第十章機械能、內能及其轉化第二節內能一、教學目標1.初步了解物質結構的基本圖像，即分子動理論的基本觀點，能用分子動理論的知識解釋一些簡單現象。2.知道什么是擴散現象，會解釋一些簡單的擴散現象。3.知道固體、液體、氣體的宏觀特征和微觀分子運動情況。4.知道物體的內能。知道通過熱傳遞和做功能夠改變物體的內能。知道能量轉化與守恒定律。5.通過觀察氣體、固體和液體的擴散等一系列實驗現象，學習由宏觀現象推知微觀本質的研究方法。二、教學重點和難點教學重點：分子動理論相關實驗現象的觀察和內能的概念。教學難點：對分子動理論內容和物質三態的特征的理解。觀察分子動理論相關實驗現象是學生理解分子動理論的基礎，教學中要注意把宏觀量和微觀量聯系起來。對于內能，可以通過學過的物體的動能和勢能知識去類比分子動能和分子勢能，進而理解內能。讓學生通過聯想分子由于熱運動而具有動能，分子間有相互作用而具有勢能。關于“固體、液體和氣體的特征”，學生已經學過物質的三態，但對于不同狀態物質的特征并沒有形成抽象的認識。教學時以“固體、液體和氣體的特征”的知識做載體，在學生獲得對物質狀態進一步系統的認識的同時，學習宏觀現象和微觀本質的聯系。教學中要精心創設物理情境，引導學生積極主動參與課堂教學活動，避免“灌概念”，要讓學生在列舉實例、交流討論等活動中理解本節的內容。三、教學過程1.教學引入從古至今，人類始終沒有停止對物質結構的探索，我們知道物質都是由大量分子或原子組成的，這節課的任務就是通過一些宏觀實驗現象來了解分子。2.“知識點”教學物質結構的基本圖像問題引導：閱讀下面資料，思考這些數據說明了什么？展示資料：通常情況下，1cm3的空氣里大約有2.71019 個分子。如果人數數的速度能達到每秒100億個，要把這么多分子一個個數完，得花80多年。將1cm3水中的分子一個挨一個的排起來，能排8.71109 km，而太陽與地球相距1.5 108km，這些分子可以在太陽和地球之間排58排。引導學生認識分子特點：體積十分小、質量非常小。一般分子直徑大約為10-10m。問題：分子處于什么樣的狀態？如何得知分子所處的狀態？引導學生認識：由宏觀實驗現象推知分子運動狀態的研究方法。教師演示空氣和二氧化氮的擴散實驗。簡單介紹實驗裝置；抽走中間的玻璃片。引導學生觀察現象：抽去中間玻璃片后，上下兩個瓶子的顏色逐漸變得均勻。學生分析得出結論：二氧化氮氣體分子和空氣中分子在運動。教師演示濃硫酸銅和水之間的擴散實驗（教師可以提前準備，將裝有濃硫酸銅和水的燒杯放在教室里，讓學生觀察濃硫酸銅和水之間的擴散）學生分析得出結論：硫酸銅溶液分子和水分子在運動。播放鉛板與金板之間擴散的課件（或者錄像資料）。引出：兩種不同物質接觸時可以自發地彼此進入對方的現象叫作擴散現象，擴散現象證明一切物質的分子都在永不停息地運動。學生舉例：每位同學列舉2個生活中擴散現象的例子，相互交流。 演示：紅墨水在熱水和冷水中的擴散實驗。引導學生觀察、分析實驗現象，得出結論：分子運動的劇烈程度與溫度有關，溫度越高，分子運動越劇烈。引出：分子運動的劇烈程度與溫度有關。過渡：既然粉筆是由分子組成的，而且分子在不停息的運動，那么為什么粉筆沒有變成一個一個的分子，而具有一定的體積和形狀呢？引導學生觀察下面的實驗現象，思考實驗現象與上述問題之間有什么聯系。演示：把兩根鉛柱的端面削平，將削平的端面相對，用力擠壓。這時兩根鉛柱“連接”在一起，在鉛柱下面懸掛重物，它們不會分開。引出：分子之間存在著相互作用的引力。教師設問：分子之間存在著引力為什么沒有將分子吸引到一塊呢？學生猜想：分子之間是否還存在著相互作用的斥力？引導分析：物體能夠壓縮，但壓縮時要用力，而且壓縮得越狠，用的力越大，說明組成物質的分子之間不可能靠得很近，進一步推知，分子之間還存在著相互作用的斥力。教師提問：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，引力和斥力是同時存在的嗎？什么時候表現出引力？什么時候表現出斥力？學生閱讀教材第10頁的相關內容。教師補充：分子之間相互作用力的模型。強調：分子之間的引力和斥力總是同時存在的。當分子之間的距離足夠小時，分子之間的斥力作用比較顯著（引力仍然存在）；當距離進一步增大時，分子之間的引力比較顯著（斥力仍然存在）；當分子之間的距離大到分子直徑的10倍以上時，分子之間的作用力非常小，可以忽略不計。固體、液體和氣體的特征教師設問：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運動；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，是因為分子離得很遠，每個分子能自由地沿各個方向運動，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伍、在舞池中跳舞的隊伍、在大操場中自由活動的隊伍；由于分子的運動快慢與溫度有關，因此溫度升高時，分子運動變得激烈，分子之間的距離變大，這也就是物體的體積一般都會有“熱脹冷縮”性質的道理。物體的內能問題：物質的分子也在永不停息地運動，運動的分子具有動能嗎？相互作用的分子之間具有分子勢能嗎？引出：分子動能分子由于運動而具有的能；分子勢能分子之間由于存在著相互作用力而具有的能叫分子勢能；物體內所有分子的分子動能和分子勢能的總和叫做內能。教師強調：內能和機械能是不同形式的能。改變內能的兩種方法問題：內能能夠被利用嗎？（內能能夠發生轉移或轉化嗎？）觀察如圖10-2-1所示的實驗。圖10-2-1思考：（1）高溫水蒸氣把橡皮塞噴出，什么能轉化成什么能？誰對誰做功？圖10-2-2（2）水蒸氣對塞子做功后內能如何變化？（3）采用哪些辦法可以使鋸條溫度升高、內能增大？學生討論觀察如圖10-2-2所示的實驗。引導學生觀察、分析發生的現象：迅速壓下活塞時，使花燃燒起來。學生解釋其中的道理：迅速壓下活塞時，活塞對筒內的氣體做功，使氣體的內能增加，溫度升高，達到了硝化棉的著火點，使硝化棉迅速燃燒起來。引出：外界對物體做功其內能增加，物體對外做功其內能減少。用做功的方法來改變物體的內能，實質是不同形式的能之間的轉化。得出：做功和熱傳遞都可以改變物體的內能。在熱傳遞過程中，物體吸收或放出熱的多少，叫做熱量，用符號Q表示，國際單位為焦耳，用符號J表示。學生舉出內能改變的例子，并分析內能改變的方法。引出：做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。不同形式能的相互轉化問題：在各種能量相互轉化的過程中，轉化前和轉化后相比，能量的總量會如何變化？增加，還是減少，還是不變？學生討論發言。教師再次演示單擺實驗。問題：在單擺的動能和勢能相互轉化的過程中，機械能守恒嗎？減小的機械能到什么地方去了？學生討論交流：對于滾擺在擺動的過程中，每次上升的高度逐漸減小，速度也逐漸減小，機械能也逐漸減小，減小的機械能轉化為內能了。學生舉例說明不同形式能之間可以相互轉化。3課堂小結（1）物質結構的基本圖像：物體是由大量分子組成的；分子在永不停息地做無規則運動；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）物體的內能：物體內所有分子的分子動能和分子勢能的總和。（3）改變內能的兩種方法：做功和熱傳遞.四、教學反思本節課的教學內容比較抽象，對學生分析、歸納、概括能力的要求也較高，因此，在教學設計中充分利用了現象教學的作用，設計了一系列小實驗，引導學生觀察實驗，以增加學生的感性認識，幫助學生在頭腦中建立必要的物理圖景。以此為基礎，通過分析、比較、概括，得出相應的結論。從中也使學生初步認識了通過大量宏觀現象的分析、推理來對微觀世界進行判斷的方法。并通過回憶已學過的各種能量知識，使學生初步建立能量與運動形式的對應關系。5