2019-2020年九年級物理全冊 13.2 內能教案 新人教版.doc

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2019-2020年九年級物理全冊 13.2 內能教案 新人教版 教學目標： （一）知識與技能 1.了解內能的概念，能簡單描述溫度與內能的關系。 2.能區(qū)別物體的內能和機械能。 3.知道做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的，知道兩者的區(qū)別。 （二）過程與方法 通過演示實驗，感知分子動能與勢能。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 通過探究，使學生體驗探究過程，激發(fā)學生主動學習的興趣。 教學重點： 1. 對內能概念的理解。 2. 做功和熱傳遞都能改變物體的內能。 教學難點： 內能與溫度變化的關系。 教學方法： 以實驗探究為主的綜合啟發(fā)式教學。 教學用具： 足球、彈簧、冰塊等。 教學過程： （一）引入新課 我們知道做機械運動的物體具有機械能，那么熱現(xiàn)象發(fā)生過程中，也有相應的能量變化。另一方面，我們又知道熱現(xiàn)象是大量分子做無規(guī)律熱運動產生的。那么熱運動的能量與大量的無規(guī)律運動有什么關系呢？這是今天學習的問題。 （二）新課教學 1．分子的動能、溫度 物體內大量分子不停息地做無規(guī)則熱運動，對于每個分子來說都有無規(guī)則運動的動能。由于物體內各個分子的速率大小不同，因此，各個分子的動能大小不同。由于熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的結果，所以研究個別分子運動的動能是沒有意義的。而研究大量分子熱運動的動能，需要將所有分子熱運動動能的平均值求出來，這個平均值叫做分子熱運動的平均動能。 學習擴散現(xiàn)象時，我們知道擴散現(xiàn)象與溫度有關系，溫度越高，分子運動越激烈，擴散也加快。依照分子動理論，這說明溫度升高后分子無規(guī)則運動加劇。用上述分子熱運動的平均動能來說明，就是溫度升高，分子熱運動的平均動能增大。如果溫度降低，說明分子熱運動的平均動能減小。因此從分子動理論觀點來看，溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志?！皹酥尽钡暮x是指物體溫度升高或降低，表示了物體內部大量分子熱運動的平均動能增大或減小。溫度不變，就表示了分子熱運動的平均動能不變。其他宏觀物理量如時間、質量、物質種類都不是分子熱運動平均動能的標志。但是，溫度不是直接等于分子的平均動能。 另一方面，溫度只與物體內大量分子熱運動的統(tǒng)計意義上的平均動能相對應，對于個別分子或幾十個、幾百個分子熱運動的動能大小與溫度是沒有關系的。 我們知道，溫度這個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動平均動能大小的標志，這是溫度的微觀含義。 2．分子勢能 分子間存在著相互作用力，因此分子間具有由它們的相對位置決定的勢能，這就是分子勢能。 如果分子間距離約為10-10m數(shù)量級時，分子的作用力的合力為零，此距離為r0。 當分子距離小于r0時，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，分子勢能隨分子間距離的減小而增大。這種情形與彈簧被壓縮時彈性勢能增大是相似的。如圖1中彈簧壓縮，彈性勢能Ep增大。 如果分子間距離大于r0時，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，分子勢能隨分子間的距離增大而增大。這種情況與彈簧被拉伸時彈性勢能增大是相似的。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r0為數(shù)值基準，r不論減小或增大，分子勢能都增大。所以說，分子在平衡位置處是分子勢能最低點。如果分子間距離是無限遠時，取分子勢能為零值，分子間距離從無限遠逐漸減少至r0以前過程，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，而且距離減少，分子引力做正功，分子勢能不斷減小，其數(shù)值將比零還小為負值。當分子間距離到達r0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，使分子勢能增大。其數(shù)值將從負值逐漸變大至零，甚至為正值。分子勢能隨分子間距離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r0處，分子勢能最小。 既然分子勢能的大小與分子間距離有關，那么在宏觀上什么物理量能反映分子勢能的大小變化情況呢？如果對于確定的物體，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能變化。所以分子勢能的大小變化可通過宏觀量體積來反映。 3．物體的內能 （1）物體中所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內能。一切物體都是由不停地做無規(guī)則熱運動并且相互作用著的分子組成，因此任何物體都是有內能的。 提問學生：宏觀量中哪些物理量是分子熱運動的平均動能和分子勢能的標志？ 根據學生的回答，引導到一個確定的物體，分子總數(shù)是固定的，那么這物體的內能大小是由宏觀量——溫度和體積決定的。如果不是確定的物體，那么物體的內能大小是由質量、溫度、體積和物態(tài)來決定。 課堂討論題：下列各個實例中，比較物體的內能大小，并說明理由。 ①一塊鐵由15℃升高到55℃，比較內能。 ②質量是1kg，50℃的鐵塊與質量是0.1kg，50℃的鐵塊，比較內能。 ③質量是1kg，100℃的水與質量是1kg，100℃的水蒸氣，比較內能。 （2）物體機械運動對應著機械能，熱運動對應著內能。任何物體都具有內能，同時還可以具有機械能。例如在空中飛行的炮彈，除了具有內能，還具有機械能——動能和重力勢能。 提問學生：一輛汽車的車廂內有一氣瓶氧氣，當汽車以 60km/h行駛起來后，氣瓶內氧氣的內能是否增加？ 通過此問題，讓學生認識內能是所有分子熱運動動能和分子勢能之總和，而不是分子定向移動的動能。另一方面，物體機械能增加，內能不一定增加。 4. 物體的內能改變的兩種方式 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，可以使物體的內能增加。如果外力對物體做功全部用于物體內能改變的情況下，外力做多少功，物體的內能就改變多少。如果用W表示外界對物體做的功，用ΔE表示物體內能的變化，那么有W=ΔE。功的單位是焦耳，內能的單位也是焦耳。 演示壓縮空氣，硝化棉燃燒。說明外力壓縮空氣過程，對氣體做功，使氣體的內能增加，溫度升高到棉花的燃點而使其燃燒。 以上實例說明做功可以改變物體的內能。 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能增加。這些實例說明依靠熱傳遞方式也可以使物體的內能改變。物體吸收熱量，內能增加。物體放出熱量，物體的內能減少。如果傳遞給物體的熱量用Q表示，物體內能的變化量是ΔE，那么，Q=ΔE。 熱量的單位是焦耳，過去的單位是卡。 所以做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式。 3）做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。 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，水的內能會有相同的變化量。兩種方式不同，得到的結果是相同的。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能增加的。 因此，做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。 4）雖然做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的，但是這兩種方式的物理過程有本質的區(qū)別。做功使物體內能改變的過程是機械能轉化為內能的過程。而熱傳遞的過程只是物體之間內能的轉移，沒有能量形式的轉化。 （三）課堂小結 同學們，你本節(jié)課都學會了什么？請同學們考慮一下。然后請一個學生總結，大家認真聽著，最后老師補充。 板書設計 內能 一、分子的動能、溫度 二、分子勢能 三、物體的內能 四、物體的內能改變的兩種方式 布置作業(yè)