2 内能和热量 （表格式教学设计）物理教科版2024 九年级上册

该初中物理教学设计聚焦内能概念、改变内能的两种方式（做功与热传递）及热量、热值计算，通过“夏天花香传播”“红墨水冷热水扩散”实验导入，衔接分子动理论，类比宏观动能势能构建内能概念，形成微观到宏观的认知支架。 以实验探究（红墨水扩散用控制变量法、空气压缩仪硝化棉燃烧）培养科学探究能力，例题辨析温度、内能、热量强化科学思维，结合煮饺子、篝火取暖等生活实例深化物理观念，热值教学联系能源利用渗透科学态度与责任。助力学生概念理解与应用，为教师提供结构化教学流程与分层练习设计。

1.2 内能和热量（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 1.2 内能和热量 教学 目标 物理观念 了解内能是分子动能和势能的总和，理解热量是热传递中内能改变的量度，并明确做功和热传递是改变内能的两种方式，认识热值，掌握燃烧热量的计算方法。 科学思维 运用类比和控制变量等思维方法，辨析温度、内能与热量的区别与联系。 科学探究 通过设计实验探究影响内能变化的因素，体会控制变量法在科学探究中的应用。 科学态度 与责任 通过用原理解释生活现象并讨论能源利用，培养严谨的科学态度和节能环保的责任感。 教材 分析 本节是九年级物理热学部分的承上启下章节，从微观粒子运动深化到宏观能量概念，为后续比热容、热机效率等知识奠定能量分析基础。 教材通过"摩擦生热""阳光照射"等生活现象引入内能概念，体现"从生活走向物理"的理念，引导学生从能量角度重新认识热现象。 内容主要围绕内能概念的三大核心展开系统建构： 一是内能的定义（所有分子热运动的动能与分子势能的总和），二是改变内能的两种方式（做功和热传递），三是热量概念（热传递过程中内能转移的量度）。并明确热值的定义，掌握燃料燃烧时热量的计算方法。在教学过程中，需要重点把握"生活现象→能量概念→改变方式→定量度量"的认知逻辑，其中内能与机械能的区分、改变内能两种方式的本质区别（能量转化与能量转移）以及温度、内能、热量三个概念的辨析既是教学重点也是难点。 学情分析 1. 知识储备分析：学生已系统学习分子动理论，明确物质由分子组成、分子在永不停息地做无规则运动，这为理解"内能是分子动能与势能的总和"奠定了必要基础。但学生容易将宏观机械能与微观内能的概念混淆，需要通过具体案例进行对比辨析。 2. 思维能力分析：学生具备初步的实验观察和现象归纳能力，能够进行简单的推理分析。但对于内能这一抽象的微观集合概念，以及热量作为过程量的理解存在困难，需要借助模拟动画和生活类比等直观化手段辅助理解。。 3. 学生对解释"摩擦生热"等生活现象充满兴趣，实验探究能有效激发学习动机。但部分学生可能因概念抽象而产生畏难情绪，需要设计分层练习和生活化案例来化解认知难点，保持学习热情。 教学重点 1. 内能的概念及影响因素；2. 改变内能的方法；3.燃烧热量的计算。 教学难点 “温度”、“内能”、“热量”的区分；内能的大小比较。 教学 器材 烧杯2个、水、硝化棉、空气压缩仪、打气筒、多媒体课件等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【提出问题】 （1）我们知道分子在永不停息地做无规则运动，那么分子的运动与什么因素有关? （2）宏观物体由于运动和相互作用从而具有动能和势能，那么组成物体的分子也在运动并且具有相互作用力，分子间是否也会具有动能和势能?这种能量具有什么特点，它的大小又和哪些因素有关？ 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、温度与热运动 1. 分子热运动 【提出问题】夏天校园里的花香似乎比冬天传播得更远、更浓郁，这是什么原因？ 【演示实验】在两个烧杯中装入等质量的冷水、热水，用滴管向水中滴入两滴红墨水，观察现象 【实验现象】静置一段时间后，热水先全部变红。 【实验结论】分子运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，扩散越快，构成物体的大量分子做无规则运动越剧烈。 分子热运动：温度反映了分子运动的剧烈程度，我们把分子的无规则运动叫作分子热运动。 【例题1】【提出问题】分子运动的快慢和温度有无关系? 【猜想与假设】 猜想1：分子运动的快慢与温度无关； 猜想2：分子运动的快慢与温度有关，且温度越高分子运动越快。 【进行实验】为了验证猜想，茗茗进行了如下实验：如图所示，取两只相同的烧杯，在其中倒入质量相同的冷水和热水，各滴入一小滴红墨水，观察两杯水的颜色变化的快慢。 【实验分析】 (1)实验中观察到的现象是热水杯中的颜色变化得快，得到的结果是 （选填“猜想1”或“猜想2”）正确，水杯中颜色的变化是红墨水在水中 的结果。 (2)实验过程中，选用两只相同的烧杯，倒入质量相同的冷水和热水，各滴入一小滴红墨水，这种研究问题的方法是 。 (3)实验过程中， （选填“能”或“不能”）用玻璃棒搅动杯中的水，原因是 。 【拓展】墨墨提出猜想：分子运动的快慢还可能与物质的种类有关。 (4)为了验证猜想是否正确，墨墨将上述实验改成研究分子运动的快慢与物质的种类是否有关的实验。具体方法： ①取两只相同的烧杯，在其中倒入质量相同、 相同的水和酒精，各滴入一滴红墨水。 ② 。 【答案】(1) 猜想2 扩散 (2)控制变量法 (3) 不能 即使分子不运动，用玻璃棒搅动，也可使水的颜色发生变化，不能说明水颜色的变化是由于分子无规则运动所引起的 (4) 温度 观察两杯液体中颜色变化的快慢 演示实验，引出分子热运动的概念，了解温度对分子运动的影响。 做例题1并进行交流，熟悉分子热运动的相关概念 学习新课 二、物体的内能 1. 分子具有动能和势能 （1）分子动能 【提出问题】运动中的宏观物体（如运动的汽车，踢出的足球等）具有动能；物体内部的分子也在进行热运动，分子是否也具有动能? 【结论】物体内部的分子在做热运动，我们将分子运动所具有的能量叫作分子动能，温度越高，分子运动得越剧烈，速度越快，分子动能也就越大。 （2）分子势能 【提出问题】压缩的弹簧各部分相互排斥，拉伸的弹簧各部分相互吸引，具有弹性势能，组成物体的分子间也存在相互的引力和斥力，分子间是否也具有势能。 【结论】分子间存在势能，我们将这种势能叫作分子势能。 2. 内能 （1）内能的定义：物体内部所有分子热运动的分子动能和分子势能的总和，叫作物体的内能。 （2）内能的单位：能量的单位都是焦耳，简称焦，符号J 。 （3）一切物体都有内能：因为分子会永不停息地做无规则运动，物体一定具有分子动能，任何物体在任何情况下都有内能，内能不可能为0。 3. 内能的影响因素 【提问】内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，那么物体内能的大小和哪些因素有关呢? 【分析归纳】 （1）内能大小和温度的关系：温度反映了物体内部分子运动的剧烈程度，对同一个物体而言，温度越高，分子运动越快，分子动能越大，内能越大。反之，温度越低，分子运动越慢，分子动能越小，内能也就越小。 （2）内能大小和质量的关系：内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，而物体的质量越大，就意味着组成物质的分子的数量越多，分子动能与分子势能的总和也就越大。所以，当物体的温度和状态相同时，质量越大的物体，内能也越大。 （3）内能大小和状态（体积）的关系：0℃的冰熔化成0℃的水时，水的温度和质量不变，分子间的距离改变，造成物体的体积改变，分子间作用力做功，从外界吸收热量，分子势能增大。所以，物体的内能与物体的状态（体积）有关，但固体和液体的体积变化不明显，一般通过物体的状态判断内能，固态时内能最小，气态时内能最大。 【结论】物体的内能与温度、质量、状态等因素有关。比较内能时，需要同时分析物体的温度质量和状态，存在单一变量时，可直接判断内能的大小，多个变量时，看它们对内能的影响，若趋势相同，可比较内能，否则无法判断。 【例题2】0℃的冰熔化成0℃的水，要吸收热量，这说明质量相等的0℃的冰与0℃的水相比，冰的内能比水的 ；一定质量的物体的内能，从微观角度看，取决于分子的 和动能，从宏观角度看，取决于物体的 和温度。 【答案】 小 势能 状态 4. 内能和机械能的区别 （1）本质属性不同：内能对应微观粒子热运动及相互作用力，由分子动能与分子势能共同组成；机械能对应宏观的物体机械运动，由动能与势能组成。 （2）决定因素不同：内能由物体的质量、温度、状态等决定；机械能由物体的质量、速度、高度、弹性形变程度等决定。 （3）内能不可能为0，而机械能可以为0。 运用类比方法理解分子动能与分子势能 了解内能的概念及定义知道内能的单位。 明确内能的影响因素，掌握内能大小比较的方法。 做例题2加深内能影响因素的认识。 进一步了解内能和机械能的区别。 学习新课 三、改变内能的方式 1. 热传递改变物体的内能 【提问】天气寒冷时，很多同学喜欢抱着暖水袋，这有什么作用？我们从暖水袋得到了什么？ 【分析】暖水袋的温度比我们的温度高，物体相互接触时，高温物体将热量传递给低温物体，这种方式叫作热传递。 热传递的理解：不同物体或同一物体的不同部分之间存在温度差时，能量会从高温处传递到低温处，高温处温度降低，内能减小，低温处温度升高，内能增大，直至温度相同，这一现象叫做热传递。物体间发生热传递的条件是相互接触的物体存在温度差，且一定是从高温物体向低温物体传递，传递的内能叫作热量。 通过热传递改变内能的一些实例：食品放入温度较低的冰箱后，温度降低，内能减小；汤勺放入温度较高的热汤后，温度升高，内能变大；生病发烧时，将湿毛巾放在头上，毛巾温度升高，内能增大等。 【例题3】如图所示的实例中，通过热传递的方式使物体内能减少的是（ ） A．锻打铁 B．用暖手宝取暖 C．烧水 D．在饮料中加冰块 【答案】 D 2. 温度、内能与热量的认识 （1）温度：表示物体的冷热程度，反应分子热运动的剧烈程度。单位：摄氏度（℃）。一般说“温度多少度，升高、降低、升高到、降低到多少度”，今天天气很热中的“热”指的就是温度高。 （2）内能;：物体内部所有分子动能与分子势能的总和。单位：焦耳（J）。一般说“具有多少、改变多少、增加、减少多少内能”，摩擦生热将机械能转化为内能中的“热”指的就是内能。 （3）热量：热传递过程中传递能量的多少，指的是内能的变化量。单位：焦耳（J）。一般说“吸收或者放出多少热量”，不发生热传递时，热量本身没有意义，内能很大的物体在没有发生热传递时没有热量。 【例题4】关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ） A．温度为以下的物体不具有内能 B．温度高的物体，含有的热量一定多 C．物体的内能增加，可能是吸收了热量 D．温度总是从高温物体传向低温物体 【答案】 C 3. 通过做功改变物体的内能 【提问】没有热水袋时，我们也可以通过搓手取暖，这又是通过什么方式在改变内能？ 【分析】搓手时，克服摩擦力做功，手的温度升高，内能增大，说明做功也可以改变物体的内能。 【演示实验】在空气压缩仪的玻璃筒底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，硝化棉会燃烧起来。 【实验分析】活塞向下运动时，对玻璃筒内的气体做功，气体内能增大，温度升高，达到硝化棉的燃点。 【演示结论】做功可以改变物体的内能。 做功改变内能的认识：外界对物体做功时，其他形式的能转化为物体的内能，内能增大；物体对外界做功时，物体的内能转化为其他形式的能，内能减小。 通过做功改变内能的一些实例：搓手取暖：钻木取火：坐滑梯屁股发烫等。 【例题5】如图所示的是研究“做功与内能改变的关系”的实验，烧瓶内装有少量的水，用塞子塞紧瓶口，并用气筒往瓶内打气，瓶内压强大到一定程度时，瓶塞就会跳起来，同时在瓶口出现 ，出现这一现象的原因是瓶内 对瓶塞做功，内能 （选填“增大”或“减小”），温度 （选填“升高”或“降低”），瓶内水蒸气发生 （填物态变化名称）现象。 【答案】 白雾 气体 减小 降低 液化 4. 热传递和做功的联系和区别 联系：做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同；无论做功还是热传递，都遵循能量守恒定律；物体的内能改变，可以通过做功，也可以通过热传递，或者两者同时进行。 区别：热传递的实质是内能的转移，只有当相互接触的物体间存在温度差时，高温物体将内能转移到低温物体，能量的形式不变；做功的实质是能量的转化，当物体对外做功时，物体的内能转化为其他形式的能，当外界对物体做功时，其他形式的能转化为物体的内能。 认识热传递，了解物体发生热传递的条件以及对内能的影响。 做例题3进一步理解热传递对内能的影响。 对温度、内能、热量三个易混淆的概念进一步理解认识。 做例题4强化温度、内能与热量的区分 分析实例，了解做功可以改变物体的内能。 做例题5进一步理解做功和内能变化的关系。 整理热传递和做功的区别和联系。 学习新课 四、燃烧：放出热量 【提问】傍晚时，我们在篝火旁玩耍，会感觉到暖意，周围空气的温度升高，内能增大，这些内能是从何而来。 1. 燃料燃烧放热 【提问】什么是燃料？燃料在燃烧过程中发生什么变化？能量发生什么变化？ 【分析总结】燃料指能够燃烧的物体，根据燃料的状态一般可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。燃料的燃烧是一种化学变化，燃料在燃烧的过程中将自身贮存的化学能释放出来，转化成内能。 2. 热值—燃料的放热本领 【提问】燃料的种类很多，不同的燃料在燃烧的过程中放出的热量是否相同？热量的多少与哪些因素有关？ 【分析总结】将相同质量的酒精和汽油点燃，根据日常经验，它们放出的热量明显不一样，燃料的种类很多，为了描述不同燃料在完全燃烧时的放热本领，我们定义了热值这一概念。 热值的定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用符号q表示，单位是J/kg。（对于气体燃料，通常用体积形容燃料的量，这时热值是热量与燃料体积之比，单位是J/m3）。 完全燃烧：指燃料全部烧尽，无残留（实际中难以完全燃烧，因此实际放热通常小于理论值）。 公式：或 。 热值的物理意义：热值反映不同燃料在完全燃烧过程中，化学能转化为内能的本领大小；热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等无关。如木炭的热值是3.4×107J，它的物理意义是：一千克的木炭在完全燃烧时，放出的热量是3.4×107J。 【例题6】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ） A．提供充足的氧气，让燃料更充分地燃烧，可以提高燃料的热值 B．根据热值计算公式可知，减小m可以提高热值 C．燃料的热值只与燃料的种类有关 D．一点就着的纸比很难引燃的煤块热值高 【答案】 C 提出问题，引出燃料燃烧放热。 认识热值，掌握热值及热量的计算方式。 做例题6进一步理解热值的物理意义。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．冬至，又称“冬节”、“贺冬”，是二十四节气之一，在我国北方有冬至吃饺子的习俗。如图是煮饺子的情景，下列说法正确的是（ ） A．煮饺子时，锅中热水造成的烫伤要比冒出的水蒸气烫伤更严重 B．煮饺子的过程利用做功的方法增加了饺子的内能 C．煮熟后的饺子重力小于浮力 D．闻到饺子的香味表明分子在不停地做无规则的运动 【答案】D 【详解】A．煮饺子时，锅中冒出的水蒸气造成的烫伤要比热水烫伤更严重，因为水蒸气液化要放出热量，故A错误； B．煮饺子的过程，饺子吸收热量，内能增大，通过热传递的方式改变物体的内能，故B错误； C．煮熟后的饺子处于漂浮状态，受到的浮力等于重力，故C错误； D．我们闻到饺子的香味是扩散现象，表明分子在不停地做无规则的运动，故D正确。 故选D。 2．如图所示，将一注射器用橡皮管与一数显温度计相连，注射器内密封了一定质量的气体。小明快速向下推压活塞，关于此过程下列说法不正确的是（不考虑与外界的热交换）（ ） A．密封气体内能一定增加 B．数显温度计示数一定变大 C．密封气体分子的无规则运动可能减缓 D．此过程通过做功改变密封气体的内能 【答案】C 【详解】ABD．快速向下推压活塞，压缩气体做功，活塞的机械能迅速转化为密封气体的内能；则密封气体内能一定增加；不考虑与外界的热交换，气体温度一定升高，所以数显温度计示数一定升高，故ABD正确，不符合题意； C．由AB知，密封气体温度升高，则根据分子热运动的理论可知，密封气体的分子无规则运动一定越剧烈，故C错误，符合题意。 故选C。 3．关于温度、热量、内能三个量之间的关系，下列说法正确的是（ ） A．物体吸收热量，温度一定升高 B．温度高的物体内能一定大 C．物体的内能增大，一定是吸收了热量 D．物体温度升高，内能一定增大 【答案】D 【详解】A．物体吸收热量，温度不一定升高。如晶体熔化时吸收热量，温度不变，故A错误； B．温度高的物体，内能不一定大。因为内能还与状态、质量等有关，故B错误； C．物体的内能增大，可能是吸收了热量，也可能是外界物体对它做了功，故C错误； D．内能的大小与物体的质量、温度等有关。同一物体质量不变，温度升高，内能一定增大，故D正确。 故选D。 4．200g酒精完全燃烧放出的热量是，则酒精的热值为 J/kg，如果酒精燃烧不充分，它释放出的热量会变 （选填“少”或“多”）；酒精用去一半，剩余酒精的热值 （选填“变小”“不变”或“变大”）。 【答案】 少 不变 【详解】[1]酒精的质量 由得，酒精的热值 [2]如果酒精燃烧不充分，有一部分不能燃烧，它释放出的热量会变少。 [3]热值是燃料本身的一种属性，热值与燃料的种类有关。酒精用掉一半，剩余的一半还是酒精，燃料的种类不变，剩余酒精的热值不变。 5．三个相同规格的烧杯中装有水，水量及其温度如图所示，甲的内能比乙的 ，原因是 ；乙的内能比丙的 ，原因是 。 【答案】 小 甲、乙的水量相等且甲的温度比乙的低 小 乙、丙的温度一样且乙的水量比丙的少 【详解】[1][2]内能的大小与物体的质量、温度等因素有关。甲和乙是相同规格的烧杯，装的都是水，水量相同，即质量相等，但甲的温度为20℃，乙的温度为40℃，甲的温度低于乙的温度，所以甲的内能比乙的小。 [3][4]乙和丙温度相同，都是40℃，但乙是半杯水，丙是一杯水，乙的水量比丙的少，即乙的质量比丙的小，在温度相同的情况下，质量越小，物体的内能越小，所以乙的内能比丙的小。 6．如图所示，把一个底端密闭的薄壁金属管固定在桌上，管里放一些酒精，管口用塞子塞紧，用绳子在管外绕圈并迅速来回拉动，一会儿便看到塞子被弹起。 (1)拉动绳子克服摩擦做功，是将机械能转化为 能。 (2)该实验中的塞子弹起的瞬间，还能看到管口有白雾出现，白雾是由水蒸气 形成的，由此可以推断，管中的气体在这一瞬间温度 （选填“升高”“降低”或“不变”）。这个现象说明物体对外界做功时，内能会 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】(1)内 (2) 液化 降低 减小 【详解】（1）拉动绳子克服摩擦做功，物体由于摩擦生热，其内能会增加，这是将机械能转化为内能。 （2）[1]塞子弹起的瞬间，看到管口有白雾出现，白雾是小水滴，这是因为管内的水蒸气遇冷液化形成的。 [2]因为水蒸气液化需要放热，只有当管中的气体温度降低时，水蒸气才会放热液化，所以可以推断管中的气体在这一瞬间温度降低。 [3]塞子弹起，瓶内气体对塞子做功，气体的内能转化为塞子的机械能，气体内能减小，这个现象说明物体对外界做功时，内能会减小。 板 书 设 计 第2节 内能和热量 一、分子热运动：温度越高，分子运动越剧烈。我们将物体内部大量分子的无规则运动叫作分子热运动。 二、内能：物体内部分子动能和分子势能的总和。 三、改变内能的方法 ①热传递：能量的转移，高温物体传递给低温物体。 ②做功：能量的转化，对外做功内能减小，对内做功，内能增大。 四、燃料燃烧 热值：燃料完全燃烧时的放热本领，只有燃料的种类有关，与燃料的质量，体积，是否燃烧等因素无关。 课 堂 小 结 1.2 内能和热量 作 业 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步分层作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$