九年级物理下册《内能》教案

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九年级物理下册《内能》教案
第１课时
教学目标
　　一、知识与技能
　　1.了解内能的概念，能简单描述温度和内能的关系。
　　2.知道热传递过程中，物体吸收（或放出）热量，使物体温度升高（或降低），内能改变。
　　3.知道在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量，热量的单位是焦耳。
　　4.知道做功可以使物体内能增加或减少的一些实例。
　　二、过程与方法
　　1.通过探究就找到改变物体内能的两种方法。
　　2.通过演示实验说明做功与物体的内能的变化关系。
　　3.通过查找资料，了解地球的“温室效应”。
　　三、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与内能变化的关系。
　　3.鼓励学生自己查找资料，培养学生自学的能力。
　　教学重点：掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。
　　教学难点：区分温度、内能、热量三个物理量，分子势能随分子间距离变化的势能曲线。
　　教学准备：压缩气体做功，气体内能增加的演示实验：圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。
　　教学过程
第1课时
　　一、引入新课
　　我们知道做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的能量变化。另一方面，我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。
　　二、新课学习
　　1．分子的动能、温度
　　物体内大量分子不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小不同。由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。
　　学习布朗运动和扩散现象时，我们知道布朗运动和扩散现象都与温度有关系，温度越高，布朗运动越激烈，扩散也加快。依照分子动理论，这说明温度升高后分子无规则运动加剧。用上述分子热运动的平均动能来说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能增大。如果温度降低，说明分子热运动的平均动能减小。因此从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。“标志”的含义是指物体温度升高或降低，表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小。温度不变，就表示了分子热运动的平均动能不变。其他宏观物理量如时间、质量、物质种类都不是分子热运动平均动能的标志。但是，温度不是直接等于分子的平均动能。
　　另一方面，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。
　　我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。
　　2．分子势能
　　分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。
　　如果分子间距离约为10 -10m数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为r0。

　　当分子距离小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，要减小分子间的距离必须克服斥力做功，因此，分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的。如上图中弹簧压缩，弹性势能Ep增大。
　　如果分子间距离大于r0时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此，分子势能随分子间的距离增大而增大。这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的。如图1中弹簧拉伸，Ep增大。
　　从以上两种情况综合分析，分子间距离以r0为数值基准，r不论减小或增大，分子势能都增大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点。如果分子间距离是无限远时，取分子势能为零值，分子间距离从无限远逐渐减少至r0以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且距离减少，分子引力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小为负值。当分子间距离到达r0以后再减小，分子作用力表现为斥力，在分子间距离减小过程中，克服斥力做功，使分子势能增大。其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值。分子势能随分子间距离r的变化情况可以在下图的图象中表现出来。从图中看到分子间距离在r0处，分子势能最小。

　　既然分子势能的大小与分子间距离有关，那么在宏观上什么物理量能反映分子势能的大小变化情况呢？如果对于确定的物体，它的体积变化，直接反映了分子间的距离，也就反映了分子间的势能变化。所以分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。
　　3．物体的内能
　　（1）物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的。
　　宏观量中哪些物理量是分子热运动的平均动能和分子势能的标志。根据学生的回答，引导到一个确定的物体，分子总数是固定的，那么这物体的内能大小是由宏观量——温度和体积决定的。如果不是确定的物体，那么物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定。
　　课堂讨论题：下列各个实例中，比较物体的内能大小，并说明理由。
　　①一块铁由 15℃升高到 55℃，比较内能。
　　②质量是 1kg 50℃的铁块与质量是 0.1kg 50℃的铁块，比较内能。
　　③质量是 1kg 100℃的水与质量是 1kg 100℃的水蒸气，比较内能。
　　（2）物体机械运动对应着机械能，热运动对应着内能。任何物体都具有内能，同时还可以具有机械能。例如在空中飞行的炮弹，除了具有内能，还具有机械能——动能和重力势能。
　　一辆汽车的车厢内有一气瓶氧气，当汽车以 60km/h行驶起来后，气瓶内氧气的内能是否增加？通过此问题，让学生认识内能是所有分子热运动动能和分子势能之总和，而不是分子定向移动的动能。另一方面，物体机械能增加，内能不一定增加。
　　课上练习
　　判断下面各结论是否正确？
　　（1）温度高的物体，内能不一定大。
　　（2）同样质量的水在 100℃时的内能比 60℃时的内能大。
　　（3）内能大的物体，温度一定高。
　　（4）内能相同的物体，温度一定相同。
　　（5）温度高的物体，含有的热量多，或者说内能大的物体含有的热量多。
　　答案：（1）、（2）是对的。
　　三、课堂小结
　　1.分子热运动的平均动能、分子势能、内能。要知道这三个概念的确切含义，更为重要的是能够区分温度、内能、热量，知道内能与机械能的区别和联系。
　　2.分子热运动的平均动能与温度的关系、分子间的相互作用力与分子间距离的关系、做功与热传递在使物体内能改变上的关系。

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第2课时
　　一、复习引入
　　1．复习提问
　　什么是物体的内能？物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。什么叫分子的动能？它和哪些因素有关？由于分子在不停地做着无规则热运动而具有的动能．它与物体的温度有关（温度是分子平均动能的标志）。
　　什么叫分子的势能？它和哪些因素有关？分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。它和物体的体积有关。
　　物体的内能和哪些因素有关呢？与物体的温度和体积有关。
　　2．问题讨论，引入新课
　　如何改变物体的内能呢？让学生小组讨论，汇报结论。
　　可以改变物体的温度或体积。物体内能的变化可以通过什么表现出来呢？或者说怎样判断一个物体（如一杯水、一块铁块）的内能是否改变呢？教师指导学生得出小结：通常情况下，对固体或液体，由于体积变化不明显，主要是通过温度的变化来判断内能是否改变。
　　二、新课学习
　　4．物体的内能改变的两种方式
　　我们今天一起来探讨一下改变内能的方法。
　　（1）列举锯木头和用砂轮磨刀具，锯条、木头和刀具温度升高，说明克服摩擦力做功，可以使物体的内能增加。如果外力对物体做功全部用于物体内能改变的情况下，外力做多少功，物体的内能就改变多少。如果用W表示外界对物体做的功，用ΔE表示物体内能的变化，那么有W=ΔE。功的单位是焦耳，内能的单位也是焦耳。
　　演示压缩空气，硝化棉燃烧。说明外力压缩空气过程，对气体做功，使气体的内能增加，温度升高到棉花的燃点而使其燃烧。
　　以上实例说明做功可以改变物体的内能。
　　（2）在炉灶上烧热水，火炉烤热周围物体，这些物体温度升高内能增加。这些实例说明依靠热传递方式也可以使物体的内能改变。物体吸收热量，内能增加。物体放出热量，物体的内能减少。如果传递给物体的热量用Q表示，物体内能的变化量是ΔE，那么，Q=ΔE。

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