初中九年级科学《改变物体内能的途径》教学设计

初中九年级科学《改变物体内能的途径》教学设计

一、教材与学情分析

（一）【基础】教材地位与内容分析

本课“改变物体内能的途径”是华东师大版九年级上册第四章“内能”的核心内容，也是初中科学中力学与热学知识的重要衔接点。在此之前，学生已经学习了分子动理论、内能的概念，这为本节课探究内能改变的宏观途径奠定了微观基础。本节课内容上承内能的概念，下启热量、比热容以及热机的工作原理，在整个热学知识体系中起着承上启下的关键作用。教材通过生活实例和实验探究，引导学生归纳出改变物体内能的两种途径——做功和热传递，并深入理解这两种途径的本质区别与等效性。本节内容不仅是物理学的核心知识，更是培养学生科学思维、实验探究能力及能量观念的重要载体。

（二）【基础】学情分析

授课对象为九年级学生。认知层面，学生已具备初步的分子动理论知识和能量转化的基本观念，但对于“内能”这一抽象概念的理解尚处于浅层。生活经验层面，学生对于“摩擦生热”“晒太阳取暖”“热水袋暖手”等现象司空见惯，但缺乏将这些现象上升到科学原理层面的系统认识。思维特征层面，九年级学生正处于从形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期，具备一定的观察、分析和归纳能力，但严谨的因果推理和实验设计能力仍需加强。因此，本节课的教学设计需从学生熟悉的感性经验入手，通过精心设计的实验和层层递进的问题链，引导他们经历“现象—问题—探究—结论—应用”的科学探究过程，实现知识的自主建构和思维的深度发展。同时，学生对于能量转化与守恒定律已有初步接触，这为本节课理解做功改变内能的本质提供了认知锚点。

二、教学目标与核心素养

基于课程标准与核心素养要求，确立本节课的教学目标如下：

1.【基础】科学观念：理解改变物体内能有两种途径：做功和热传递。知道内能改变的量度：热传递中传递的多少用热量来量度，做功的多少用功来量度。理解做功和热传递在改变物体内能上是等效的。

2.【重要】科学思维：通过观察、分析实验现象，运用归纳、演绎等方法，建立“改变内能途径”的物理模型。能够用能量转化与守恒的观点分析具体问题，培养批判性思维和模型建构能力。

3.【非常重要】科学探究：经历探究“压缩空气做功”、“气体对外做功”等实验过程，学会控制变量法和转换法（如通过温度计示数变化反映内能变化），能设计简单的实验方案，并基于证据得出结论。

4.【重要】科学态度与责任：通过了解“永动机”失败史及热机发展对人类文明的影响，树立正确的科学观和技术观；通过分析生活中内能改变的应用（如发动机冷却、保温瓶原理等），增强将科学知识服务于社会的意识和责任感。同时，养成严谨求实、合作交流的科学态度。

三、【核心概念】教学重难点

1.【非常重要/高频考点】教学重点：理解并归纳改变物体内能的两种途径——做功和热传递。能够识别生活中具体实例是通过哪种途径改变内能的。

2.【难点】教学难点：理解“做功”改变物体内能的微观本质（机械能与内能之间的转化）。能够区分物体对外做功与外界对物体做功时，物体本身内能的变化情况（增加或减少）。

四、教学准备

1.实验器材（分组实验与演示实验结合）：

1.2.演示实验：压缩空气引火仪、乙醚、一小段棉线、带有橡胶塞的试管（内装少量水）、酒精灯、铁架台、细铁丝、砂纸、多媒体教学系统。

2.3.分组实验：温度计、烧杯（两个，分别装有冷水和热水）、粗铁丝、手帕、打气筒（检查气密性良好）。

4.教学课件：整合实验操作视频、微观模拟动画（分子运动与内能变化）、生活实例图片、课堂练习题等。

五、【核心环节】教学实施过程

本设计采用“情境导入—探究建构—深化辨析—拓展应用—总结反馈”的五环教学模式，将科学探究和思维发展贯穿始终。

（一）创设情境，激活思维（约5分钟）

1.【基础】体验活动：请学生进行两组对比体验。第一组：将双手合拢，快速反复摩擦数十下，感受手心的温度变化。第二组：将一只手伸入盛有冷水的烧杯中，另一只手伸入盛有热水的烧杯中，感受两只手的不同。

2.问题引导：教师提问：“在刚才的活动中，你们感觉到手的温度发生了什么变化？是什么原因导致了这种变化？”学生初步回答：“摩擦生热，手变热了。”“放在热水里的手变热了，放在冷水里的手变凉了。”

3.引出课题：教师进一步追问：“手的内能是否发生了改变？除了我们今天体验到的，还有哪些方法可以改变物体的内能？”由此自然导入本节课的主题——改变物体内能的途径。

（二）【非常重要】实验探究，建构知识（约20分钟）

本环节分为两个部分，分别探究做功和热传递两种途径。

1.探究一：热传递——改变内能的途径之一

1.2.【基础】实验观察：学生分组实验。将一支温度计的玻璃泡分别浸入盛有冷水和热水的烧杯中，观察温度计示数的变化。

2.3.现象分析：学生描述现象——温度计浸入热水中，液柱上升（示数变大）；浸入冷水中，液柱下降（示数变小）。

3.4.思维建模：教师引导学生分析：温度计玻璃泡内的水银（或煤油）温度升高，表明其内部分子运动加剧，内能增加；温度降低，表明内能减少。这种内能的变化是从温度高的物体（热水）转移到温度低的物体（温度计）上，或者是反过来。这个过程称为热传递。

4.5.归纳定义：师生共同归纳出热传递的定义——当物体或物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递，高温物体放出热量，内能减少；低温物体吸收热量，内能增加。热传递的三种方式：传导、对流、辐射。

5.6.【高频考点】核心概念生成：在热传递过程中，物体内能改变的多少用热量来量度。物体吸收了多少热量，内能就增加多少；放出了多少热量，内能就减少多少。

7.探究二：做功——改变内能的途径之二

此环节为教学难点，采用演示实验结合微观模拟动画突破。

1.8.实验一：外界对物体做功，物体内能增加。

1.2.9.【非常重要】演示“压缩空气引火”实验。教师操作：在压缩空气引火仪的玻璃筒内放入一小撮干燥的硝化棉（或蘸有乙醚的棉线），迅速压下活塞。引导学生仔细观察发生的现象。

2.3.10.现象描述：学生观察到活塞被迅速压下时，筒内的棉花燃烧起来。

3.4.11.问题驱动：教师抛出核心问题：“棉花燃烧需要达到燃点，这个温度是如何获得的？能量从何而来？又是如何转化的？”

4.5.12.小组讨论与解释：学生基于已有知识讨论。教师引导分析：活塞压缩筒内空气，对空气做了功。空气的内能增加，温度升高，当温度达到棉花的着火点时，棉花便燃烧起来。这个过程是机械能（活塞的动能）转化为空气的内能。

5.6.13.【难点】深化理解：教师播放微观模拟动画，展示活塞压缩气体时，气体分子运动加剧，分子动能增大，从而温度升高，内能增加。

7.14.实验二：物体对外做功，物体内能减少。

1.8.15.【非常重要】演示“气体对外做功”实验。在试管内装入少量水，用带有长导管的橡胶塞塞紧管口。用酒精灯加热试管底部至水沸腾，当观察到大量水蒸气产生时，拿走酒精灯，并将试管口通过导管对准一张轻薄的纸片或风向仪。引导学生预测：当水蒸气冲开橡胶塞的瞬间，会发生什么现象？

2.9.16.现象描述：学生观察到橡胶塞被冲出，同时导管口附近出现“白雾”（水蒸气液化形成的小水珠），风向仪或纸片被吹动。

3.10.17.问题驱动：教师提问：“橡胶塞被冲出，是谁对它做了功？在这个过程中，水蒸气的内能发生了什么变化？‘白雾’的出现说明了什么？”

4.11.18.小组讨论与解释：学生分析得出：高温高压的水蒸气对橡胶塞做功，将自身的一部分内能转化为橡胶塞的机械能（动能）。水蒸气的内能减少，温度降低，导致一部分水蒸气液化成小水滴，形成“白雾”。

5.12.19.【难点】深化理解：教师再次播放微观模拟动画，展示气体膨胀对外做功时，气体分子运动速度减慢，平均动能减小，温度降低，内能减少。

13.20.【高频考点】核心概念生成：综合两个实验，师生共同归纳：做功也可以改变物体的内能。外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少。在改变物体内能上，功是内能改变的量度。

（三）【重要】深化辨析，建构模型（约8分钟）

1.对比分析：教师引导学生将刚才探究的两种途径进行对比，完成思维上的整合。

1.2.能量转移/转化角度：热传递的实质是内能的转移（从高温物体转移到低温物体），能的形式没有发生变化；做功的实质是内能与其他形式的能（主要是机械能）之间的相互转化。

2.3.条件角度：热传递的发生需要存在温度差；而做功改变内能则通过机械作用实现。

3.4.【核心概念】等效性：教师指出，尽管两者本质不同，但在改变物体内能的效果上却是等效的。例如，要使一根铁丝的温度升高，我们可以将它放在火上烤（热传递），也可以用锤子不断敲打它（做功）。这种等效性是建立能量守恒定律的重要基础。

5.模型建构：引导学生用“能量观”构建模型。将物体的内能比作一个“能量仓库”。热传递就好比是从其他“能量仓库”直接往这个仓库里“存入”或“提取”内能。做功则好比是通过“搬运工”（机械力）将其他形式的能（如机械能）“转化”为内能存入仓库，或者将仓库里的内能“转化”为其他形式的能搬运出去。

（四）学以致用，联系生活（约7分钟）

1.【热点】生活实例辨析：呈现一系列生活中改变内能的图片或短视频，让学生辨析各是通过哪种途径改变内能的，并简要说明理由。

1.2.实例1：寒冷的冬天，人们搓手取暖。（做功，机械能转化为内能）

2.3.实例2：用暖水袋捂手。（热传递，内能的转移）

3.4.实例3：给自行车轮胎打气，气筒壁会发热。（做功，压缩空气做功和克服摩擦做功）

4.5.实例4：从滑梯上滑下，臀部感觉发烫。（做功，机械能转化为内能）

5.6.实例5：刚出锅的饺子，放到嘴里觉得很烫。（热传递，内能转移）

6.7.实例6：陨石坠入大气层，成为流星而燃烧。（做功，克服空气摩擦做功）

8.【拓展】科技与社会：介绍热机（如内燃机）的工作原理，正是利用做功过程中内能转化为机械能，为人类提供动力，推动了工业革命。同时，引导学生思考如何利用所学知识解决实际问题，如：如何给工作中的电脑CPU降温？（热传递，用风扇和散热片加速热量散失）。

9.【重要】思维挑战：辨析“温度高的物体内能大”“物体温度升高，一定吸收了热量”等说法的正误，强化对概念本质的理解，特别是要让学生明确温度升高，内能增加，可能是通过热传递，也可能是通过做功。

（五）课堂小结与作业布置（约5分钟）

1.知识小结：引导学生从知识、方法、观念三个层面进行课堂小结。

1.2.知识层面：改变物体内能的两条途径——做功和热传递；内能改变的量度——功和热量；两种途径的本质区别与等效性。

2.3.方法层面：科学探究的一般过程（观察—提问—假设—实验—结论）；转换法（通过温度变化反映内能变化）；控制变量法。

3.4.观念层面：能量守恒与转化的初步观念；科学服务于生活的意识。

5.【基础】当堂检测：设计1-2道简短的填空题或选择题，即时反馈学生对核心概念的掌握情况。例如：“如图所示，在厚玻璃瓶内装入少量水，然后向密闭的瓶内打气。当瓶塞跳起来时，瓶内会出现白雾。这是因为瓶内空气推动瓶塞______，内能______，温度降低，使水蒸气______成小水珠。”

6.分层作业设计：

1.7.【基础】必做题：完成配套作业中“改变物体内能的途径”的基础训练题，巩固核心概念。

2.8.【拓展】选做题：设计一个家庭小实验，利用生活中的物品（如钢丝、橡皮筋、水杯等）证明做功可以改变物体的内能，并简述实验步骤和原理。

3.9.【探究】研究性学习作业：查阅资料，撰写一篇关于“热机发展史及其对人类社会影响”的200字左右的小短文，尝试用能量转化的观点进行解释。

六、【高频考点】板书设计

采用概念图式板书，清晰呈现知识结构。

改变物体内能的途径

一、热传递

1.条件：温度差

2.方向：高温→低温

3.实质：内能的转移

4.量度：热量（Q）

二、做功

5.方式：

（1）外界对物体做功：物体内能增加（如压缩气体）

（2）物体对外做功：物体内能减少（如气体膨胀）

6.实质：内能与机械能（或其他形式能）的相互转化

7.量度：功（W）

三、两种途径的比较

8.本质区别：热传递是内能转移；做功是能的转化。

9.【核心】等效性：在改变物体内能的效果上，做功和热传递是等效的。

四、生活应用

摩擦生热、散热系统、热机原理……

七、教学反思（预设）

本节课的设计力求将科学知识的传授与科学方法的训练、科学观念的培养融为一体。通过丰富的实验和贴近生活的实例，充分调动学生的多种感官，引导他们主动探究、合作交流，从而深刻理解“改变物体内能的途径”这一核心概念。在突破“做功改变内能”这一难点时，采用演示实验与微观动画相结合的方式，化抽象为具体，效果应较为理想。但在实际教学中，需注意以下几点：一是压缩空气引火实验的成功率，需保证活塞的快速压缩和硝化棉的干燥；二是学生对“功”和“热量”作为过程量的理解可能存在困难，需在后续学习中不断强化；三是引导学生辨析生活实例时，要关注那些两种途径并存的情况（如打气筒筒壁发热，既有活塞压缩