北师大版初中物理九年级全一册《物体的内能》第2课时教案

北师大版初中物理九年级全一册《物体的内能》第2课时教案

一、课程基本信息与设计理念

1.1课程基本信息

1.学科：物理学

2.学段与年级：初中教育阶段，九年级（初三年级）

3.教材版本：北京师范大学出版社（北师大版）九年级全一册

4.课题名称：第十章机械能、内能及其转化|第二节物体的内能（第2课时）

5.课时安排：1课时（45分钟）

1.2设计理念与指导思想

本教学设计以《义务教育物理课程标准（2022年版）》为根本遵循，秉承“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本理念，致力于发展学生的核心素养。本节内容“物体的内能”是热学部分的核心概念，连接着宏观热现象与微观分子动理论，是理解热传递、热量、比热容乃至能量守恒定律的基石。

本课时作为“物体的内能”概念构建的第二课时，重点在于深化和内化。设计上将超越传统“定义-讲解-练习”的模式，采用“概念建构-模型认知-科学推理-实践应用”的进阶路径。强调跨学科视角的融入，将物理学的能量观念与化学的分子运动、生物学的生命活动、地理学的环境能量交换建立联系。同时，引入项目式学习（PBL）元素和科学论证环节，引导学生像科学家一样思考，通过证据进行推理，在解决真实问题的过程中，达成对“内能”这一抽象概念的深刻理解与灵活迁移，实现物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任核心素养的协同发展。

1.3教学内容与学情分析

1.教材内容分析：

本节教材（北师大版）在第一课时初步建立“内能”概念的基础上，本课时核心任务有三：

1.深入辨析：厘清“内能”与“机械能”、“热量”、“温度”三大易混淆概念的联系与区别。

2.探究建构：通过实验与推理，探究改变物体内能的两种方式——做功和热传递，并理解其等效性与本质差异。

3.迁移应用：运用内能及改变方式的知识解释相关自然现象和技术应用，初步形成能量转化与守恒的观念。

2.学情分析：

九年级学生已具备一定的抽象思维能力，但对微观世界的想象力仍需依托宏观现象支撑。他们已在第一课时学习了分子动理论的基本观点和“内能”的初步定义，知道内能与分子热运动和分子间相互作用有关。然而，学生普遍存在以下认知难点与迷思概念：

1.概念混淆：认为“热的物体内能一定大”、“内能大的物体温度一定高”、“热量是物体含有的”。

2.微观想象困难：对“做功如何改变内能”的微观机制感到抽象，难以建立宏观的机械运动与微观分子运动之间的联系。

3.思维定式：易将“热传递”等同于“热量传递”，对“热”的多种含义理解不清。

3.教学目标：

1.4.物理观念：

1.2.5.能准确表述内能的定义，知道内能是能量的一种形式。

2.3.6.能辨析内能与机械能、温度、热量的区别与联系。

3.4.7.理解做功和热传递是改变物体内能的两种方式，并能在实例中识别。

5.8.科学思维：

1.6.9.通过类比（机械能与内能）、推理（从宏观现象到微观本质）等方法建构概念。

2.7.10.能运用“宏观表现-微观本质”的分析模型，解释做功改变内能的物理过程。

3.8.11.通过对比分析，归纳做功与热传递在能量转移/转化形式、发生条件上的异同。

9.12.科学探究：

1.10.13.能基于观察到的现象（如摩擦生热、压缩气体发热），提出可探究的物理问题。

2.11.14.能在教师引导下设计简单实验，观察并描述做功改变物体内能的现象，收集证据。

3.12.15.能尝试用微观分子动理论对实验现象进行解释，形成结论。

13.16.科学态度与责任：

1.14.17.通过了解内能在生活、生产（如热机、制冷技术）、生态环境中的广泛应用，体会物理学对技术进步的推动作用。

2.15.18.认识到能量转化与转移的普遍性，初步建立节约能源、高效利用能量的意识。

19.教学重难点：

1.20.教学重点：改变物体内能的两种方式；内能与温度、热量的区别。

2.21.教学难点：从微观角度理解做功如何改变物体的内能；热量概念的建立及其与内能变化的对应关系。

22.教学资源与准备：

1.23.演示实验器材：空气压缩引火仪、硝化棉；厚壁玻璃瓶（配橡胶塞、打气筒）、温度传感器及数据采集器；铁丝、砂纸；酒精灯、金属棒、凡士林、火柴棍。

2.24.分组实验器材（4-6人一组）：铜管（或厚壁玻璃管）、绳子、橡皮塞、少量乙醚；金属块（铁、铝）、砂纸；简易摩擦生热装置（如快速弯折铁丝）。

3.25.数字化教学工具：互动白板、仿真物理实验室软件（用于展示气体被压缩时分子运动加剧的微观动画）、实时反馈系统（如课堂应答器或平板电脑）。

4.26.教学课件：包含高清图片、动画、视频（如古代钻木取火、现代发动机工作原理、地热利用等）、概念辨析图表。

二、教学过程实施

2.1情境导入，激疑引思（预计用时：5分钟）

教师活动：

1.播放两段对比视频：

1.2.视频A：在寒冷的冬天，一位徒步者通过快速摩擦双手来取暖。

2.3.视频B：同一位徒步者，坐在篝火旁伸手取暖。

4.提出驱动性问题链：

1.5.“同学们，两种场景中，徒步者的手都从‘冷’变‘暖’了，这意味着他双手的内能如何变化？”

2.6.“那么，引起这种内能变化的原因相同吗？如果不同，区别在哪里？”

3.7.“我们能否用上一节课学到的分子动理论，来初步推测一下这两种‘取暖’方式背后，分子层面发生了什么？”

学生活动：

1.观看视频，回顾“内能增加表现为温度升高”的已有认知。

2.思考并尝试回答问题，可能会产生“都是变热了，应该一样”或“一个靠自己动，一个靠火烤，可能不一样”等不同观点。对微观解释感到好奇但表述困难。

设计意图：

从学生熟悉的生活场景切入，制造认知冲突（同是取暖，方式迥异），迅速聚焦本节课的核心问题——内能改变的途径。将问题锚定在微观层面，为后续从宏观现象深入微观本质的探究做好铺垫，激发学生强烈的求知欲。

2.2概念深化，辨析求真（预计用时：12分钟）

环节一：内能vs.机械能——“能量家族的内部对话”

教师活动：

1.呈现类比表格，引导学生分组讨论并填写：

比较项目

机械能

内能

研究对象

整个物体（宏观）

物体内所有分子（微观）

决定因素

质量、速度、高度、弹性形变

分子数量、种类、热运动剧烈程度、分子间作用力

存在条件

物体做机械运动或发生弹性形变时

一切物体，在任何情况下都具有

典型例子

飞行的子弹、高处的重锤

冰山的分子仍在振动，冰山具有内能

1.组织“概念擂台”：提出辩题——“静止在地面上的铅球，它的机械能为零，它的内能也为零吗？为什么？”

2.总结提升：强调内能的普遍性和绝对性（任何物体在任何温度下都具有内能），而机械能是相对的、有条件的。两者属于不同层次的能量形式。

学生活动：

1.小组合作，运用已有知识完成表格，在对比中深化对“内能是微观能量”的理解。

2.参与“概念擂台”，进行简短论证。正方（内能为零）可能依据“它不动，所以没能量”；反方（内能不为零）则会从“分子永不停息运动”进行反驳。在辩论中巩固认知。

设计意图：

通过结构化对比，帮助学生厘清内能与最熟悉的机械能之间的本质区别，打破“物体不动就没能量”的迷思，牢固确立内能作为物质基本属性的观念。

环节二：内能vs.温度vs.热量——“三角关系的厘清”

教师活动：

1.创设认知困境：

1.2.展示两杯水：一杯200g、50℃；一杯1000g、30℃。

2.3.提问：“哪杯水的内能更大？为什么？”“温度高的水内能一定大吗？”

4.引导科学推理：引导学生回忆内能定义（所有分子动能和势能的总和）。分析：内能大小取决于分子数量（质量）、分子种类（物质种类）、分子动能（温度）和分子势能（物态、体积）。因此，比较不同物体的内能必须全面考量。

5.引入“热量”概念：

1.6.情境：刚刚那杯200g、50℃的水，放在空气中慢慢冷却到30℃。

2.7.讲授：在这个过程中，水的内能减少了。我们把“在热传递过程中，物体内能改变多少的量度”称为热量。用符号Q表示，单位是焦耳（J）。

3.8.强调关键表述：“热量是过程量，对应内能的转移；不能说‘物体含有多少热量’，只能说‘吸收或放出了多少热量’。”

9.构建概念关系图（师生共同完成）：

温度(T)→反映→分子平均动能

↘

共同决定→物体的内能(U)

↗

质量/物态→影响→分子势能/数目

热传递过程→引起→内能变化(ΔU)→量度为→热量(Q)

学生活动：

1.陷入思考，意识到不能单凭温度判断内能大小。

2.跟随教师推理，理解内能是“状态量”，其大小由多种因素决定。

3.记录热量定义，重点理解其“过程量”特性，并与内能变化建立联系。

4.参与构建概念图，在系统中把握三个概念的联系与区别。

设计意图：

这是本节课概念教学的核心与难点。通过具体情境引发认知冲突，驱动学生进行深度思考。精确、严谨地引入“热量”概念，避免学生产生“热量是一种物质”的朴素错误观念。概念关系图的构建，将零散知识点系统化、结构化，促进有意义学习。

2.3实验探究，建构新知（预计用时：18分钟）

核心问题：我们如何改变物体的内能？

探究活动一：热传递——能量的“迁移”

教师活动：

1.演示实验：金属棒一端用酒精灯加热，另一端用凡士林粘上火柴棍，观察火柴棍掉落的顺序。

2.提问引导：“能量从哪里来，到哪里去？”“在这个过程中，有没有其他形式的能量产生？”

3.总结归纳：这种方式叫做热传递。条件是存在温度差。本质是内能从高温物体转移到低温物体，或者从物体的高温部分转移到低温部分。能量形式没有改变，是内能的转移。

学生活动：观察现象，描述能量转移路径（酒精灯化学能→内能→通过金属棒转移→火柴棍处内能增加），理解热传递的转移特性。

探究活动二：做功——能量的“转化”

教师活动：

1.分组实验A：克服摩擦做功

1.2.任务：用砂纸快速摩擦金属块，或快速弯折铁丝多次，用手触摸摩擦/弯折处。

2.3.要求：记录现象，并尝试从分子角度推测原因。

4.分组实验B：压缩气体做功

1.5.任务：使用简易装置（如带有橡皮塞的铜管，内滴少量乙醚，用绳子缠住迅速拉动），观察现象。（安全提示：乙醚易燃，量要极少，远离明火）

2.6.要求：观察并思考，机械功去了哪里？

7.演示实验C：空气压缩引火仪（震撼效果）

1.8.演示：将少量硝化棉放入引火仪，快速下压活塞。

2.9.现象：硝化棉燃烧。

3.10.微观动画辅助：播放仿真软件动画，展示活塞压缩空气时，空气分子运动速度急剧增大，温度升高，达到硝化棉燃点。

11.引导分析：

1.12.“在摩擦、压缩过程中，是谁对谁做功？”（外力对物体做功）

2.13.“做功的结果是什么？”（物体温度升高，内能增加）

3.14.“消耗了什么能？转化成了什么能？”（消耗机械能，转化为内能）

4.15.总结板书：对物体做功，物体的内能增加。

16.逆向思维：物体对外做功呢？

1.17.演示实验：在厚壁玻璃瓶内滴入少量酒精，用打气筒向瓶内打气，塞紧橡胶塞。突然打开塞子（瓶口不要对人），观察瓶口出现的“白雾”。

2.18.引导分析：瓶内气体膨胀推开塞子做功，自身内能减少，温度降低，使酒精蒸汽液化形成雾滴。

3.19.总结板书：物体对外做功，物体的内能减少。

学生活动：

1.动手实验，亲身感受“做功生热”，记录并交流现象。

2.观看震撼的引火实验，结合微观动画，建立“宏观压缩→微观分子运动加剧→温度升高”的逻辑链条。

3.观察“白雾”实验，理解内能减少也可以由做功引起。

4.归纳得出结论：做功可以改变物体的内能。

探究活动三：对比与整合——两种方式的对话

教师活动：

1.组织讨论：回到导入的视频。请学生分别用“热传递”和“做功”分析两种取暖方式。

2.引导学生完成对比表格：

改变内能的方式

热传递

做功

实质

内能的转移

其他形式能与内能的相互转化

发生条件

物体间（或同一物体不同部分）存在温度差

对物体做功或物体对外做功

能量变化量度

热量(Q)

功(W)

微观体现

分子间通过碰撞传递动能

宏观力作用导致分子无序运动加剧或减弱

联系

两种方式在改变物体内能上是等效的

学生活动：应用新知解决问题，完成表格，理解两种方式的本质区别与等效关系。

设计意图：

这是本节课的主体和重点。采用“教师演示-学生分组-数字化模拟”相结合的多元化探究策略。实验设计由简到难，从生活化实验到经典物理实验，逐步深入。特别注重微观解释的渗透，利用动画将不可见的分子运动可视化，破解难点。通过对比归纳，使学生对两种改变方式形成结构化、网络化的理解。

2.4迁移应用，拓展升华（预计用时：7分钟）

教师活动：

1.解释现象：

1.2.“为什么陨石进入大气层会燃烧形成流星？”（克服摩擦做功，机械能转化为内能）

2.3.“暖气片是如何让房间变暖的？”（热传递，内能转移）

3.4.“古代‘钻木取火’包含了哪些改变内能的方式？”（做功为主，也可能涉及热传递）

5.科技前沿链接：

1.6.简要介绍“热机”（如汽车发动机）：燃料燃烧（化学能→内能）→气体膨胀做功（内能→机械能）。重点指出做功改变内能是热机工作的核心原理之一。

2.7.介绍“制冷设备”（如冰箱）：通过压缩机做功，迫使制冷剂发生物态变化，从冰箱内部吸热，实现内能的转移。

8.跨学科视角：

1.9.生物学连接：人在寒冷时打哆嗦（肌肉收缩做功产热），晒太阳取暖（热传递）。

2.10.环境科学连接：讨论“热岛效应”中，城市建筑和路面吸收太阳能后通过热传递加热空气，以及空调等设备工作时向外界排放热量。

11.布置课后实践性作业（二选一）：

1.12.选项A（实验报告）：设计一个简单的小实验，证明“对物体做功，可以增加物体的内能”，并拍摄短视频记录过程、现象和你的讲解。

2.13.选项B（调研报告）：调研一种家用电器（如电饭煲、空调、电动车），分析其工作过程中，哪些环节涉及做功改变内能，哪些环节涉及热传递，绘制简单的能量流向图。

学生活动：运用新知解释复杂现象，感受物理与科技、生活的紧密联系。倾听跨学科实例，拓展视野。根据兴趣选择实践作业。

设计意图：将物理概念回归广阔的应用天地，体现其解释力和预测力。链接科技前沿，激发学生崇尚科学、探索未知的兴趣。跨学科联系培养学生综合思维。分层、开放的实践作业，兼顾不同兴趣和能力的学生，将学习从课堂延伸到课外，培养实践能力和创新意识。

2.5课堂小结，反思评价（预计用时：3分钟）

教师活动：

1.引导学生进行知识梳理：“请用一句话总结你今天最大的收获，或者还有哪个困惑？”

2.利用概念图进行系统回顾，强调知识网络。

3.进行简短的形成性评价：通过实时反馈系统，发布2-3道选择题，即时检测学生对核心概念（如内能改变方式判断、热量理解）的掌握情况。

学生活动：反思学习过程，凝练收获，提出疑问。参与课堂检测，进行自我评估。

设计意图：通过反思巩固所学，通过即时评价反馈教学效果，为后续教学提供依据。鼓励学生提出问题，培养批判性思维。

三、板书设计

主板书（左侧）：

第二节物体的内能（二）

一、概念辨析

1.内能(U)：所有分子动能和势能的总和。→状态量

2.热量(Q)：热传递过程中，内能改变的量度。→过程量

ΔU(吸热)=Q吸

ΔU(放热)=Q放

3.温度(T)：反映分子平均动能。

二、改变内能的方式

1.热传递

-条件：温度差

-实质：内能的转移

-量度：热量(Q)

2.做功

-对物体做功