人教版物理九年級(jí)第13章第2節(jié)《內(nèi)能》教案

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1、 最新人教版物理九年級(jí)第 13 章第 2 節(jié)《內(nèi)能》教案 教學(xué)目標(biāo)： （一）知識(shí)與技能 1. 了解內(nèi)能的概念 , 能簡(jiǎn)單描述溫度與內(nèi)能的關(guān)系。 2. 能區(qū)別物體的內(nèi)能和機(jī)械能。 3. 知道做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的, 知道兩者的區(qū)別。 （二）過程與方法 通過演示實(shí)驗(yàn) , 感知分子動(dòng)能與勢(shì)能。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過探究 , 使學(xué)生體驗(yàn)探究過程 , 激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。 教學(xué)重點(diǎn)： 1. 對(duì)內(nèi)能概念的理解。 2. 做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。教學(xué)難點(diǎn)： 內(nèi)能

2、與溫度變化的關(guān)系。教學(xué)方法： 以實(shí)驗(yàn)探究為主的綜合啟發(fā)式教學(xué)。 教學(xué)用具： 足球、彈簧、冰塊等。 教學(xué)過程： （一）引入新課 我們知道做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體具有機(jī)械能 , 那么熱現(xiàn)象發(fā)生過程中 , 也有相應(yīng)的能量變化。另一方面 , 我們又知道熱現(xiàn)象是大量分子做無規(guī)律熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。那么熱運(yùn)動(dòng)的能量與大量的無規(guī)律運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系呢？這是今天學(xué)習(xí)的問題。 （二）新課教學(xué) 1．分子的動(dòng)能、溫度 物體內(nèi)大量分子不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) , 對(duì)于每個(gè)分子來說都有無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。 由于物體內(nèi)各個(gè)分子的速率大小不同 , 因此 , 各個(gè)分子的動(dòng)能大小不同。由于

3、熱現(xiàn)象是大量 分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 , 所以研究個(gè)別分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能是沒有意義的。而研究大量分子熱運(yùn) 動(dòng)的動(dòng)能 , 需要將所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的平均值求出來 , 這個(gè)平均值叫做分子熱運(yùn)動(dòng)的平均 動(dòng)能。 學(xué)習(xí)擴(kuò)散現(xiàn)象時(shí) , 我們知道擴(kuò)散現(xiàn)象與溫度有關(guān)系 , 溫度越高 , 分子運(yùn)動(dòng)越激烈 , 擴(kuò)散也 加快。依照分子動(dòng)理論 , 這說明溫度升高后分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇。用上述分子熱運(yùn)動(dòng)的平均 動(dòng)能來說明 , 就是溫度升高 , 分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大。如果溫度降低 , 說明分子熱運(yùn)動(dòng)的 平均動(dòng)能減小。因此從分子動(dòng)理論觀點(diǎn)來看 , 溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志

4、。 “標(biāo)志”的含義是指物體溫度升高或降低 , 表示了物體內(nèi)部大量分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大 或減小。溫度不變 , 就表示了分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能不變。其他宏觀物理量如時(shí)間、質(zhì)量、 物質(zhì)種類都不是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。但是 , 溫度不是直接等于分子的平均動(dòng)能。 另一方面 , 溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)意義上的平均動(dòng)能相對(duì)應(yīng) , 對(duì)于個(gè)別 分子或幾十個(gè)、幾百個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能大小與溫度是沒有關(guān)系的。 我們知道 , 溫度這個(gè)物理量在宏觀上的意義是表示物體冷熱程度 , 而它又是大量分子熱運(yùn)動(dòng) 平均動(dòng)能大小的標(biāo)志 , 這是溫度的微觀含義。 2．分子

5、勢(shì)能 分子間存在著相互作用力 , 因此分子間具有由它們的相對(duì)位置決定的勢(shì)能 , 這就是分子 勢(shì)能。 1 / 4 如果分子間距離約為 10-10 m數(shù)量級(jí)時(shí) , 分子的作用力的合力為零 , 此距離為 r 0。 當(dāng)分子距離小于 r 0 時(shí) , 分子間的作用力表現(xiàn)為斥力 , 要減小分子間的距離必須克服斥力 做功 , 因此 , 分子勢(shì)能隨分子間距離的減小而增大。這種情形與彈簧被壓縮時(shí)彈性勢(shì)能增大 是相似的。如圖 1 中彈簧壓縮 ,

6、 彈性勢(shì)能 Ep 增大。 如果分子間距離大于 r 0 時(shí) , 分子間的相互作用表現(xiàn)為引力 , 要增大分子間的距離必須克 服引力做功 , 因此 , 分子勢(shì)能隨分子間的距離增大而增大。這種情況與彈簧被拉伸時(shí)彈性勢(shì) 能增大是相似的。如圖 1 中彈簧拉伸 ,Ep 增大。 從以上兩種情況綜合分析 , 分子間距離以 r 0 為數(shù)值基準(zhǔn) ,r 不論減小或增大 , 分子勢(shì)能都 增大。所以說 , 分子在平衡位置處是分子勢(shì)能最低點(diǎn)。如果分子間距離是無限遠(yuǎn)時(shí) , 取分子 勢(shì)能為零值 , 分子間距離從無限遠(yuǎn)逐漸減少至 r 0 以前過程 , 分子間的作用力表現(xiàn)為引力 , 而

7、 且距離減少 , 分子引力做正功 , 分子勢(shì)能不斷減小 , 其數(shù)值將比零還小為負(fù)值。當(dāng)分子間距離 到達(dá) r 0 以后再減小 , 分子作用力表現(xiàn)為斥力 , 在分子間距離減小過程中 , 克服斥力做功 , 使分 子勢(shì)能增大。其數(shù)值將從負(fù)值逐漸變大至零 , 甚至為正值。分子勢(shì)能隨分子間距離 r 的變化 情況可以在圖 2 的圖象中表現(xiàn)出來。從圖中看到分子間距離在 r 0 處 , 分子勢(shì)能最小。 既然分子勢(shì)能的大小與分子間距離有關(guān) , 那么在宏觀上什么物理量能反映分子勢(shì)能的大 小變化情況

8、呢？如果對(duì)于確定的物體 , 它的體積變化 , 直接反映了分子間的距離 , 也就反映了 分子間的勢(shì)能變化。所以分子勢(shì)能的大小變化可通過宏觀量體積來反映。 3．物體的內(nèi)能 （ 1）物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和 , 叫做物體的內(nèi)能。一切物體都是 由不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)并且相互作用著的分子組成 , 因此任何物體都是有內(nèi)能的。 提問學(xué)生：宏觀量中哪些物理量是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子勢(shì)能的標(biāo)志？ 根據(jù)學(xué)生的回答 , 引導(dǎo)到一個(gè)確定的物體 , 分子總數(shù)是固定的 , 那么這物體的內(nèi)能大小是由宏 觀量——溫度和體積決定的。如果不是確定的物體 , 那么物體

9、的內(nèi)能大小是由質(zhì)量、溫度、 體積和物態(tài)來決定。 課堂討論題：下列各個(gè)實(shí)例中 , 比較物體的內(nèi)能大小 , 并說明理由。 2 / 4 ①一塊鐵由 15℃升高到 55℃, 比較內(nèi)能。 ②質(zhì)量是 1kg,50 ℃的鐵塊與質(zhì)量是 0.1kg,50 ℃的鐵塊 , 比較內(nèi)能。 ③質(zhì)量是 1kg,100 ℃的水與質(zhì)量是 1kg,100 ℃的水蒸氣 , 比較內(nèi)能。 （2）物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著機(jī)械能 , 熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著內(nèi)能。任何物體都具有內(nèi)能 , 同時(shí)還可以具 有機(jī)械能。例如在空中飛行的炮彈 , 除了具有內(nèi)能 , 還具有機(jī)械能——?jiǎng)?/p>

10、能和重力勢(shì)能。 提問學(xué)生：一輛汽車的車廂內(nèi)有一氣瓶氧氣 , 當(dāng)汽車以 60km/h 行駛起來后 , 氣瓶?jī)?nèi)氧氣的 內(nèi)能是否增加？ 通過此問題 , 讓學(xué)生認(rèn)識(shí)內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能之總和 , 而不是分子定 向移動(dòng)的動(dòng)能。另一方面 , 物體機(jī)械能增加 , 內(nèi)能不一定增加。 4. 物體的內(nèi)能改變的兩種方式 1）列舉鋸木頭和用砂輪磨刀具 , 鋸條、木頭和刀具溫度升高 , 說明克服摩擦力做功 , 可以 使物體的內(nèi)能增加。如果外力對(duì)物體做功全部用于物體內(nèi)能改變的情況下 , 外力做多少功 , 物體的內(nèi)能就改變多少。如果用 W 表示外界對(duì)物體做的

11、功 , 用 E 表示物體內(nèi)能的變化 , 那 么有 W= E。功的單位是焦耳 , 內(nèi)能的單位也是焦耳。 演示壓縮空氣 , 硝化棉燃燒。說明外力壓縮空氣過程 , 對(duì)氣體做功 , 使氣體的內(nèi)能增加 , 溫度升高到棉花的燃點(diǎn)而使其燃燒。 以上實(shí)例說明做功可以改變物體的內(nèi)能。 2）在爐灶上燒熱水 , 火爐烤熱周圍物體 , 這些物體溫度升高內(nèi)能增加。這些實(shí)例說明依 靠熱傳遞方式也可以使物體的內(nèi)能改變。物體吸收熱量 , 內(nèi)能增加。物體放出熱量 , 物體的 內(nèi)能減少。如果傳遞給物體的熱量用 Q表示 , 物體內(nèi)能的變化量是 E, 那么 ,Q= E。 熱量的單位

12、是焦耳 , 過去的單位是卡。 所以做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式。 3）做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的。 一杯水可以用加熱的方法（即熱傳遞方式）傳遞給它一定的熱量 , 使它從某一溫度升高 到另一溫度。這過程中這杯水的內(nèi)能有一定量的變化。也可以采取做功的方式 , 比如用攪拌 器在水中不斷攪拌 , 也可以使這杯水從相同的初溫度升高到同一高溫度 , 這樣 , 水的內(nèi)能會(huì)有 相同的變化量。兩種方式不同 , 得到的結(jié)果是相同的。除非事先知道 , 否則我們無法區(qū)別是 哪種方式使這杯水的內(nèi)能增加的。 因此 , 做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的。

13、 4）雖然做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的 , 但是這兩種方式的物理過程有本質(zhì)的 區(qū)別。做功使物體內(nèi)能改變的過程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。而熱傳遞的過程只是物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 , 沒有能量形式的轉(zhuǎn)化。 （三）課堂小結(jié) 同學(xué)們 , 你本節(jié)課都學(xué)會(huì)了什么？請(qǐng)同學(xué)們考慮一下。然后請(qǐng)一個(gè)學(xué)生總結(jié) , 大家認(rèn)真聽著 , 最后老師補(bǔ)充。 板書設(shè)計(jì) 16.2 內(nèi)能 一、分子的動(dòng)能、溫度 二、分子勢(shì)能 三、物體的內(nèi)能 四、物體的內(nèi)能改變的兩種方式 布置作業(yè) 一、下列過程中 , 屬于通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是 （ ） A. 鉆木取

14、火 B．鋸木頭時(shí) , 鋸片發(fā)熱 C ．衛(wèi)星進(jìn)人大氣層時(shí)外殼發(fā)熱 D．熱水中放人冰塊 , 水溫下降 二、關(guān)于分子動(dòng)理論和內(nèi)能 , 下列說法正確的是（ ） A．物體內(nèi)能增大 , 溫度一定升高 3 / 4 B．物體的溫度升高 , 分子運(yùn)動(dòng)一定加劇 C．分子之間存在引力時(shí) , 就沒有斥力 D． 0℃的冰沒有內(nèi)能 三、“鉆木取火”是通過 的方式改變木頭的內(nèi)能的；太陽能熱水器是通過 的方式改變水的內(nèi)能的。 答案： 一、 D 二、 B 三、做功 熱傳遞 4 / 4