第2节内能（导学案）

第2节内能课题内能课型新授课教学目标知识与技能1.了解内能的概念，知道内能是分子动能和分子势能的总和.2.理解并能简单描述温度和内能的关系.3.能正确理解内能和机械能的区别.4.知道热传递可以改变物体的内能.5.知道热传递过程中，所传递内能的多少叫做热量，热量的单位是焦耳.6.知道做功可以使物体内能增加或减少的一些生活事例.过程与方法通过演示实验说明温度和内能之间的关系.2.通过观察、实验、探究找到改变物体内能的两种方法.3.通过演示实验说明做功与物体内能的变化关系.4.学会用类比的方法研究问题.情感、态度与价值观1.通过探究使学生体验探究的过程，激发学生主动学习的兴趣.2.通过演示实验培养学生的观察能力，并使学生通过实验理解做功和内能变化的关系.3.通过分析、对比,学会用类比的方法研究问题.培养学生良好的科学态度和实事求是精神，帮助学生树立勇攀科学高峰的理想和志向.教学重点内能概念的建立，改变物体内能的方法教具准备教师：多媒体课件、压缩空气引火仪、塑料瓶（带塞子）、打气筒、乙醚、脱脂棉等学生：铁丝、铁锤、砂纸、火柴、保温水瓶（盛有热水）等教学难点正确理解内能与温度的关系，热量的概念，做功和热传递的比较教学课时2课时课前预习1.内能的概念：分子由于不停地做热运动作用力而具有的势能叫做分子势能.构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和叫做物体的内能.2.内能的单位和影响因素：内能的单位是焦耳（J），各种形式能量的单位都是焦耳.物体的内能与物体内部分子的热运动和分子之间的相互作用情况有关.一切物体都具有内能，当物体的温度升高时，内能增加；温度降低时，内能减少.4.改变物体内能的方法有两种：热传递和做功，这两种方法在改变内能上是等效的.5.热传递改变物体的内能：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量，热量的单位是焦耳.发生热传递时，高温物体放出热量，内能减少；低温物体吸收热量，内能增加.备课笔记课外拓展：詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（JamesPrescottJoule，1818年12月24—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国皇家学会会员，英国物理学家.由于他在热学、热力学和电学方面的贡献，皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章（CopleyMedal）.后人为了纪念他，把能量或功的单位命名为“焦耳”，简称“焦”；并用焦耳姓氏的第一个字母“J”来标记热量以及“功”的物理量.焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转化关系，并由此得到了能量守恒定律，最终发展出了热力学第一定律.国际单位制导出单位中，能量的单位——焦耳，就是以他的名字命名.课前预习6.做功改变物体的内能：对物体做功，物体的内能会增加；物体对外做功，则物体本身的内能会减少.巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解布置的作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.新课导入教师用多媒体播放嫦娥二号奔月动画视频，让学生观察、思考与交流.利用学生的感官来激发学生的求知欲，迅速进入课题思考，同时也让学生为祖国成就而自豪.待学生看完后，教师提问：嫦娥二号发射、进入月球轨道三次制动，依靠什么能量做动力呢？学生思考、讨论，发表各自的看法.教师对学生进行启发、引导：靠的是燃料燃烧产生高温高压的燃气推动火箭做功，把卫星送上月球.燃气为什么有这么大的能量呢？这种能量有什么特点？它与前面学习的电能、机械能有何不同呢？大家通过这节课的学习后，你就会明白.好，下面我们开始探究学习.进行新课内能3.2-1、图13.2-2，引导学生类比分析.师我们知道宏观物体运动时具有动能，那么微观物体分子具有什么能呢？生：分子在永不停息地做无规则运动，一切运动的物体都具有动能，那么分子也具有动能.师真棒！运动的分子具有动能，那么它的动能大小与什么因素有关？生：上节课讲的扩散现象表明一切物质的分子都在不停地做无规则运动，分子的运动跟温度有关，温度越高，分子运动越剧烈，分子具有的动能也就越大.师同学们说得很好，我们知道弹簧发生弹性形变时具有势能，而分子间有相互作用力，相互吸引或排斥的分子会不会也有势能呢？生：相互吸引或排斥的分子应该也具有势能.师同学们说得对，我们知道宏观物体的动能和势能统称为机械能，而微观物体的分子动能与分子势能的总和，我们叫做内能，下面我们就一起来认识内能.板书：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和叫做物体的内能.师请同学们思考：是不是一切物体都具有内能？学生认真思考并积极讨论.（有的回答是，有的回答不一定）师大家不要着急，要想弄明白这个问题，我们先看教材P8的图片13.2-3，然后分析这幅图中的铁水和冰具有能量吗？为什么具有？生1：炽热的铁水，温度很高，分子运动很剧烈，它具有内能.生2：冰山上冰冷的冰块，虽然温度很低，但其内部的分子仍在做无规则运动，所以它具有内能.备课笔记小组问题探讨：1.内能与机械能有关吗？2.物体在什么情况下具有内能？特别提醒：内能的绝对量不能测量，内能的改变量可以测量.一般只研究内能的改变量.知识拓展：进行新课教师鼓励学生，并进行总结和板书.板书：一切物体内部的分子都在做无规则运动，那么一切物体都具有内能.【例1】下列有关物体内能的说法中，正确的是（）℃的物体没有内能解析：内能是物体内部所有分子的分子动能和分子势能的总和，一切物体在任何时刻任何温度下都具有内能，故选D.答案：D2.内能和机械能的区别师请同学们思考内能和机械能有什么区别.生1：机械能是宏观物体具有的，看得见，能直观感受到.而内能是微观分子具有的，看不见，只能借助它表现出来的现象感知；生2：分子总是在永不停息地运动，因此，内能应该每时每刻，不论何种状态都具有；但物体的机械能不是每时每刻都有.教师鼓励学生的回答，并进行总结：内能与机械能是两种不同形式的能，内能是与分子运动相对应的能量，是物体内部分子动能与分子势能之和，是与物体内部分子数、温度、分子间距离有关的能量.机械能是与整个物体的机械运动相对应的能量，是物体动能与势能之和，是由物体质量、整个运动状态和相对位置决定的能量.板书：（1）内能和机械能是两种不同形式的能，不能混淆.（2）一切物体都具有内能，但并不是所有物体都具有机械能，如在水平地面上静止的石头便没有机械能.3.内能的影响因素师内能大小可能与什么因素有关？请大家积极发言.生1：与温度有关，物质温度发生变化时，分子运动速度快慢也会变化，所以物体内能也会变化.生2：与质量有关，对同一物质而言，质量越大，物体内部分子数目越多，所以分子动能和势能也大，内能也大.生3：与状态有关，当物质的状态发生变化，分子间距离也会发生变化，则分子间相互作用力的强弱也会变化.所以分子间势能发生变化，内能也变化.教师鼓励学生的回答，并进行总结和板书.板书：（1）内能与温度有关，同一物体，温度越高，内能越大，温度越低，内能越小.（2）内能还与物体的体积（或质量、状态）有关，同种物质，温度相同时，体积（质量）越大，内能越大.【例2】关于物体的内能，下列说法正确的是（）A.物体的质量越大，内能越小B.物体举得越高，内能越大C.物体运动得越快，内能越大D.物体温度越高，内能越大解析：在分析物体内能大小时，应注意物体的内能与三个因素有关，即物体的质量、温度、状态，与物体的运动速度和举起的高度无关，物体的速度和举起的高度影响的是机械能，而机械能与内能是两种不同形式的能；对于同一物体，温度越高，内能越大.同种物质，温度相同，状态不变时，质量越大，内能越大，故选D.备课笔记特别提醒：1.由于物体内能与诸多因素有关，有些因素用宏观手段是无法测量的，所以要计算出某一个物体所具有的内能是不可能的，不同物质构成的质量相同的物体之间的内能大小也往往无法比较.事实上，对我们生活、生产实践有意义的只是同一物体在不同情况下内能的改变量.2.内能也叫做热能，这是一种通俗说法.3.一切物体，不论温度高低，都具有内能.进行新课答案：D物体内能的改变1.热传递师我们已经认识了内能，知道了内能与温度的变化关系，知道了内能的影响因素，下面请同学们观看两个实验，想想老师是通过什么方式改变物体的内能的.实验1：把一根粗铁丝，在酒精灯上加热，铁丝温度升高，内能增加.实验2：教师引导两名同学上讲台，演示两手互搓实验，发现手互搓后变热，温度升高，内能增加.师改变物体的温度可以改变物体的内能.那么改变物体内能的方法有哪些呢？请同学们思考如何使一根粗铁丝的温度升高，内能增加.大家可以通过交流、讨论、动手做实验的方式进行探究.然后看看谁想出的办法多.学生根据生活经验，提出各种猜想，并思考、设计实验进行探究.教师巡视，了解情况.学生发表各自探究后的意见.教师收集、整理并点评使铁丝的温度升高、内能增加的办法：①可以用锤子敲打铁丝；②用砂纸摩擦铁丝；③用开水烫；④点燃火柴加热；⑤反复弯折铁丝等等.教师引导学生对上述方法进行分类归纳，并说出分类依据.生：①②⑤属于外力做功；③④属于给它加热.师同学们说得很正确，①②⑤是通过“做功”的方式改变内能，而③④的“加热”其实是使温度不同的物体互相接触，低温物体温度升高，高温物体温度降低.这个过程叫做热传递.热传递过程中内能如何变化呢？生：发生热传递时，高温物体内能减少，低温物体内能增加.板书：热传递可以改变物体的内能，发生热传递时，高温物体内能减少，温度降低；低温物体内能增加，温度升高，当两个物体温度相同时，热传递停止.2.热量的概念师请同学们再想想，如何能使一杯开水的内能减少呢？生1：把开水杯放入冷水中浸泡一会儿.生2：在开水杯中放入冰块.生3：把开水杯放进冰箱中一会儿……师同学们说得很对，下面我们一起来认识热量.板书：在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量.师请同学们试着用热量来解释开水温度降低过程中内能的变化.生：开水温度降低，放出热量，内能减少；而冷水、冰块周围的气体、冰箱中的气体吸收热量，温度升高，内能增加.教师点评学生的回答，并进行总结：物体吸收或放出的热量越多，它的内能改变越大.【例3】下列关于温度、热量和内能的说法中正确的是（）A.物体温度升高，一定吸收了热量B.物体放出热量时，温度一定降低C.物体温度升高，内能一定增加D.物体内能增加时，温度一定升高解析：改变物体内能的方式有做功和热传递，它们在改变物体的内能上是等效的.物体温度升高可能是对物体做了功，也可能是物体吸收了热量，所以A选项错误；备课笔记小组问题探讨：1.改变物体内能的方式有哪些？2.不同的方式可以同等程度地改变物体的内能吗？知识拓展：热传递发生的条件：不同物体之间或物体的不同部分之间存在温度差.小组问题讨论：热传递和做功改变物体内能时效果是相同的吗？他们的实质相同吗？进行新课当晶体在熔化和凝固时，分别吸收和放出热量，而温度保持不变，所以B、D选项错误；物体的温度升高，其内部分子的动能增加，所以内能一定增加，因此C选项正确.答案：C3.利用做功的方式改变物体的内能师再请大家思考一个问题，冬天，我们感觉手很冷时，为了让手变得温暖，你通常有哪些做法？生：（踊跃回答）双手来回搓；往手上哈气，握着热水袋、暖炉；晒太阳；烤火；劳动；跑步……教师点评学生的回答，并予以肯定.师对物体做功，物体的内能增加.在我们用气筒不断给自行车车胎打气的过程中，你能感觉气筒壁的温度有什么变化？生：气筒壁温度升高了.师好，下面我们来做一个实验.（教师演示压缩空气引火仪的实验，帮助学生进一步理解做功可以改变物体的内能.）实验分两步进行，为便于比较，第一步中厚玻璃筒内先不放易燃物，直接压缩筒内空气.师提问：筒内空气的温度、内能有无变化.实验说明了什么？学生可能会感到困惑：空气内能增加与否怎么能看得见？教师接着演示第二步：将易燃物硝化棉放入厚玻璃筒内，并压缩筒内空气.（要求学生仔细观察，发现硝化棉燃烧起来）师接着提问：（1）研究对象是什么？（2）为什么放入硝化棉？生：（1）研究对象是空气，而不是硝化棉.（2）放入棉花的目的是利用转换法显示空气温度升高.教师总结：这个实验说明空气的温度升高了，内能增加了.对物体做功，会使物体的内能增大.师对物体做功，会使物体的内能增大，那反之，如果物体对外做功，内能有何变化？好，请同学们看下面的实验.（师演示：教材P9“演示”中的实验2.）提示：用饮料瓶代替大口玻璃瓶进行实验（更安全，现象更明显）.学生观察后，教师提问：观察到的现象有哪些？瓶盖跳起说明了什么？出现水雾是什么现象？说明了什么？水雾起了什么作用？学生思考、交流、讨论.发表各自看法.教师点评：压缩气体时，瓶内气体温度升高，内能增加，热空气将热量传递给水，使水的温度升高.瓶内气体推动塞子做功时，内能减少，水蒸气放热液化形成“白气”（小水滴）.这个实验说明了物体对外做功时，内能减少.板书：外界对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，物体内能减少.师P9“科学世界——地球的温室效应”“地球的温室效应”是怎么回事？我们有什么想法？学生积极思考并发言.【例4】下列所描述的场景中，属于利用热传递改变物体内能的是（）易错点拨：外界对物体做功，物体的内能可能增加，不发生热传递时，物体对外做功，自身的内能减少.小组问题讨论：内能、热量和温度的区别和联系是什么？知识点拨：做功与热传递在改变物体的内能上是等效的.用做功的方式来改变物体的内能，实质是其他形式的能和内能间的转化；用热传递的方式改变物体的内能，实质是内能在物体间的转移.解析：改变物体内能的方法有两种，即做功和热传递.加剧的温室效应使气候变暖，多年的积雪由于吸热而融化，这是热传递使雪内能增加的结果，而其他三项都是摩擦做功使物体的内能增加.故正确选项为C.答案：C教学板书课堂小结同学们，我们通过这节课的学习，不仅收获了不少知识，更重要的是学会了两种研究问题的方法——“类比法”和“转换法”.我们通过把内能与机械能进行类比，大家知道了内能是分子动能和分子势能的总和.而且还知道了影响内能的因素.我们通过转换法，知道了内能改变的两种方法：做功和热传递.更重要的是明白了内能与我们的生产、生活息息相关，我们在不知不觉地利用它.大家深深体会到，物理是一门有趣有用的科学.只要大家平时多关注生活、留心观察身边的现象，勤于思考，就会轻松地学好物理.好，谢谢大家！教材习题解答想想议议（P7）装着开水的暖水瓶，有时瓶塞会弹起来.推动瓶塞的能量来自哪里？解：推动瓶塞的能量来自瓶内压缩气体的内能.因为暖水瓶中的开水不断汽化，使瓶内气体的密度不断增大（相当于压缩的气体），瓶内气体压强增大，当瓶内气体压强作用在瓶塞上产生向上的压力，大于瓶塞的重力和大气给瓶塞向下的压力时，瓶内压缩的气体就会推开瓶塞，对瓶塞做功，瓶内压缩气体的内能减小，压缩气体的内能转化为瓶塞的机械能.动手动脑学物理（P10）1.请分析在以下过程中，冰粒、火箭箭体和子弹的内能是在增大还是减小？机械能在增大还是减小？教材习题解答（1）云中形成的冰粒在下落中，温度渐渐升高变成了雨滴.（2）火箭从地面向上发射过程中，火箭外壳和大气摩擦后温度越来越高.（3）子弹击中一块木板，温度升高.解：（1）冰粒内能增大，机械能减小；（2）火箭箭体内能增大，机械能增大；（3）子弹内能增大，机械能减小.【解析】（1）冰粒在下落过程中，克服空气阻力做功，一部分机械能转化为内能，因而冰粒的机械能减小，内能增大；（2）火箭在升空过程中，速度增大、高度升高，所以机械能增大，同时克服摩擦做功，箭体温度升高，内能增大，这些都是消耗了燃料的化学能转化而来的；（3）子弹击中木板后，速度减小，机械能减小，温度升高说明内能增大.2.用物体内能改变的方式说明“炙手可热”和“钻木取火”的含义.解：“炙手可热”：手放在火焰上，通过热传递的方式使手的内能增大，温度升高；“钻木取火”：克服摩擦对木头做功，使木头内能增大，温度升高而燃烧.3.生活中有时通过加强热传递直接利用内能，有时又通过阻碍热传递防止内能转移.请你各举两个实例.解：加强热传递直接利用内能：烧开水、晒太阳等；阻碍热传递防止内能转移：用热水瓶装开水保温、冬天穿棉衣保暖等.4.把图钉按在铅笔的一端，手握铅笔使图钉钉帽在粗糙的硬纸板上来回摩擦，然后用手感觉图钉温度的变化，并解释这种变化.解：图钉的温度升高了，因为克服摩擦对图钉做功，机械能转化为内能，使图钉内能增大，温度升高.难题解答【例5】小明和小刚为一件事争论起来.小明说：“零摄氏度的水和零摄氏度的冰的温度是一样的，因此，它们的内能是一样的.”小刚说：“不对，它们的内能是不一样的.”你认为他俩