第7A章物體的內(nèi)能
教練：陸立陽 上海長寧區(qū)教育學院
一、教學任務(wù)分析
物體的內(nèi)能是繼機械能之后的另一種形式的能量習得。 學習內(nèi)能不僅認識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奠定基礎(chǔ)。
學習物體的內(nèi)能需要基于物體的分子運動論、動能、勢能、機械能等知識。
利用實驗創(chuàng)造場景，通過問題討論，介紹和學習物體的內(nèi)能，以及物體內(nèi)能與溫度、體積、狀態(tài)的關(guān)系。
通過DIS實驗和學生實驗，學生可以了解到“當外力對物體做功時，物體的內(nèi)能增大”和“當外力對物體做功時，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)于熱與功當量關(guān)系的研究。
在學習分子勢能時，通過與重力所做的功以及重力勢能的變化進行類比，讓學生體驗到“類比”的方法； 在學習物體的內(nèi)能時，可以感受到統(tǒng)計規(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，學生可以體驗“實驗探究”的方法內(nèi)能與什么有關(guān)，培養(yǎng)學生的觀察、分析、判斷、推理、歸納等能力； 在學習焦耳關(guān)于熱與功當量關(guān)系的研究的同時，體驗科學家在探索真理過程中的科學精神。
二、教學目標 1、知識與技能
（1）知道分子的動能，知道溫度是分子熱運動平均動能的標志。
（2）知道分子勢能，知道分子勢能與物體的狀態(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)通過研究分子勢能來理解“類比”的科學方法。
（2）學習內(nèi)能概念，體驗統(tǒng)計規(guī)律的研究方法。
（3）通過研究做功引起物體變化的學習過程，理解“實驗探究”的方法。
3．情感、態(tài)度和價值觀
（1）通過觀察和動手實驗，體驗科學探究的情感。
（2）通過對焦耳的簡單介紹，我們可以了解科學家在探索真理過程中的科學精神。
三、教學重點與難點
重點難點：物體的內(nèi)能； 內(nèi)能變化的兩種方式。
4. 教學資源
1. 設(shè)備
（1）演示實驗：①冷熱水各一杯、熱電電池一塊、小電風扇一臺。 ②銅管、繩索、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機。 ③圓形玻璃缸、活塞、硝化纖維。
（2）學生實驗：①兩個燒杯，紅墨水，冷水和熱水。 ②酒精燈、試管、試管夾、活塞。
2、課件
柴油機結(jié)構(gòu)與工作過程Flash課件。
5. 教學設(shè)計思想
這個設(shè)計包括三個方面：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，做功和傳熱相當于改變物體的內(nèi)能。
這一設(shè)計的基本思想是用實驗來創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學生的好奇心。 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)驗的交流和討論，在實驗的基礎(chǔ)上，導出了兩種改變物體內(nèi)能的方法。 通過《歷史回顧》，介紹了焦耳對熱與功當量關(guān)系的研究，知道功和傳熱等價于改變物體的內(nèi)能。
本設(shè)計要突出的重點和要克服的難點是：物體的內(nèi)能以及內(nèi)能變化的兩種方式。 方法是：以實驗和分析為基礎(chǔ)，以學生在初中和前階段學習所掌握的知識為基礎(chǔ)，結(jié)合學生的親身經(jīng)歷，利用實驗和動畫演示來分析實例，掌握學生的內(nèi)能。物體和內(nèi)能的變化。 突出重點、突破難點的兩種方式。
本設(shè)計強調(diào)問題討論、交流討論、實驗研究、教師指導等多種教學策略的運用，重視概念和規(guī)則的形成過程以及伴隨這一過程的科學方法的教育。 。 通過學生的積極參與，培養(yǎng)學生的分析推理、比較判斷、歸納概括等能力，體驗“類比”、“實驗探究”、“歸納推理”等科學方法； 他們可以體會到科學家的探究精神，增加學習的興趣。
完成本次設(shè)計的內(nèi)容大約需要1課時。
六、教學流程 1、教學流程圖
2.流程圖說明
場景演示實驗1
有一定質(zhì)量的上下兩個杯子，里面的水溫不同。 水溫值標注在杯體上。 其中，上杯底部有一個由半導體材料制成的熱電電池，電池的兩個極形成一個帶有小風扇的電路。 當上下杯中的水溫不同時，風扇會持續(xù)旋轉(zhuǎn)。
問題一：驅(qū)動風扇的能量從何而來？
活動一學生實驗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。
活動二大家發(fā)言
列出內(nèi)能變化的實際例子。
問題2：如何改變內(nèi)能？
活動三演示實驗2 DIS實驗
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)及相應的溫度變化。
活動四演示實驗3
演示壓縮空氣和硝化纖維的燃燒。
播放有關(guān)柴油機結(jié)構(gòu)和工作過程的Flash課件。
活動五學生實驗2
用酒精燈加熱試管中的水。 當沸騰時，可以看到活塞被推出，試管壁上形成小水滴。
活動六歷史回顧
介紹焦耳對熱量與功當量之間關(guān)系的研究。
三、教學主要方面
本設(shè)計可分為三個主要教學環(huán)節(jié)。
第一個環(huán)節(jié)，通過實驗觀察和討論，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。
第二個環(huán)節(jié)，通過DIS實驗和學生實驗的研究，了解改變物體內(nèi)能的兩種方式。
第三個環(huán)節(jié)，通過“歷史回顧”，介紹了焦耳對熱與功當量關(guān)系的研究，知道功和傳熱等價于改變物體的內(nèi)能。
七、教案舉例（一）情景介紹
1.觀察演示實驗1并提出問題
演示實驗1：上下各有兩個杯子，有一定的質(zhì)量，水溫不同。 杯體上標有水溫。 其中，上杯底部有一個由半導體材料制成的熱電電池，電池的兩個極形成一個帶有小風扇的電路。 當上下杯中的水溫不同時，風扇會持續(xù)旋轉(zhuǎn)。
問題一：驅(qū)動風扇的能量從何而來？
2.導入新課程
我們可以利用本課學到的知識來回答上述問題。
(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)則的熱運動。
1.分子動能
學生實驗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。
紅墨水擴散
結(jié)論：溫度越高，分子的隨機運動（熱運動）越劇烈。
溫度是物體中分子熱運動平均動能的標志。
2. 分子勢能
分子勢能隨分子間距離的變化而變化，分子勢能與物體的狀態(tài)和體積有關(guān)。
類比：重力做正功時，重力勢能減小； 當重力做負功時，重力勢能增加。
分子間力做正功，分子勢能減小； 分子間力做負功，分子勢能增加。
3.物體的內(nèi)能
(1)熱現(xiàn)象是大量分子熱運動的宏觀表現(xiàn)，是大量分子運動的統(tǒng)計結(jié)果。
(2)內(nèi)能與溫度之差。
溫度僅對應于物體中大量分子熱運動的統(tǒng)計平均動能。 單個分子或數(shù)十個、數(shù)百個分子的熱運動動能與溫度無關(guān)。 我們知道，溫度這個物理量的宏觀意義是表示物體的冷熱程度，也是大量分子熱運動平均動能的象征。 這就是溫度的微觀意義。
(3)內(nèi)能與機械能的區(qū)別。
定義決定數(shù)量測量
內(nèi)能
物體中所有分子的動能和勢能之和
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
無法測量
機械能
物體的動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為
它與宏觀運動狀態(tài)、參考系以及零勢能點的選取有關(guān)。
可以為零
可測量的
讓我們談?wù)劊毫谐鰞?nèi)能變化的實際例子。
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。
演示實驗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，拉動繩子，觀察軟件界面上的溫度變化曲線，分析拉動的次數(shù)和相應的溫度變化。
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。 當做功克服摩擦時，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。
演示實驗3：活塞壓縮玻璃管內(nèi)的空氣，硝化纖維燃燒。
工作點火
結(jié)論：壓縮空氣確實做功，使空氣溫度升高內(nèi)能與什么有關(guān)，內(nèi)能增大，達到硝化棉的燃點，引起棉花燃燒。 播放柴油機的結(jié)構(gòu)和工作過程的Flash課件，進一步了解壓縮氣體做功可以增加氣體的內(nèi)能。
(3)氣體對外做功，內(nèi)能減少。
學生實驗2：用酒精燈加熱試管中的水。 當沸騰時，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：當試管內(nèi)的氣體推動活塞做功時，氣體的內(nèi)能減小，溫度降低，導致試管內(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)于熱與功當量關(guān)系的研究，知道功和傳熱等價于改變物體的內(nèi)能，了解科學家的探索精神。
（五）申請審核
新課導入時制作的場景解釋了小風扇轉(zhuǎn)動的原因：當上下杯的水溫相同時，風扇不轉(zhuǎn)動；當上下杯的水溫相同時，風扇不轉(zhuǎn)動；當上下杯的水溫相同時，風扇不轉(zhuǎn)動； 但當兩個杯子的水溫相差較大時，風扇轉(zhuǎn)得很快。 事實上，溫差是用來發(fā)電來驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)的。 這個實驗表明，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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