初中物理九年级《内能》概念建构与探究教学设计

初中物理九年级《内能》概念建构与探究教学设计一、教学内容分析

本课选自人教版物理九年级全一册第十三章《内能》的第三节，是热学单元的核心概念节点。从《义务教育物理课程标准（2022年版）》看，本课位于“能量”主题下，要求学生“了解内能和热量”，“从能量转化的角度认识燃料的热值”，并“通过实验，了解比热容”。这要求教学超越分子动理论的静态知识，引导学生建立起“内能”作为系统状态函数的动态能量观。在知识图谱上，它上承“分子热运动”、“分子间作用力”等微观模型，下启“比热容”、“热机效率”及“能量的转化与守恒”等宏观规律，是连接微观机制与宏观现象的桥梁。课标蕴含的科学探究思想（如转换法、控制变量法）和“从生活走向物理”的理念，为本课设计“摩擦生热”、“加热对比”等体验性活动提供了根本遵循。其育人价值在于，通过探究日常现象背后的能量本质，培养学生的科学思维（特别是模型建构与推理论证）和严谨求实的科学态度，初步形成从微观和能量视角审视物质世界的科学世界观。

九年级学生已具备分子动理论的基础知识，知道物体由大量分子组成、分子在永不停息地做无规则运动、分子间存在作用力。他们的前概念障碍可能在于：一是难以将微观分子动能与宏观物体机械能清晰区分，易产生“运动的物体才有内能”等误解；二是常将“热量”与“内能”、“温度”混为一谈，认为“内能就是热量”。其思维特点是从形象向抽象过渡，对“所有物体都具有内能”这一普遍性结论的接受需要感性经验的强力支撑。因此，教学对策是：设计层层递进的体验与思辨活动，如“冰是否具有内能？”的辩论，让学生在认知冲突中自我修正；通过“用温度计测量内能”的尝试与失败，直观暴露“温度与内能”概念的区别与联系，从而在“做”与“思”中建构科学概念。二、教学目标

知识目标：学生能准确表述内能的定义，清晰说明其与机械能的本质区别；能基于分子动理论解释温度、质量、物质种类、物态等因素如何影响物体内能的大小，并举例说明；能初步区分内能、热量、温度三个核心概念，理解“热量是过程量”的含义。

能力目标：通过“探究影响内能大小因素”的猜想与讨论活动，提升基于证据进行科学推理和解释的能力；在利用“摩擦生热”、“加热铁钉”等简易实验验证猜想的过程中，体会并学习“转换法”这一重要科学方法的应用逻辑与操作要点。

情感态度与价值观目标：在小组合作探究中，能主动倾听同伴观点，乐于分享自己的见解，共同面对并解决探究中的分歧与困难，体验协同攻关的科学合作精神。

科学（学科）思维目标：重点发展“微观模型建构”与“系统思维”能力。通过将宏观的物体“切割”为微观的分子系统，并赋予其动能与势能，建立内能的物理模型；学会将研究对象（如一杯水）视为一个能量整体进行思考和讨论。

评价与元认知目标：能够在教师引导下，依据“解释是否有微观依据”、“结论是否逻辑自洽”等简易量规，对同伴关于内能影响因素的推理进行初步评价；课后能通过绘制概念关系图，反思自己对内能、热量、温度三者关系的理解程度与混淆点。三、教学重点与难点

教学重点是内能概念的科学建构及其影响因素的微观解释。确立依据在于，内能是本章乃至整个热学部分的核心概念，是理解后续热量计算、热机原理、能量守恒的基石。从学业评价看，能否清晰理解内能的本质并辨析其相关概念，是考核学生是否形成能量观念的关键指标，常见于各类情境化试题和探究题中。

教学难点是引导学生正确区分“内能”、“热量”和“温度”三个紧密相关却又本质不同的物理量。其成因在于这三个概念在日常生活中常被混用（如“传递热量”说成“传递温度”），且学生思维需完成从“状态”到“过程”、从“宏观测量”到“微观本质”的多重跨越。预设依据来自常见错误分析：学生在回答“物体吸热，温度一定升高吗？”或“温度高的物体，内能一定大吗？”等问题时，极易因概念混淆而失分。突破方向在于创设典型反例（如晶体熔化、一杯水与一桶水的对比），引发认知冲突，从而在辨析中深化理解。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件（含分子运动动画、对比图片）、板书设计框架图。1.2实验器材：每组备有钢丝绒、砂纸、温度计；教师演示用：一杯热水、一杯冷水、两个相同型号的铁钉、酒精灯、铁架台。1.3学习材料：分层学习任务单（含“前测”思考题、“探究记录表”及“课后自评栏”）。2.学生准备2.1知识准备：复习分子动理论基本内容。2.2分组安排：四人小组，按“异质分组”原则就座，便于合作与互助。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与冲突激发：同学们，请大家伸出双手，快速地互相摩擦几下，有什么感觉？是不是感觉到热了？再来看看这张图片（展示冬季搓手取暖和钻木取火的图片）。一个简单的动作就能产生热，这“热”到底是什么？它从哪里来的？难道我们的手、那块木头里面，本来就藏着一种“能量”吗？

1.1核心问题提出：今天，我们就来探寻这种隐藏在物体内部的能量——内能。我们将一起解决两个核心问题：第一，什么是内能？第二，哪些因素决定了它的大小？

1.2学习路径预告：我们将从大家最熟悉的“摩擦生热”出发，穿越到微观的分子世界去寻找答案，再用实验来验证我们的推理，最后还要理清几个“长相”相似却个性不同的概念朋友。第二、新授环节任务一：从宏观到微观——初探“内能”的本质1.教师活动：首先，我们来回顾旧知。请大家回忆：构成物质的分子在怎样运动？（等待学生回答：永不停息地无规则运动）。分子之间呢？（存在引力和斥力）。很好！那么，运动的物体具有动能，相互作用的物体具有势能。现在，请大家做一个大胆的“思想切割”：把讲台上这个铁块，想象成由无数个微小的分子组成。请大家想一想，这些运动的分子，有没有动能？相互间有作用力的分子，有没有势能？（稍作停顿，让学生思考）我们给这个由大量分子组成的“大家庭”所具有的总能量，起一个专门的名字，就叫作“内能”。所以，我们可以这样说：内能是物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。2.学生活动：跟随教师引导，回顾分子动理论。进行“思想切割”想象，将宏观物体与微观分子能量建立联系。尝试用自己的语言复述内能的定义。3.即时评价标准：1.能否准确回忆分子动理论的三个要点。2.在教师引导下，能否理解“所有分子”和“总和”的含义。3.复述定义时，语言是否完整、科学。4.形成知识、思维、方法清单：★内能定义：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。它是一切物体都具有的一种能量形式。“所有”和“总和”是关键词。★微观本质：内能是一种微观形式的能量，其根源在于分子的运动和相互作用，这与宏观物体因运动或位置而具有的机械能有本质区别。▲科学思维：将宏观物体视为微观粒子组成的系统，是一种重要的模型建构思维。这是物理学从宏观现象深入微观本质的典型路径。任务二：思辨与归纳——一切物体都具有内能吗？1.教师活动：根据定义，我有一个问题：冰冷的冰块，它的分子还在运动吗？（学生：在）。分子间还有作用力吗？（学生：有）。那么，冰块有内能吗？（此时可能有分歧）。好，我们分成正反方，简单辩论一下。认为“没有”的同学，你们的理由是什么？认为“有”的同学，你们的依据又是什么？（引导辩论回到定义本身）。非常好！辩论的关键在于紧扣定义。只要分子在运动、在相互作用，它就具有内能。所以，无论是炙热的铁水，还是寒冷的冰块，甚至是我们认为“空无一物”的太空，只要有物质，就有内能。这就是内能的普遍性。那么，飞行的子弹呢？它既有机械能，也有内能，这两者要分清楚哦。2.学生活动：参与“冰块是否有内能”的微型辩论。正反双方尝试用分子动理论和内能定义作为论据进行简短交锋。最终统一认识：一切物体，不论温度高低、状态如何，都具有内能。3.即时评价标准：1.辩论时，论点是否基于内能定义和分子动理论。2.能否在辩论后达成共识，理解内能的普遍性。3.能否举出实例说明一个物体可以同时具有机械能和内能。4.形成知识、思维、方法清单：★内能的普遍性：一切物体，在任何温度、任何状态下都具有内能。“0℃的冰”也具有内能，这是易错点。★内能与机械能的区别：内能是微观层面、与分子运动相关的能量；机械能是宏观层面、与物体整体运动或位置相关的能量。一个物体可以同时具有两者。★论证方法：通过归谬法或反证法来巩固认知，例如：“如果认为0℃的物体没有内能，那将违背分子永不停息运动的规律。”任务三：猜想与建模——哪些因素影响内能大小？1.教师活动：既然所有物体都有内能，那它们的内能大小一样吗？显然不同。是什么在影响内能的大小呢？请大家以小组为单位，结合内能的定义（分子动能+分子势能），大胆猜想，并说出你猜想的微观理由。我们先从最熟悉的“温度”开始。（引导学生：温度越高，分子运动越剧烈，分子平均动能越大，所以内能越大）。很棒！那除了温度，还有吗？想一想，一杯水和一桶水，温度相同，谁的内能更大？为什么？（引导学生从“所有分子”的总和思考，质量大、分子数目多，总动能和总势能就大）。还有吗？同样的热水，分别装在铁杯和塑料杯里，杯子本身的内能一样吗？（引出物质种类）。最后，冰熔化成水，温度没变，内能变了吗？（分子间距离和相互作用力改变，分子势能变化）。2.学生活动：小组讨论，基于内能定义进行猜想。可能提出：温度、质量、体积、材料、状态等。并对每个猜想尝试用分子动理论进行解释。完成学习任务单上的“猜想与理由”部分。3.即时评价标准：1.猜想是否源自内能定义的两个组成部分。2.对猜想的解释是否试图建立宏观因素（如温度）与微观参量（分子平均动能）的关联。3.小组讨论时，是否每位成员都有机会表达观点。4.形成知识、思维、方法清单：★影响内能大小的因素：①温度（影响分子平均动能）；②质量（影响分子总数）；③物质种类（影响分子结构和相互作用力）；④体积/物态（影响分子间距离，从而影响分子势能）。★核心逻辑：所有推理的起点都是内能定义。温度影响动能，状态影响势能，这是分析问题的两条主线。▲科学方法：将宏观可测的量（温度、质量）与微观不可直接观测的分子能量联系起来，是物理学中典型的建立宏观微观联系的思维方法。任务四：实验与验证——感受“温度”与“做功”对内能的改变1.教师活动：猜想需要验证。我们先聚焦“温度”因素。大家看我手里的两个铁钉，它们型号相同，初始温度也一样。现在，我对其中一个进行加热（演示用酒精灯加热铁钉A约20秒）。请问，哪个铁钉的内能增大了？（学生：A）。你怎么知道的？它的温度升高了！这里，我们通过热传递的方式（加热），改变了物体的内能。内能的改变量，我们称之为“热量”。所以，热量是热传递过程中内能转移的量度，它是一个过程量。我们常说“传递热量”，而不说“含有热量”。再来，如果我们没有酒精灯，怎么让铁钉内能增加？（引导学生回到导入：摩擦）。对，请大家动手试试，用砂纸摩擦钢丝绒，小心地摸一摸摩擦部位。（提醒注意安全）。这是通过做功的方式改变内能。搓手取暖、钻木取火、压缩气体点火，都是这个原理。2.学生活动：观察教师演示实验，得出结论：加热（热传递）可以使物体温度升高，内能增加。亲自动手进行“摩擦钢丝绒”实验，体验通过做功（克服摩擦做功）使物体内能增加，温度升高。思考并初步区分“热量”与“内能”。3.即时评价标准：1.能否从演示实验中准确得出“温度升高，内能增加”的结论。2.实验操作是否规范、安全。3.能否说出至少两种改变内能的方式。4.形成知识、思维、方法清单：★改变内能的两种方式：做功和热传递。它们在改变内能上是等效的。★热量：在热传递过程中，物体内能改变的量度。单位是焦耳(J)。它是过程量，对应能量的转移。★核心辨析（难点）：内能是状态量，描述物体在某一时刻的状态；热量是过程量，描述能量转移的过程。我们可以说“物体具有多少内能”，但只能说“物体吸收或放出了多少热量”。任务五：深化与辨析——内能、热量、温度“三兄弟”1.教师活动：现在，我们迎来了本节课最需要理清关系的“三兄弟”：内能(U)、热量(Q)、温度(t)。我们来玩一个“判断对错”的游戏，请说出理由。1.“物体温度越高，含有的热量越多。”（错，热量是过程量，不能说“含有”）2.“物体内能增加，温度一定升高。”（错，比如晶体熔化，吸热内能增加，但温度不变）3.“温度高的物体，内能一定大。”（错，还要考虑质量、物质种类等，比如一小杯开水和大海里的温水）。看来，它们的关系很微妙。我们可以这样总结：温度是分子平均动能的标志，它影响内能；热量是内能变化的量度；内能是能量存在的形式。它们有联系，但绝不能划等号。2.学生活动：参与“判断对错”游戏，积极思考并抢答。对每个判断，努力运用本节课所学的概念进行辨析，特别是利用晶体熔化等反例来反驳错误说法。在教师引导下，尝试总结三者的区别与联系。3.即时评价标准：1.判断是否正确。2.提供的理由是否科学、充分，尤其是能否运用反例。3.能否用比喻或自己的语言大致描述三者的关系。4.形成知识、思维、方法清单：★三者的关系与区别（核心难点）：温度：表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志（宏观量）。内能：物体内部所有分子的动能和势能之和（状态量）。热量：在热传递过程中，内能转移的多少（过程量）。★典型反例：晶体熔化/凝固过程，是理解“内能变化与温度变化不一定同步”的关键情景。▲思维提升：学习物理概念，不仅要知其然（定义），更要通过辨析、对比、寻找反例来知其所以然，这是形成批判性思维的重要过程。第三、当堂巩固训练

1.基础层（全员必做）：①关于内能，下列说法正确的是（）A.0℃的物体没有内能B.温度高的物体内能一定大C.物体内能增加，一定是从外界吸收了热量D.做功和热传递在改变内能上是等效的。②请解释“钻木取火”和“围炉烤火”分别是通过什么方式改变内能的。

2.综合层（多数学生挑战）：将一根铁丝反复弯折几十次，弯折处会发热烫手。请从能量转化的角度分析这一过程，并指出涉及了哪种改变内能的方式。若将此弯折后的铁丝与另一根未弯折的同型号铁丝同时浸入同一盆温水中，哪根铁丝的内能变化可能更大？为什么？（提示：考虑温度差）

3.挑战层（学有余力选做）：有同学提出：“既然内能是分子动能和势能的总和，那么当物体被举高时，其重力势能增加，构成物体的分子的势能是否也增加了？这是否意味着物体的内能也增加了？”请就此问题发表你的见解，并进行讨论。

反馈机制：基础题通过全班快速问答核对；综合题由小组讨论后派代表分享，教师点评并聚焦“能量转化”表述的规范性；挑战题作为课后思考题，鼓励学生写成小短文，下节课课前分享，教师进行思路点拨。第四、课堂小结

现在，请大家花两分钟，在笔记本上画一个简单的概念图，将“内能”放在中心，与“分子动理论”、“影响因素”、“改变方式”、“热量”、“温度”等概念连接起来。哪位同学愿意分享一下你的构图？（邀请12名学生展示并简述）。很好，通过今天的学习，我们从一个现象（摩擦生热）出发，深入微观世界构建了一个核心概念（内能），并理清了它身边一群重要的概念伙伴。我们不仅学到了知识，更体验了“从现象到本质”、“宏观与微观结合”的物理思考方式。

作业布置：必做题：1.完成课本本节后基础练习题。2.整理本节课的笔记，突出内能定义、影响因素及与热量、温度的区别。选做题：1.（拓展）调查家庭中常见的取暖设备（如空调、暖气片、电暖器），分析它们主要是通过做功还是热传递的方式改变室内空气内能的，并比较其能效特点。2.（探究）思考并查阅资料：火箭发射时，尾部喷出高温火焰，其巨大的能量从何而来？这与内能的变化有何关联？六、作业设计基础性作业（必做）1.概念巩固：默写出内能的定义，并各举一例说明改变物体内能的两种方式。2.辨析判断：判断下列说法是否正确，并改正错误之处：(1)物体温度降低，它的内能一定减少。(2)热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体。(3)一杯水的温度越高，它具有的热量越多。3.简单应用：解释为什么用打气筒给自行车打气后，气筒壁会发热。拓展性作业（建议大多数学生完成）4.情境分析：观察家里煮水的过程。描述在水被加热至沸腾的过程中，水的内能、温度如何变化？当水沸腾后继续加热，水温不变，水的内能是否变化？为什么？5.微型调查：列举三种日常生活中利用做功来改变内能的实例，并简要说明能量转化情况。探究性/创造性作业（选做）6.小课题研究：设计一个简易实验，验证“对于同种物质，质量越大，升高相同温度时吸收的热量越多”（即为下节课“比热容”做铺垫）。写出简单的实验方案（包括器材、步骤、预期现象）。7.科技短文：以“内能：看不见的‘能量仓库’”为题，写一篇300字左右的科普短文，向小学毕业生介绍内能的概念及其在生活中的体现。七、本节知识清单及拓展1.★内能定义：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。理解关键在于“所有分子”与“总和”，强调这是一种微观的、系统性的能量。2.★内能的普遍性：一切物体，不论温度高低、处于何种状态，都具有内能。0℃的冰也具有内能，这是基于分子永不停息运动的必然结论。3.★影响内能大小的因素：①温度：温度越高，分子平均动能越大，物体内能通常越大（主要影响动能部分）。②质量：在相同条件下，质量越大，分子总数越多，内能越大。③物质种类/结构：不同物质分子结构不同，分子势能不同。④体积与物态：影响分子间距离，从而改变分子势能（如熔化、凝固过程）。4.★改变内能的两种方式：做功和热传递。两者在改变物体内能上是等效的。做功是其他形式的能与内能相互转化；热传递是内能在物体间的转移。5.★热量(Q)：在热传递过程中，物体内能改变的量度。单位：焦耳(J)。它是过程量，只能说“吸收”或“放出”热量，不能说“具有”或“含有”热量。6.▲温度、内能、热量的关系（核心辨析）：1.7.温度：宏观上表示冷热程度，微观上是分子平均动能的标志（状态量）。2.8.内能：是物体内部所有分子动能和势能的总和（状态量）。3.9.热量：是热传递过程中内能转移的多少（过程量）。4.10.联系：物体吸热（或外界对物体做功），内能可能增加，可能表现为温度升高（如加热水），也可能不升温（如晶体熔化）。物体温度升高，内能一定增加；但内能增加，温度不一定升高。11.★典型实例与易错点：1.12.摩擦生热：克服摩擦做功，机械能转化为内能。2.13.压缩气体：对气体做功，机械能转化为内能，温度升高。3.14.气体膨胀对外做功：内能转化为机械能，自身内能减少，温度降低。4.15.晶体熔化：吸热（Q增加），内能增加，但温度保持不变（分子势能增加）。这是理解三者区别的关键情景。16.▲科学方法：转换法。本节课通过观察温度计示数变化或感受温度变化，来判断内能的变化，将不可直接观测的内能变化转换为可观测的温度变化。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析从当堂巩固训练和学生的概念构图来看，“内能”定义及“改变方式”这两个知识目标达成度较高，学生能准确复述并举出实例。然而，在“影响因素”的灵活应用及“内能、热量、温度”的深度辨析上，综合层与挑战层的答题情况显示，仍有约三分之一的学生存在混淆。这提示核心概念的建构非一蹴而就，需在后续“比热容”、“热机”教学中持续巩固与辨析。

（二）教学环节有效性评估导入环节的“搓手”活动迅速聚焦了问题，效果良好。新授环节的五个任务基本形成了递进阶梯。其中，“任务二（冰块辩论）”和“任务五（判断对错）”有效制造了认知冲突，学生参与度高，是突破难点的关键设计。但“任务四（实验验证）”中，学生动手摩擦钢丝绒的实验，虽然活跃了气氛