【北大版】九年級(jí)物理上冊(cè)教學(xué)設(shè)計(jì)-第二節(jié) 內(nèi)能

第十章機(jī)械能、內(nèi)能及其轉(zhuǎn)化第二節(jié)內(nèi)能北京市中關(guān)村中學(xué)楊雪嬌一、教學(xué)背景分析本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容有四個(gè)，一是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本圖像，即分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容；二是固體、液體、氣體的宏觀特征；三是物體的內(nèi)能；四是能量轉(zhuǎn)化與守恒的基本觀點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代大多數(shù)學(xué)生已經(jīng)具備一些物質(zhì)組成的基本知識(shí)，但這些內(nèi)容較為抽象，同時(shí)考慮到課標(biāo)的要求，本節(jié)課的主要教學(xué)方式為引導(dǎo)學(xué)生觀察一系列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納得出結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)由宏觀現(xiàn)象推導(dǎo)出微觀結(jié)論的科學(xué)研究方法。在進(jìn)行內(nèi)能概念和改變內(nèi)能方法的教學(xué)時(shí)，讓學(xué)生通過(guò)對(duì)概念的學(xué)習(xí)和理解舉出生活中相關(guān)的實(shí)例，可以有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)之間的關(guān)系，并從中體會(huì)物理知識(shí)在社會(huì)生活和生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，同時(shí)也有助于加強(qiáng)學(xué)生在探究知識(shí)過(guò)程中的合作精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。能的轉(zhuǎn)化與守恒的例子雖然在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很多，但是并未引起學(xué)生的認(rèn)真思考，尤其是在各種能量相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量的總量保持不變，缺乏定量的數(shù)據(jù)事實(shí)和依據(jù)，因此教學(xué)中要適當(dāng)多舉一些學(xué)生身邊的例子以豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生既認(rèn)識(shí)到各種形式的能量之間的確可以相互轉(zhuǎn)化，同時(shí)知道能量的總和是保持不變的。二、教學(xué)目標(biāo)1.初步了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本圖像，即分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)，能用分子動(dòng)理論的知識(shí)解釋一些簡(jiǎn)單現(xiàn)象。2.知道什么是擴(kuò)散現(xiàn)象，會(huì)解釋一些簡(jiǎn)單的擴(kuò)散現(xiàn)象。3.知道固體、液體、氣體的宏觀特征和微觀分子運(yùn)動(dòng)情況。4.知道物體的內(nèi)能。知道通過(guò)熱傳遞和做功能夠改變物體的內(nèi)能。知道能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。5.通過(guò)觀察氣體、固體和液體的擴(kuò)散等一系列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)習(xí)由宏觀現(xiàn)象推知微觀本質(zhì)的研究方法。三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：分子動(dòng)理論相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和內(nèi)能的概念。教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)分子動(dòng)理論內(nèi)容和物質(zhì)三態(tài)的特征的理解。觀察分子動(dòng)理論相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是學(xué)生理解分子動(dòng)理論的基礎(chǔ)，教學(xué)中要注意把宏觀量和微觀量聯(lián)系起來(lái)。對(duì)于內(nèi)能，可以通過(guò)學(xué)過(guò)的物體的動(dòng)能和勢(shì)能知識(shí)去類比分子動(dòng)能和分子勢(shì)能，進(jìn)而理解內(nèi)能。讓學(xué)生通過(guò)聯(lián)想分子由于熱運(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)能，分子間有相互作用而具有勢(shì)能。關(guān)于“固體、液體和氣體的特征”，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)物質(zhì)的三態(tài)，但對(duì)于不同狀態(tài)物質(zhì)的特征并沒有形成抽象的認(rèn)識(shí)。教學(xué)時(shí)以“固體、液體和氣體的特征”的知識(shí)做載體，在學(xué)生獲得對(duì)物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)一步系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)的同時(shí)，學(xué)習(xí)宏觀現(xiàn)象和微觀本質(zhì)的聯(lián)系。教學(xué)中要精心創(chuàng)設(shè)物理情境，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)參與課堂教學(xué)活動(dòng)，避免“灌概念”，要讓學(xué)生在列舉實(shí)例、交流討論等活動(dòng)中理解本節(jié)的內(nèi)容。四、教學(xué)過(guò)程1.教學(xué)引入從古至今，人類始終沒有停止對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索，我們知道物質(zhì)都是由大量分子或原子組成的，這節(jié)課的任務(wù)就是通過(guò)一些宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)了解分子。2.“知識(shí)點(diǎn)”教學(xué)●物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本圖像問(wèn)題引導(dǎo)：閱讀下面資料，思考這些數(shù)據(jù)說(shuō)明了什么？展示資料：通常情況下，1cm3的空氣里大約有2.7×1019個(gè)分子。如果人數(shù)數(shù)的速度能達(dá)到每秒100億個(gè)，要把這么多分子一個(gè)個(gè)數(shù)完，得花80多年。將1cm3水中的分子一個(gè)挨一個(gè)的排起來(lái)，能排8.71×109km，而太陽(yáng)與地球相距1.5×108km，這些分子可以在太陽(yáng)和地球之間排58排。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)分子特點(diǎn)：體積十分小、質(zhì)量非常小。一般分子直徑大約為10-10m。問(wèn)題：分子處于什么樣的狀態(tài)？如何得知分子所處的狀態(tài)？引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)：由宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推知分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的研究方法。教師演示空氣和二氧化氮的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。簡(jiǎn)單介紹實(shí)驗(yàn)裝置；抽走中間的玻璃片。引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象：抽去中間玻璃片后，上下兩個(gè)瓶子的顏色逐漸變得均勻。學(xué)生分析得出結(jié)論：二氧化氮?dú)怏w分子和空氣中分子在運(yùn)動(dòng)。教師演示濃硫酸銅和水之間的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)（教師可以提前準(zhǔn)備，將裝有濃硫酸銅和水的燒杯放在教室里，讓學(xué)生觀察濃硫酸銅和水之間的擴(kuò)散）學(xué)生分析得出結(jié)論：硫酸銅溶液分子和水分子在運(yùn)動(dòng)。播放鉛板與金板之間擴(kuò)散的課件（或者錄像資料）。引出：兩種不同物質(zhì)接觸時(shí)可以自發(fā)地彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象叫作擴(kuò)散現(xiàn)象，擴(kuò)散現(xiàn)象證明一切物質(zhì)的分子都在永不停息地運(yùn)動(dòng)。學(xué)生舉例：每位同學(xué)列舉2個(gè)生活中擴(kuò)散現(xiàn)象的例子，相互交流。演示：紅墨水在熱水和冷水中的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度有關(guān)，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈。引出：分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度有關(guān)。過(guò)渡：既然粉筆是由分子組成的，而且分子在不停息的運(yùn)動(dòng)，那么為什么粉筆沒有變成一個(gè)一個(gè)的分子，而具有一定的體積和形狀呢？引導(dǎo)學(xué)生觀察下面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與上述問(wèn)題之間有什么聯(lián)系。演示：把兩根鉛柱的端面削平，將削平的端面相對(duì)，用力擠壓。這時(shí)兩根鉛柱“連接”在一起，在鉛柱下面懸掛重物，它們不會(huì)分開。引出：分子之間存在著相互作用的引力。教師設(shè)問(wèn)：分子之間存在著引力為什么沒有將分子吸引到一塊呢？學(xué)生猜想：分子之間是否還存在著相互作用的斥力？引導(dǎo)分析：物體能夠壓縮，但壓縮時(shí)要用力，而且壓縮得越狠，用的力越大，說(shuō)明組成物質(zhì)的分子之間不可能靠得很近，進(jìn)一步推知，分子之間還存在著相互作用的斥力。教師提問(wèn)：分子之間既存在著相互作用的引力，又存在著相互作用的斥力，引力和斥力是同時(shí)存在的嗎？什么時(shí)候表現(xiàn)出引力？什么時(shí)候表現(xiàn)出斥力？學(xué)生閱讀教材第10頁(yè)的相關(guān)內(nèi)容。教師補(bǔ)充：分子之間相互作用力的模型。強(qiáng)調(diào)：分子之間的引力和斥力總是同時(shí)存在的。當(dāng)分子之間的距離足夠小時(shí)，分子之間的斥力作用比較顯著（引力仍然存在）；當(dāng)距離進(jìn)一步增大時(shí)，分子之間的引力比較顯著（斥力仍然存在）；當(dāng)分子之間的距離大到分子直徑的10倍以上時(shí)，分子之間的作用力非常小，可以忽略不計(jì)。●固體、液體和氣體的特征教師設(shè)問(wèn)：為什么固體既有一定的體積又有一定的形狀？液體有一定的體積但沒有一定的形狀？氣體既沒有一定的體積又沒有一定的形狀？學(xué)生思考并交流。教師講解：固體分子彼此靠得很近，分子之間的作用力很大，分子有規(guī)律地緊挨在一起，所以宏觀上固體既有一定的體積又有一定的形狀；液體分子之間的距離較大，分子之間的作用力較小，分子只能在一定限度內(nèi)運(yùn)動(dòng)；所以液體有一定的體積但沒有一定的形狀；氣體既沒有一定的體積又沒有一定的形狀，是因?yàn)榉肿与x得很遠(yuǎn)，每個(gè)分子能自由地沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，我們通常稱氣體的分子為自由分子。我們可以把固體、液體、氣體分別比喻成正在做廣播操的整齊的隊(duì)伍、在舞池中跳舞的隊(duì)伍、在大操場(chǎng)中自由活動(dòng)的隊(duì)伍；由于分子的運(yùn)動(dòng)快慢與溫度有關(guān)，因此溫度升高時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)變得激烈，分子之間的距離變大，這也就是物體的體積一般都會(huì)有“熱脹冷縮”性質(zhì)的道理?！裎矬w的內(nèi)能問(wèn)題：物質(zhì)的分子也在永不停息地運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的分子具有動(dòng)能嗎？相互作用的分子之間具有分子勢(shì)能嗎？引出：分子動(dòng)能——分子由于運(yùn)動(dòng)而具有的能；分子勢(shì)能——分子之間由于存在著相互作用力而具有的能叫分子勢(shì)能；物體內(nèi)所有分子的分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫做內(nèi)能。教師強(qiáng)調(diào)：內(nèi)能和機(jī)械能是不同形式的能?！窀淖儍?nèi)能的兩種方法問(wèn)題：內(nèi)能能夠被利用嗎？（內(nèi)能能夠發(fā)生轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化嗎？）觀察如圖10-2-1所示的實(shí)驗(yàn)。圖10-2-1思考：（1）高溫水蒸氣把橡皮塞噴出，什么能轉(zhuǎn)化成什么能？誰(shuí)對(duì)誰(shuí)做功？圖10-2-1圖10-2-2（2）水蒸氣對(duì)塞子做功后內(nèi)能如何變化？圖10-2-2（3）采用哪些辦法可以使鋸條溫度升高、內(nèi)能增大？學(xué)生討論觀察如圖10-2-2所示的實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析發(fā)生的現(xiàn)象：迅速壓下活塞時(shí)，使花燃燒起來(lái)。學(xué)生解釋其中的道理：迅速壓下活塞時(shí)，活塞對(duì)筒內(nèi)的氣體做功，使氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，達(dá)到了硝化棉的著火點(diǎn)，使硝化棉迅速燃燒起來(lái)。引出：外界對(duì)物體做功其內(nèi)能增加，物體對(duì)外做功其內(nèi)能減少。用做功的方法來(lái)改變物體的內(nèi)能，實(shí)質(zhì)是不同形式的能之間的轉(zhuǎn)化。得出：做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能。在熱傳遞過(guò)程中，物體吸收或放出熱的多少，叫做熱量，用符號(hào)Q表示，國(guó)際單位為焦耳，用符號(hào)J表示。學(xué)生舉出內(nèi)能改變的例子，并分析內(nèi)能改變的方法。引出：做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的?！癫煌问侥艿南嗷マD(zhuǎn)化問(wèn)題：在各種能量相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，轉(zhuǎn)化前和轉(zhuǎn)化后相比，能量的總量會(huì)如何變化？增加，還是減少，還是不變？學(xué)生討論發(fā)言。教師再次演示單擺實(shí)驗(yàn)。問(wèn)題：在單擺的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，機(jī)械能守恒嗎？減小的機(jī)械能到什么地方去了？學(xué)生討論交流：對(duì)于滾擺在擺動(dòng)的過(guò)程中，每次上升的高度逐漸減小，速度也逐漸減小，機(jī)械能也逐漸減小，減小的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能了。學(xué)生舉例說(shuō)明不同形式能之間可以相互轉(zhuǎn)化。3．課堂小結(jié)（1）分子動(dòng)理論：物體是由大量分子組成的；分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)；分子間存在著相互作用的引力和斥力。（2）固體、液體、氣體的特征（2）物體的內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子的分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。（3）改變內(nèi)能的兩種方法：做功和熱傳遞.4.課堂練習(xí)（1）關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是（）A．只有氣體和液體才能發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象B．?dāng)U散現(xiàn)象說(shuō)明分子是很小的C．氣體、液體、固體都會(huì)發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，其中氣體擴(kuò)散最顯著D．?dāng)U散現(xiàn)象使人們直接看到了分子的運(yùn)動(dòng)（2）把裝滿空氣的瓶子倒扣在裝滿棕色二氧化氮?dú)怏w的瓶子上，瓶口間先用玻璃隔開。當(dāng)抽掉它們之間的玻璃片后，可以看到棕色的二氧化氮?dú)怏w顏色漸漸變淡，最后兩瓶中氣體的顏色變得完全相同，這是為什么（）A．二氧化氮比空氣密度大B．兩種氣體之間形成了對(duì)流C．二氧化氮分子很小D．氣體的分子在不停地運(yùn)動(dòng)（3）固體、液體、氣體分子間的距離由小到大的順序是（）A．固體、液體、氣體B．氣體、液體、固體C．固體、氣體、液體D．液體、固體、氣體（4）寒冷的冬季夜晚，許多人喜歡用熱水將腳泡一泡才入睡。在此過(guò)程中，腳的內(nèi)能變化是（）A．減小B．不變C．增大D．無(wú)法確定（5）關(guān)于分子間的作用力，下列說(shuō)法中正確的是（）A．分子間存在著一個(gè)平衡位置，在此位置時(shí)分子間既沒有引力也沒有斥力B．當(dāng)物體被壓縮時(shí)，分子間只有斥力C．當(dāng)物體被拉長(zhǎng)時(shí)，分子間只有引力D．分子間的斥力和引力總