資源簡(jiǎn)介

內(nèi)能
教學(xué)目標(biāo)
物理觀念：知道做功可以改變物體的內(nèi)能。
科學(xué)思維：對(duì)流星發(fā)光發(fā)熱的質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)觀點(diǎn)的質(zhì)疑和批判精神。
科學(xué)探究：通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生自己給自行車打氣的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生收集、思考和分析數(shù)據(jù)，
解釋現(xiàn)象等能力。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)生通過(guò)參與演示實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)熱愛(ài)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)尊重
事實(shí)、善于反思的科學(xué)精神。
教學(xué)重點(diǎn)：
1.改變內(nèi)能的途徑。
教學(xué)難點(diǎn)：
1. 解釋壓縮氣體做功和氣體對(duì)外做功的現(xiàn)象。
教學(xué)過(guò)程
【情境導(dǎo)入】
在開(kāi)始今天的學(xué)習(xí)之前，我們先觀賞一段美麗的流星雨。大家在觀賞流星雨的時(shí)候有沒(méi)有想過(guò)，流星為什么會(huì)發(fā)光發(fā)熱呢？
學(xué)生觀看流星雨的視頻，思考問(wèn)題。
（創(chuàng)設(shè)物理情境，以現(xiàn)象激發(fā)興趣，用問(wèn)題產(chǎn)生困惑，使學(xué)生對(duì)所觀看的視頻深入思考,體現(xiàn)從生活到物理的認(rèn)知過(guò)程。）
【摩擦生熱】
同學(xué)們能想到“摩擦生熱”，認(rèn)為流星的光是由于隕石進(jìn)入大氣層和大氣層的空氣摩擦生熱而引起的。摩擦真的可以生熱嗎？同學(xué)們能想到支持你觀點(diǎn)的事例嗎？
相信同學(xué)們可以例舉出很多的例子，寒冷的冬天可以搓一搓手取暖，現(xiàn)在同學(xué)們可以搓手試試看，摩擦可以把火柴點(diǎn)著了，古時(shí)人們利用摩擦生熱的方法鉆木取火，工業(yè)上還可以里利用摩擦生熱進(jìn)行焊接。同學(xué)們還可以拿一些金屬物品在粗糙的地面或墻面上摩擦，摩擦一會(huì)后摸一摸尺子摩擦過(guò)的部分，你感覺(jué)它發(fā)熱了嗎？生活經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)感受都證明了摩擦確實(shí)可以生熱，使物體溫度升高。大家可以分析一下摩擦生熱過(guò)程中的能量的轉(zhuǎn)化情況嗎？摩擦把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，通過(guò)做功，使物體溫度升高，內(nèi)能增大。
學(xué)生列舉事例，體驗(yàn)?zāi)Σ辽鸁岬膶?shí)驗(yàn)過(guò)程。
(設(shè)計(jì)意圖：現(xiàn)象學(xué)生有生活經(jīng)驗(yàn)，能產(chǎn)生共鳴。拋出矛盾，使學(xué)生有認(rèn)知欲望。)
【批判質(zhì)疑】提出不同觀點(diǎn)
可在《 科普中國(guó)》上有人提出這樣的觀點(diǎn)：“很多人可能以為，流星的光是由于隕石進(jìn)入大氣層和大氣層的空氣摩擦生熱而引起的，其實(shí)這樣說(shuō)在很大程度上是不對(duì)的。事實(shí)上，隕石在進(jìn)入大氣層后所產(chǎn)生的熱量大部分都是由于空氣的壓縮而產(chǎn)生的，摩擦空氣產(chǎn)生的熱量只是很小的一部分。”
學(xué)生思考觀點(diǎn)正確與否。
（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力。）
【科學(xué)論證】壓縮氣體做功
同學(xué)們，你們認(rèn)可他的觀點(diǎn)嗎？壓縮空氣也會(huì)使空氣變熱，溫度升高嗎？事實(shí)勝于雄辯，我們來(lái)做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)配有活塞的厚玻璃筒內(nèi)里放一團(tuán)硝化棉，把活塞迅速壓下去，觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象。請(qǐng)同學(xué)們觀看實(shí)驗(yàn)，哇，硝化棉被點(diǎn)燃了。你知道這是為什么嗎？
請(qǐng)大家和我一起分析現(xiàn)象背后的原因吧，硝化棉燃燒說(shuō)明桶內(nèi)氣體的溫度升高了，達(dá)到了硝化棉的燃點(diǎn)，桶內(nèi)氣體溫度升高，它的內(nèi)能是如何變化的呢？通過(guò)上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道物體溫度升高內(nèi)能增大，可見(jiàn)桶內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了，是通過(guò)什么方式增加的呢？就是通過(guò)壓縮做功的方式，將活塞的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能。通過(guò)這一系列的分析，就能解釋硝化棉為什么會(huì)燃燒了。在用外力快速下壓活塞時(shí)，活塞對(duì)桶內(nèi)氣體做功，將活塞的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，筒內(nèi)氣體內(nèi)能增大，溫度升高，達(dá)到硝化棉的燃點(diǎn)，硝化棉就燃燒了。
學(xué)生參與演示實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。
（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)，引起學(xué)生思考，通過(guò)讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考、討論得出結(jié)論，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。）
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】定量測(cè)量
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中是通過(guò)硝化棉燃燒判氣體斷溫度升高，我們也可以用溫度計(jì)直接測(cè)量被壓縮氣體溫度。同學(xué)們請(qǐng)看老師做的這個(gè)實(shí)驗(yàn)。將數(shù)顯溫度計(jì)的探頭放入注射器內(nèi)，做好密封，推動(dòng)活塞壓縮空氣，看到溫度計(jì)的示數(shù)在不斷的上升，氣體溫度升高，內(nèi)能增大。同學(xué)們還能發(fā)現(xiàn)，氣體被壓縮的越小，對(duì)氣體做的功越多，氣體溫度就越高，內(nèi)能增加的就越多。用注射器做實(shí)驗(yàn)，取材容易、操作簡(jiǎn)單，同學(xué)們都可以做一做。從這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，都可以發(fā)現(xiàn)，壓縮氣體做功，可以改變氣體的內(nèi)能。
摩擦做功可以使物體內(nèi)能增大，溫度升高，壓縮氣體做功也可以使氣體內(nèi)能增大，溫度升高，究竟哪個(gè)是流星發(fā)光發(fā)熱的主要因素呢？
學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，體會(huì)改進(jìn)之后定量測(cè)量的準(zhǔn)確性。
（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的態(tài)度，和分析歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。）
【體驗(yàn)探究】
同學(xué)們用家里的打氣筒就能探究。打氣筒在打氣過(guò)程中，既有活塞和筒壁的摩擦做功，又有活塞壓縮氣體做功。用打氣筒給自行車或籃球打氣，打氣前請(qǐng)摸一摸打氣筒外壁的上下部分，感受一下兩部分的溫度。打氣時(shí)，再摸一摸，感受一下筒壁溫度是如何變化的？在打氣過(guò)程中筒壁各部分的溫度一樣嗎？如果不一樣，哪里更熱？為什么呢？帶著問(wèn)題和思考去打打氣吧。
同學(xué)們，你有什么發(fā)現(xiàn)呢？老師和你做了同樣的探究，打氣前用紅外熱像儀給打氣筒測(cè)了溫度，不同顏色代表不同的溫度。同學(xué)們請(qǐng)看，打氣前上下兩部分都是藍(lán)色，10.4攝氏度，溫度一樣。打氣后，又用熱像儀給筒壁測(cè)了溫度，大家看到，中間部分已經(jīng)由10.4攝氏度升高到11.1攝氏度。如果摩擦生熱是主要原因，筒壁上下兩部分的溫度應(yīng)該接近才對(duì)。事實(shí)上，下部的溫度明顯高于上部溫度，已經(jīng)變成了黃色，升高到21.4攝氏度了。這是因?yàn)榇驓獾倪^(guò)程就是活塞壓縮氣體做功的過(guò)程，將活塞的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，筒內(nèi)氣體內(nèi)能增大、溫度升高，筒內(nèi)被壓縮的高溫氣體向低溫的筒壁傳熱，從而導(dǎo)致筒壁的下部明顯發(fā)熱。通過(guò)分析可以知道，筒壁發(fā)熱的主要原因是壓縮氣體產(chǎn)生的熱量，摩擦生熱是次要的。
學(xué)生分組進(jìn)行小組合作探究，尋找真相。
（設(shè)計(jì)意圖：采用學(xué)生熟悉的打氣筒，以小組交流合作的方式探究打氣筒發(fā)熱的主要原因，培養(yǎng)學(xué)生的合作互助能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。讓學(xué)生在打氣過(guò)程，主動(dòng)得出結(jié)論，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，既有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，又培養(yǎng)了學(xué)生觀察和分析問(wèn)題的能力。）
【解釋現(xiàn)象】
流星發(fā)光發(fā)熱的原因與打氣筒有一些類似，當(dāng)隕石進(jìn)入大氣層時(shí)，速度是非常快的（通常是幾十千米每秒），這時(shí)隕石前部的空氣無(wú)法快速地被"擠到"隕石周圍，因此會(huì)被迅速壓縮。對(duì)氣體壓縮所做的功會(huì)轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，使得隕石前面的空氣溫度迅速升高至幾千攝氏度，然后點(diǎn)燃了隕石，從而使隕石發(fā)光變成了我們可以看見(jiàn)的流星。
而返回艙在返回大氣層時(shí)像火球一樣，原理和流星是相近的。當(dāng)然在返回艙進(jìn)入大氣層后會(huì)和大氣層產(chǎn)生摩擦，也會(huì)產(chǎn)生一部分熱量，但是這部分熱量和壓縮空氣所產(chǎn)生的熱量相比是微不足道的。幾千攝氏度的高溫，隕石燃燒殆盡，而返回艙卻能成功安全的著陸到地面。這是航天人30年不斷努力，不斷研發(fā)才做到的。
學(xué)生聆聽(tīng)流星發(fā)光發(fā)熱的原因。
（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是，不迷信權(quán)威，尋求真理的科學(xué)精神。）
【逆向思考】
外界可以壓縮氣體對(duì)氣體做功，反過(guò)來(lái)逆向思考，氣體可以對(duì)外做功嗎？請(qǐng)同學(xué)們來(lái)觀察這個(gè)實(shí)驗(yàn)。在燒瓶?jī)?nèi)裝入少量的水，塞緊瓶塞，向瓶?jī)?nèi)打氣，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察瓶塞和瓶?jī)?nèi)有什么變化？同學(xué)們，你們看到了什么現(xiàn)象？哦，看到瓶塞跳起，同時(shí)瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)“白氣”。
這是為什么呢？請(qǐng)大家和我一起來(lái)尋找原因吧。瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)的白氣是什么呢？白氣就是液態(tài)小水滴，液態(tài)小水滴從何而來(lái)呢？是瓶?jī)?nèi)水蒸氣液化而來(lái)，水蒸氣液化是吸熱還是放熱呢？回想物態(tài)變化的內(nèi)容，水蒸氣液化是放熱過(guò)程，由此可知，瓶?jī)?nèi)的溫度降低了，瓶?jī)?nèi)氣體的溫度降低說(shuō)明氣體的內(nèi)能減小，少了的氣體內(nèi)能去哪兒了呢？去推動(dòng)瓶塞做功了，瓶?jī)?nèi)氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為瓶塞的機(jī)械能，這樣瓶塞就跳起來(lái)了。現(xiàn)在就讓我們完整的解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吧，向瓶?jī)?nèi)打氣，瓶?jī)?nèi)氣體推動(dòng)活塞做功，將氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為瓶塞的機(jī)械能，瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能減小，溫度降低，水蒸氣液化為小水滴，從而瓶塞跳起，瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)了白氣。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中就是氣體膨脹對(duì)外做功的方式，改變了氣體的內(nèi)能，從而使氣體內(nèi)能減少。
學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，分析現(xiàn)象背后的原因，進(jìn)行完成的現(xiàn)象解釋。
（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范表述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力。）
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】猜想、論證、解釋
同樣，我們也可以用溫度計(jì)直觀的顯示出來(lái)瓶?jī)?nèi)的溫度的變化。
請(qǐng)看，注射器內(nèi)被壓縮氣體可以活塞推出，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小，溫度降低。4.3秒由21.2攝氏度降到了20.8攝氏度，可在這個(gè)過(guò)程中筒內(nèi)熱的氣體也在通過(guò)熱傳遞向外放熱使氣體溫度降低，到底哪個(gè)使主要因素呢？通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比看看，如果不對(duì)外做功，只是熱傳遞，觀察溫度計(jì)的變化。38秒才由21.2攝氏度降到了20.9攝氏度。數(shù)據(jù)是最有說(shuō)服力的，氣體對(duì)外做功才是這個(gè)實(shí)驗(yàn)中溫度降低的主要原因。這連個(gè)實(shí)驗(yàn)都證明的氣體也能對(duì)外做功。
學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)從數(shù)據(jù)中分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的分析概括能力和信息處理能力。）
【學(xué)以致用】定量測(cè)量
氣體對(duì)外做功有很多方面的應(yīng)用，比如汽車前進(jìn)，火箭升空，正是用到了氣體對(duì)外做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的原理，這就是真正的“學(xué)以致用”。當(dāng)然火箭發(fā)射是一項(xiàng)浩大、復(fù)雜的工程，其內(nèi)蘊(yùn)含的道理不僅僅是“氣體對(duì)外做功。”，還有更多的知識(shí)值得我們繼續(xù)了解和學(xué)習(xí)。
（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生產(chǎn)生直觀認(rèn)識(shí)，將科技與物理知識(shí)緊密聯(lián)系，體現(xiàn)物理的實(shí)踐性。）
【課堂小結(jié)】梳理思路
同學(xué)們，今天我們從質(zhì)疑流星發(fā)光發(fā)熱主要是摩擦生熱還是壓縮氣體做功生熱，引發(fā)思考，為尋求真理，結(jié)合生活體驗(yàn)證明了摩擦生熱，通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證了壓縮氣體做功也能生熱，在給自行車打氣的探究中尋找到了真相，壓縮氣體做功才是主要因素，摩擦生熱是次要的。利用逆向思考猜想氣體也能對(duì)外做功，并進(jìn)行了驗(yàn)證和解釋，同時(shí)了解到火箭發(fā)射也用到了氣體對(duì)外做功的原理。在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)物理學(xué)習(xí)若沒(méi)有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)器材，我們還可以利用生活中的物品，進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。流星美轉(zhuǎn)瞬即逝，火箭發(fā)射時(shí)的亮光才經(jīng)久不衰，而燒的像火球一樣的返回艙能安全著陸，更是我們綜合國(guó)力的象征。
學(xué)生隨著教師的設(shè)計(jì)思路，一起進(jìn)行內(nèi)容小結(jié)。
（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納的能力。梳理知識(shí)形成完成的知識(shí)體系，同時(shí)也可以幫助學(xué)生記憶。）
【作業(yè)布置】鞏固提升
今天的基礎(chǔ)性作業(yè)是完成作業(yè)練習(xí)中的相關(guān)內(nèi)容。實(shí)踐性作業(yè)是查閱資料，學(xué)做水火箭，用生活中的物品就可以做成，說(shuō)說(shuō)它是如何升空的？
（設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生親自動(dòng)手制作水火箭并展示，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，體驗(yàn)成功喜悅，增強(qiáng)學(xué)習(xí)積極性。）

展開(kāi)更多......

收起↑