3：活塞壓縮玻璃管內(nèi)的空氣，硝化纖維燃燒。
工作點(diǎn)火
結(jié)論：壓縮空氣確實(shí)做功，使空氣溫度升高內(nèi)能與什么有關(guān)，內(nèi)能增大，達(dá)到硝化棉的燃點(diǎn)，引起棉花燃燒。 播放柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作過程的Flash課件，進(jìn)一步了解壓縮氣體做功可以增加氣體的內(nèi)能。
(3)氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少。
學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：用酒精燈加熱試管中的水。 當(dāng)沸騰時(shí)，可以看到活塞被沖出，試管壁上形成小水滴。
供暖工作
結(jié)論：當(dāng)試管內(nèi)的氣體推動(dòng)活塞做功時(shí)，氣體的內(nèi)能減小，溫度降低，導(dǎo)致試管內(nèi)的水蒸氣液化成小水滴。
2.熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能
(4)做功和傳熱相當(dāng)于改變物體的內(nèi)能
在《歷史回顧》專欄中介紹焦耳關(guān)于熱與功當(dāng)量關(guān)系的研究，知道功和傳熱等價(jià)于改變物體的內(nèi)能，了解科學(xué)家的探索精神。
（五）申請(qǐng)審核
新課導(dǎo)入時(shí)制作的場(chǎng)景解釋了小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：當(dāng)上下杯的水溫相同時(shí)，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)上下杯的水溫相同時(shí)，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)上下杯的水溫相同時(shí)，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)； 但當(dāng)兩個(gè)杯子的水溫相差較大時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)得很快。 事實(shí)上，溫差是用來(lái)發(fā)電來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，在一定條件下，物體的內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為電能。
（六）總結(jié)
輕微地。
（七）作業(yè)安排
輕微地。
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