九年级物理（人教版）第十三章《内能》单元教学设计

九年级物理（人教版）第十三章《内能》单元教学设计一、教学内容分析  本章内容在《义务教育物理课程标准（2022年版）》中隶属于“能量”主题，是学生从宏观机械能世界迈向微观热运动世界的关键转折点，起到承前启后的枢纽作用。从知识图谱看，“内能”概念是分子动理论的逻辑延伸，也是理解“比热容”、“热机效率”乃至整个能量守恒与转化定律的基石。课标要求学生通过实验观察、推理论证等方式，认识内能的概念，了解内能与温度的关系，知道做功和热传递是改变内能的两种方式，并能用之解释生活中的相关现象。其认知要求已从“了解”迈向“理解”与“应用”，蕴含着“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”等核心科学思维方法的培养契机。教学需引导学生超越“热”的模糊感觉，建构起“内能”这一科学的物理量观念，理解其微观本质，并能用此模型分析与解决实际问题，体验物理学统一解释自然现象的威力。  从学情视角诊断，九年级学生已具备温度、热现象等生活经验与初步知识，并刚学习了分子动理论，这为理解内能的微观本质提供了认知起点。然而，“内能”概念高度抽象，学生极易将其与“热量”、“温度”混淆，形成“物体温度高内能一定大”、“热量是物体含有的”等前科学概念。教学的主要障碍在于如何将看不见的分子运动及其相互作用与学生可感知的热现象建立可信联系。对策上，需通过系列化、递进式的实验与类比，将抽象概念可视化、具体化。例如，在课堂中我将实时设问：“大家摸摸自己的额头，再摸摸课桌，感觉一样‘凉’，它们的分子运动激烈程度一样吗？”以此探查学生潜在的认知冲突。针对不同思维层次的学生，将通过差异化任务单提供脚手架：对基础薄弱者，强化微观图景的动画演示与生活实例关联；对学有余力者，则引导其思考“同一物体温度升高，其分子势能是否一定增加？”等深度问题，实现分层递进。二、教学目标  知识目标：学生能准确陈述内能的定义，阐明其与分子热运动和分子间作用力的关系；能清晰区分内能、热量和温度三个核心概念；能完整表述改变物体内能的两种方式——做功和热传递，并能分别举出生活实例进行说明。  能力目标：学生能够通过观察“压缩气体做功”和“热传递”实验现象，归纳总结出改变内能的两种途径，并初步具备设计简单实验验证相关猜想的探究能力；在小组讨论中，能够运用微观分子模型合理解释宏观热现象，完成从具体感知到抽象概括的逻辑推理。  情感态度与价值观目标：通过探究改变内能方式的多重性，学生能初步体会认识自然规律的多元视角与科学思维的开放性；在解释“钻木取火”、“冰镇饮料”等现象时，能感受到物理学对生活实际和技术原理的强大解释力，激发持续探索的热情。  科学思维目标：重点发展学生“模型建构”与“推理论证”的思维能力。引导他们将微观的分子运动模型与宏观的物体冷热、状态变化等表象相联系，学会从微观机理推导宏观属性，并运用类比（如将内能类比为机械能）等方法深化理解。  评价与元认知目标：学生能够依据“解释是否包含微观机理”、“实例归类是否准确”等简易量规，对同伴关于内能现象的解释进行初步评价；能在课堂小结环节，反思自己是如何从“感觉热”过渡到理解“内能”这一科学概念的思维历程。三、教学重点与难点  教学重点：内能的概念及改变物体内能的两种方式。确立依据在于，内能是本章乃至整个热学部分的核心概念，是构建能量观的支柱；而改变内能的方式是连通能量转化与转移思想的桥梁，是理解热力学第一定律的基础。从中考考点分析，对内能的微观理解、做功与热传递的辨别及其能量转化分析，是高频且能力立意鲜明的试题载体。  教学难点：内能概念的微观理解及其与温度、热量的辨析。难点成因在于，内能是系统内所有分子动能和势能的总和，具有“统计性”和“不可直接测量性”，对学生的抽象思维要求高。学生固有的前概念（如认为“热量是物体含有的”）会强烈干扰科学概念的建立。突破方向在于，采用多层次类比与可视化手段，并设计针对性辨析练习，在具体情境中反复比较运用这三个概念。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（内含分子热运动动画、汽油机做功冲程视频）、分子运动模拟演示器、空气压缩引火仪、铁丝、砂纸、酒精灯、烧杯、热水、冰块、气球。1.2教学材料：分层学习任务单、当堂巩固练习（A/B/C三层）、课堂小结思维导图模板。2.学生准备2.1知识预备：复习分子动理论的基本内容。2.2物品准备：每人准备一支笔和用于课堂记录的笔记本。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与冲突激发：1.1教师演示两个反差现象：“同学们，请看，在寒冷的冬天，我们搓一搓手，手就暖和了（配合动作）。再看这个打气筒，我给自行车轮胎打气时，一会儿摸摸筒壁，哎？怎么变热了？手变热是我们对它‘加热’了，那没人给打气筒‘加热’，它怎么也热了呢？”1.2学生观察并产生疑惑：“这热量从哪里来的？”2.核心问题提出与路径指引：2.1教师提炼问题：“看来，‘热’或者说物体内部的能量，增加的方式不止一种。那么，物体内部这种与‘热’有关的能量到底是什么？我们又可以通过哪些方法来改变它？这就是今天我们要揭开谜底的‘内能’世界。”2.2勾勒路线图：“我们将首先化身‘微观侦探’，看看物体内部究竟有什么‘家底’构成这种能量；然后当一回‘能量魔术师’，亲手尝试用不同的方法改变它；最后，我们要成为‘概念辨析员’，把内能、温度、热量这三个好朋友分分清楚。”第二、新授环节任务一：回溯起点——从分子动理论看物体的“内部图景”教师活动：首先，我会以提问激活旧知：“请大家回忆，分子动理论告诉我们，构成物质的分子有哪些基本特征？”引导学生说出“分子在永不停息地做无规则运动”、“分子间存在引力和斥力”。接着，我会展示不同温度下水分子运动剧烈程度的对比动画，并追问：“大家看，温度高时分子跑得快，这意味着它们的什么能增大了？”“对，动能！那分子间有相互作用力，当它们之间的距离改变时，比如物体被压缩或拉伸，又会有什么能发生变化呢？”引导学生类比弹簧，得出“分子势能”。最后，我会总结：“原来，物体内部所有分子，它们的动能和势能加起来，就是一笔巨大的‘内部财富’，物理学给了它一个专门的名字。”学生活动：学生回顾并齐声回答分子动理论要点。观察动画，直观感受温度与分子运动剧烈程度的关系。跟随教师引导，进行类比推理，从已知的“动能”、“势能”概念迁移思考分子层面的情况。理解“所有分子的动能和势能总和”这一表述。即时评价标准：1.能否准确复述分子动理论的核心观点。2.能否建立温度与分子平均动能之间的定性关联。3.能否在教师引导下，理解分子间相互作用会导致势能变化。形成知识、思维、方法清单：★内能的构成：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。教学提示：强调“所有分子”和“总和”，体现统计观念。可以问：“一块冰冷的铁块有内能吗？——有，因为它的分子也在运动！”★内能的普遍性：一切物体，不论温度高低、状态如何，都具有内能。认知说明：这是破除“寒冷物体没有内能”错误观念的关键点。▲类比迁移法：将宏观世界的动能、势能概念，迁移至微观分子世界，帮助理解抽象概念。任务二：建构概念——内能到底是什么？教师活动：在任务一的基础上，我将引导学生向内能概念进行抽象概括。“好了，现在我们知道构成内能的两个‘成分’了。那么，谁能试着给‘内能’下个定义？”鼓励学生尝试表述。随后，我会呈现一个思考题：“请判断：炽热的铁水具有内能，冰冷的冰块也具有内能，谁的内能更大？为什么？”引导学生讨论，并适时介入：“判断内能大小，不能只看温度（分子动能），还得考虑分子数量（质量）和分子间的聚集状态（分子势能）。”通过具体例子，初步揭示影响内能大小的因素。学生活动：学生尝试用自己的语言定义内能。针对教师提出的思考题进行小组讨论，可能产生“铁水内能大”或“不确定”等不同观点，在争论中深化对“内能是总和”的理解。认识到内能大小与温度、质量、状态等多个因素有关。即时评价标准：1.定义表述是否抓住了“所有分子”、“动能与势能总和”的核心。2.讨论时，能否提及影响内能大小的多个因素，而非仅温度。形成知识、思维、方法清单：★内能的定义（规范表述）：见任务一清单。教学提示：这是必须掌握的科学表述，要求学生在理解基础上记忆。★影响内能大小的因素：物体的温度、质量、体积和状态。易错点：学生常认为温度是唯一影响因素。需强调：“一桶温水和一滴沸水，谁的内能可能更大？”▲多因素分析思维：分析一个物理量时，需系统考虑多个影响因素，培养全面、辩证的思维习惯。任务三：探索路径一——热传递如何改变内能？教师活动：我将演示实验：将一段铁丝一端浸入热水中，让学生触摸另一端感受温度变化。提问：“铁丝的温度升高，内能增加了。这增加的能量从哪里来？”引导学生说出“从热水传来”。进而引出“热传递”的概念。我会画图讲解热传递发生的条件（温度差）和方向（从高温到低温）。并明确：“在热传递过程中，传递能量的多少，叫做热量。”强调“热量是过程量”，并用“打工赚工资”做类比：“内能像你的存款，热传递像打工的过程，热量就是这次打工挣到的钱。我们能说‘你有多少打工’吗？不能，只能说‘打工挣了多少钱’。”学生活动：观察实验，描述现象。理解热传递是内能从高温物体转移到低温物体的过程。在生动类比中，初步区分作为状态量的“内能”和作为过程量的“热量”。列举生活中热传递的例子（如晒太阳、用暖水袋）。即时评价标准：1.能否清晰描述实验现象并得出正确结论。2.能否正确说出热传递的条件和方向。3.能否在教师类比后，大致理解热量与内能的区别。形成知识、思维、方法清单：★改变内能的方式之一：热传递。条件：存在温度差。实质：内能的转移。方向：从高温物体到低温物体。★热量（Q）：在热传递过程中，转移内能的多少。核心辨析：热量是过程量，不能说“含有”或“具有”热量。课堂用语：“我们只能说‘物体吸收或放出了多少热量’。”▲过程量与状态量：引入这对重要概念，为后续物理学习（如功、能）打下基础。任务四：探索路径二——做功如何改变内能？教师活动：这是本节课的高光实验环节。首先，我会让学生双手快速来回摩擦，或用手掌摩擦桌面，感受温度变化。“感觉到热了吗？这过程中有发生热传递吗？”引出“做功”也能改变内能。接着，演示“空气压缩引火仪”实验，并提醒：“大家注意看，当我迅速下压活塞，对筒内空气做功，硝化棉会怎样？”“砰”的一声后，引导学生分析：机械能转化为了内能。然后，我拿出一个气球，松开吹气口让气体冲出，气球变凉，让学生触摸感受。“这是什么做功？内能怎么变化？”引导学生分析：气体对外做功，内能减少。最后，播放汽油机做功冲程视频，联系实际。学生活动：亲身体验摩擦做功生热，获得直观感受。带着惊叹观察压缩空气点火实验，分析能量转化。观察气球实验，感受温度变化并分析。形成共识：对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，内能减少。即时评价标准：1.实验观察是否专注，现象描述是否准确。2.能否正确分析实验中的能量转化关系。3.能否归纳出做功改变内能的两种具体情况及其效果。形成知识、思维、方法清单：★改变内能的方式之二：做功。实质：内能与其他形式能量（主要是机械能）的相互转化。★做功的两种效果：对物体做功，物体内能增加（如压缩、摩擦）；物体对外做功，物体内能减少（如膨胀、喷出）。重要实例：压缩冲程与做功冲程。★热传递与做功的等效性：二者在改变物体内能上是等效的。应用：可以用功或热量来量度内能的变化。▲实验观察与推理：通过系列实验，从现象归纳本质规律，是物理学的基本方法。任务五：概念辨析——内能、温度与热量的“三角关系”教师活动：我将设计一个小组讨论活动，出示一组判断题和情境题，例如：“1.物体温度越高，含有的热量越多。2.内能大的物体，温度一定高。3.请解释‘钻木取火’和‘用火引燃木柴’分别是如何改变物体内能的。”在学生讨论和发言过程中，我将扮演“挑错者”和“总结者”角色，针对典型错误进行追问和澄清。最后，引导学生共同完成一个三者的对比表格（从定义、单位、性质、关联等方面）。学生活动：以小组为单位，激烈讨论教师给出的问题，运用本节课所学知识进行辨析和解释。派代表发言，可能暴露出仍存在的混淆点。在教师指导下，共同梳理、完善对比表格，形成清晰的知识网络。即时评价标准：1.讨论是否积极参与，观点是否有概念依据。2.发言时，能否在具体情境中正确选用和区分三个概念。3.最终完成的对比表格是否清晰、准确。形成知识、思维、方法清单：★内能、温度、热量辨析表（核心）：内能（状态量，描述物体内部总能量）；温度（状态量，反映分子平均动能）；热量（过程量，描述热传递中转移的能量）。▲情境化应用：学习物理概念的最终目的是应用于解释和解决问题。通过具体情境辨析，是检验和理解概念的最好方式。▲结构化梳理：用表格、思维导图等工具对易混概念进行对比梳理，是高效的学习策略。第三、当堂巩固训练  基础层（全体必做）：1.完成填空：内能是物体内部所有分子______和______的总和。改变内能的两种方式是______和______。2.判断：0℃的冰没有内能。（）；物体吸收热量，内能一定增加。（）  综合层（大部分学生完成）：1.解释现象：为什么锯条锯木头后会发烫？从能量转化角度说明。2.选择题：关于温度、内能、热量，下列说法正确的是（）（选项涉及三者的辨析）。  挑战层（学有余力选做）：思考题：一颗飞行的子弹具有动能，也具有内能。当它击中木板停下来时，它的动能去了哪里？它的内能有变化吗？请尝试用本课知识完整分析。  反馈机制：基础层题目通过全班齐答或快速巡视检查；综合层题目请不同层次学生上台讲解思路，教师点评；挑战层题目作为思维火花，请有想法的学生简要分享，教师给予高度评价并引导课后深入探讨。展示典型错误答案（匿名），组织学生“诊断病句”，强化正确认识。第四、课堂小结  引导学生以“我今天探索了内能的______”为开头，进行一句话分享。随后，发放思维导图模板（中心为“内能”），要求学生以小组为单位，用关键词和箭头构建本章节核心知识结构图，并请一组代表上台展示讲解。教师在此基础上升华：今天我们不仅学了概念，更学会了一种从微观模型看世界、用能量转化与转移分析现象的科学眼光。作业布置：必做作业（基础+综合层练习册对应题目）；选做作业（探究性：设计一个小实验，证明“对物体做功，物体内能增加”，并录制1分钟解说视频；或查阅资料，了解“热力学第零定律”与温度测量的关系）。预告下节课：“我们知道了如何改变内能，那么，不同的物体，升高相同的温度，需要的‘热量’一样多吗？这背后又藏着物质怎样的特性呢？”引出“比热容”。六、作业设计  基础性作业（必做）：1.整理课堂笔记，准确抄写内能定义、改变内能的两种方式及其实质。2.完成课本本节后“动手动脑学物理”中基础概念辨析和现象解释题。3.列举3个生活中通过热传递改变内能和3个通过做功改变内能的实例。  拓展性作业（建议大多数学生完成）：1.撰写一篇物理日记《“热”的真相——我认识的内能》，用生动的语言描述你从课前疑惑到课后理解的过程，并尝试解释一个课堂未提及的生活现象（如：为什么自行车胎在夏天暴晒下可能爆胎？）。2.分析家用高压锅的工作原理，指出其中涉及哪些改变内能的方式。  探究性/创造性作业（选做）：1.家庭实验室：利用家中物品（如矿泉水瓶、气球等），设计并完成一个能证明“气体对外做功，内能减少”的小实验，用手机拍照或短视频记录过程，并附上简要原理说明。2.资料研读与评述：查阅关于“热寂说”的科普文章，写一段200字左右的读后感，谈谈你对能量转化与转移方向性的初步认识。七、本节知识清单及拓展★1.内能的定义：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。单位是焦耳（J）。关键理解：“所有分子”和“总和”意味着内能是宏观量，具有统计意义。★2.内能的普遍性：一切物体在任何情况下都具有内能。冰冷的铁块、运动的子弹、静止的山石，其内部的分子都在运动且存在相互作用，因此都具有内能。★3.影响内能大小的主要因素：①温度（影响分子平均动能）；②质量（影响分子总数）；③体积和状态（影响分子势能）。辨析：对于同种物质构成的物体，温度越高、质量越大，内能通常越大。★4.改变内能的两种方式：热传递和做功。它们在改变物体的内能上是等效的。★5.热传递：①条件：物体间或同一物体不同部分存在温度差。②实质：内能从高温处转移到低温处。③方向：自发地由高温物体指向低温物体。④终止：温度相等时达到热平衡。★6.热量（Q）：在热传递过程中，转移内能的多少。单位是焦耳（J）。核心提醒：热量是过程量，只存在于热传递过程中，不能说“物体含有热量”。★7.做功改变内能：①实质：内能与其他形式能量（如机械能、电能）的相互转化。②对物体做功，物体内能增加（如摩擦生热、压缩气体）。③物体对外做功，物体内能减少（如气体膨胀推动活塞）。★8.内能与机械能的区别：内能是物体内部所有分子动能和势能的总和，与物体内部分子的热运动和相互作用有关，永远不为零。机械能是物体作为一个整体，由于其运动状态或位置而具有的能（动能和势能），可以为零。举例：停在水平地面上的汽车，机械能为零，但内能不为零。▲9.温度、内能、热量的关系辨析（表格精髓）：温度是分子平均动能的标志（状态量）；内能是物体内所有分子动能和势能的总和（状态量）；热量是热传递过程中转移内能的多少（过程量）。物体吸热，内能不一定增加（可能同时对外做功）；物体内能增加，不一定吸热（可能外界对其做功）。▲10.能量守恒观点：做功和热传递在改变物体内能的同时，必然伴随其他形式能量的变化或转移，总能量守恒。这是贯穿物理学的基本定律。▲11.拓展：热力学第零定律：如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，那么这两个系统彼此也处于热平衡。这为温度的定义和测量奠定了理论基础，解释了为什么温度计可以测量温度。八、教学反思  假设本节课已实施完毕，从预设目标达成度来看，通过课后抽查学习任务单和巩固练习反馈，约85%的学生能准确表述内能定义及两种改变方式，并能完成基础性辨析。这表明核心知识目标的达成情况良好。然而，在解释诸如“一杯水和半杯水同时从50℃冷却到室温，谁放出的热量多”这类需综合考虑因素的问题时，仍有近三分之一的学生表现出犹豫或错误，说明将“影响内能大小的因素”灵活应用于新情境的能力，仍需在后续课程中通过变式练习加以强化。  各教学环节的有效性评估显示，导入环节的“反差现象”成功引发了普遍的兴趣和认知冲突，为后续探究提供了强劲动力。新授环节的五个任务基本实现了层层递进，其中任务四（做功改变内能）的系列实验是课堂气氛的高潮，学生参与度极高，直观感知有效地支撑了抽象推理。但任务五（概念辨析）的小组讨论时间稍显仓促，部分小组的讨论未能充分展开便进入全班分享，导致生成的“对比表格”更多由教师主导完成，学生自主建构的深度略显不足。未来可考虑将这部分内容调整至巩固练习之后，作为一个专门的“概念澄清工作