14.1 内能及其改变 （教学设计） 2025-2026学年沪科版九年级全一册物理

《第一节 内能及其改变》教学设计 基本信息 课题 第一节 内能及其改变 学科及年级 初中物理，九年级 教材版本 沪科版 九年级全一册 【课时教材分析】 本节课选自沪科版九年级物理第十四章《内能与热机》的第一节“内能及其改变”，是学生系统学习热学知识的起点。教材从火箭发射引入，提出“机械能从何而来”的问题，激发学生的探究兴趣，进而引导学生认识物体内部大量分子运动所具有的能量——内能。教材通过实验现象（如压缩空气点燃硝化棉、反复弯折铁丝发热）说明做功可以改变内能，并结合生活实例（炉上铁锅变热、晒太阳取暖等）介绍热传递也能改变内能。最后引出热量的概念，强调其是在热传递过程中转移的能量。整节内容逻辑清晰，由现象到本质，由感性认识到理性分析，体现了物理学科“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。本节为后续学习比热容、热机效率以及能量守恒定律打下坚实基础。 【课时学情分析】 九年级学生已经具备一定的观察、实验和抽象思维能力，对生活中常见的热现象（如摩擦生热、加热物体温度升高）有直观感受，但往往停留在经验层面，缺乏科学解释。他们初步掌握了机械能（动能和势能）的概念，但对于微观世界的分子动理论仅在八年级有所接触，理解尚浅。因此，在学习“内能”这一抽象概念时，容易将其与机械能混淆，误认为静止的物体没有能量或温度高的物体内能一定大。此外，学生对“热量”常存在误解，认为它是物体“含有”的一种物质而非传递过程中的能量。本节课需借助直观实验、类比推理和多媒体辅助，帮助学生建立正确的物理观念。学生具备小组合作探究的基础能力，能够在教师引导下开展DIS实验探究活动，完成数据观察与结论归纳，但在控制变量、误差分析等方面仍需指导。 【课时设计思想】 本课以“火箭升空的能量来源”为主线情境，贯穿整个教学过程，形成一条清晰的故事线：从宏观现象出发，引发认知冲突——为何看似无动力的火箭能持续上升？引导学生思考能量转化的本质，进而深入微观世界，揭示内能的存在；再通过实验探究，发现改变内能的两种途径——做功与热传递；最终回归现实应用，解释火箭推进原理，并拓展至新能源汽车的能量利用，体现跨学科实践意识。教学中采用“情境—问题—探究—建构—应用”的教学模式，融合议题式教学法、情境探究法、合作探究法与讲授法，注重学生自主建构知识的过程。充分利用教材中的插图（图14-1至图14-7）、DIS数字化实验系统和生活实例，增强课堂的真实性和探究性。强调科学思维的培养，引导学生区分内能、温度、热量等易混概念，发展批判性思维与科学推理能力，落实物理核心素养。 【教学目标】 物理观念： 1. 能准确说出物体的内能是所有分子动能和分子势能的总和，知道其单位为焦耳（J），理解内能与温度的关系。 2. 能举例说明做功和热传递是改变物体内能的两种方式，并能从能量转化或转移的角度进行解释。 科学思维： 1. 通过观察压缩空气点火、铁丝弯折等实验现象，运用类比、归纳等方法得出“做功能改变内能”的结论，提升归纳推理能力。 2. 能对比分析温度、内能、热量三个概念的区别与联系，纠正“物体含有热量”“温度高内能一定大”等错误前概念，发展批判性思维。 科学探究： 1. 能设计并参与DIS实验探究“压缩气体做功导致温度升高”的过程，学会使用温度传感器采集数据，绘制并分析温度-时间曲线。 2. 能在小组合作中提出假设、操作实验、记录现象、交流讨论并得出结论，体验完整的科学探究流程。 科学态度与责任： 1. 在实验操作中遵守安全规范（如压活塞时注意方向、瓶盖不朝人），养成严谨求实的科学态度。 2. 结合“钻木取火”“火箭推进”等实例，体会人类利用内能的历史进程，增强民族自豪感，并思考现代科技中提高能源利用效率的重要性，树立节能环保的社会责任感。 【教学重难点】 【教学重点】 理解内能的概念，知道做功和热传递可以改变物体的内能，能用能量转化与转移的观点解释相关现象。 【教学难点】 正确区分内能、温度、热量三个概念；理解做功改变内能的实质是能量形式的转化，而热传递是能量的转移。 【教学课时】 1课时（45分钟） 【教学策略】 采用议题式教学引领，以“火箭升空的能量密码”为核心议题，整合情境导入、实验探究、小组讨论、数字化验证、类比迁移等多种教学手段；倡导自主学习、合作学习与探究学习相结合的学习方式，突出学生主体地位；注重概念辨析与思维建模，强化物理观念的建构过程。 【教学准备】 教师准备：多媒体课件（含教材图片、动画视频）、厚壁玻璃筒与活塞装置、硝化棉、铁丝、DIS温度传感器与数据采集器、注射器、矿泉水瓶若干、热水杯、冰块等演示器材。学生分组实验器材每组一套：DIS实验装置（温度传感器+注射器）。 【教学过程】 教学活动 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 创设情境，激趣导入 一、情境对话导入：火箭升空的能量之谜 （1）展示图片，引发疑问 教师出示教材图14-1“火箭发射”图片，营造震撼视觉效果。 提问：“同学们，请看这幅画面，这是我国‘神舟’系列飞船发射的壮观场景。火箭在腾空而起的过程中，速度越来越快，高度不断上升，它的机械能在不断增加。那么问题来了：这部分增加的机械能是从哪里来的呢？燃料燃烧只是释放了化学能，它又是如何转化为火箭的动能和重力势能的？” 让学生自由发言，鼓励大胆猜测。可能出现的回答包括：“燃料推动”“爆炸的力量”“发动机的作用”等。教师不急于评判对错，而是继续追问：“这些说法都提到了外部作用，但我们今天要从一个更深层次的角度去思考——那就是物体内部蕴藏的能量。” （2）引出课题，明确任务 教师总结：“其实，这一切都与我们今天要学习的一个重要物理概念密切相关——那就是‘内能’。我们将一起揭开火箭升空背后的能量密码，探索物体内部看不见却真实存在的能量形式，以及它是如何被改变和利用的。请大家打开课本第XX页，我们一起进入第十四章第一节《内能及其改变》的学习。” 板书课题：第一节 内能及其改变。 1. 观察图14-1火箭发射场景，感受其磅礴气势。 2. 思考教师提出的问题，尝试用自己的语言描述能量来源。 3. 参与讨论，表达个人观点，倾听他人见解。 4. 明确本节课学习主题，翻阅教材对应章节。 利用教材原图创设真实情境，激发学生好奇心与求知欲；通过层层设问引发认知冲突，使学生意识到已有经验的局限性，从而主动进入新知识的学习状态；自然引出“内能”这一核心概念，明确学习目标。 探究新知，建构概念 二、构建“内能”概念：从分子运动说起 （1）回顾旧知，搭建桥梁 教师引导：“我们知道，物质是由大量分子组成的，这些分子在永不停息地做无规则运动，这种运动叫做什么？”等待学生回答“分子热运动”。接着提问：“运动的分子具有什么能？”学生答“动能”。“很好！同时，分子之间存在着相互作用的引力和斥力，就像弹簧连接着小球一样，当它们发生相对位移时，就会储存一种能量，这种能量叫什么？”引导学生回忆“势能”。 教师进一步说明：“因此，每一个运动的分子既有动能，又因相互作用而具有势能。那么，如果我们要描述一个物体整体所具有的这类能量，应该怎么定义呢？” （2）精准定义，强化理解 教师正式给出内能的定义：“物理学中，把物体所有分子无规则运动的动能与分子间相互作用的势能的总和，叫做这个物体的内能。内能是自然界能量的一种基本形式，单位是焦耳（J）。” 强调关键词：“所有”“总和”“无规则运动”“相互作用”，并通过比喻帮助理解：可以把物体想象成一个巨大的“分子体育馆”，每个分子都在里面奔跑跳跃（动能），又被无形的弹簧连着（势能），整个场馆的能量总和就是内能。 进一步指出：“由于分子热运动的剧烈程度与温度有关，所以物体的温度越高，分子平均动能越大，通常情况下其内能也越大。比如，等质量的一杯热水和一杯冷水，热水的内能更大。” 三、实验探究：做功能否改变内能？ （1）经典实验演示：压缩空气点火 教师拿出厚壁玻璃筒装置，向学生展示内部放有一小团硝化棉。提醒学生注意安全，操作时筒口不得对准任何人。然后迅速向下压活塞，只见硝化棉瞬间燃烧起来！ 提问：“大家看到了什么现象？为什么会出现这个结果？” 引导学生分析：活塞压缩筒内空气 → 对空气做了功 → 空气内能增加 → 温度升高 → 达到硝化棉燃点 → 燃烧。 教师总结：“这个实验有力地证明了——做功可以改变物体的内能！” （2）生活实例验证：弯折铁丝 教师取出一根细铁丝，请一位学生上台快速反复弯折同一位置数十次。完成后让学生触摸弯折处，感觉明显发热。 提问：“刚才这位同学对铁丝做了什么动作？铁丝发生了什么变化？能量是如何转化的？” 师生共同归纳：人施加力并移动距离 → 对铁丝做功 → 铁丝内能增大 → 温度升高 → 发热。 教师补充生产生活中其他例子：冬天搓手取暖、锤子敲打钢板变热、返回舱再入大气层摩擦生热等，均属于“做功改变内能”，其实质是机械能转化为内能。 四、对比探究：热传递如何改变内能？ （1）观察教材插图，分类归纳 教师依次展示教材图 引导学生分析： “这三个现象有什么共同点？都是通过什么方式让物体变热的？” 学生回答后，教师总结：“它们都没有直接做功，而是通过高温物体向低温物体传热的方式实现的，这种方式叫做热传递。” 进一步提问：“这三种情况分别属于热传递的哪种形式？”引导学生对照教材文字进行判断： 图14-3：锅底受热，热量通过金属传导 → 热传导； 图14-4：电扇吹风带动空气流动，热量随气流传播 → 热对流； 图14-5：太阳光无需介质直接照射棉被 → 热辐射。 （2）深化理解，提炼本质 教师强调：“在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体，高温物体内能减少，低温物体内能增加。这与做功不同——做功是能量形式的转化（如机械能→内能），而热传递是能量的空间转移（内能从一处移到另一处）。” 1. 回忆分子动理论基础知识，回答教师提问。 2. 跟随教师讲解，理解内能的构成要素及其与温度的关系。 3. 观察“压缩空气点火”实验，描述现象并尝试解释原因。 4. 参与“弯折铁丝”实验，亲身体验做功带来的温度变化。 5. 观察教材三幅插图，识别不同类型的热传递方式。 6. 区分“能量转化”与“能量转移”的本质差异。 通过温故知新建立知识联系；利用直观实验激发兴趣，突破抽象概念理解障碍；结合教材图文资源，培养学生信息提取与分类能力；通过对比分析，厘清做功与热传递的本质区别，促进科学思维发展。 实验验证，深化认知 五、DIS实验探究：定量验证做功与内能关系 （1）布置任务，说明原理 教师介绍：“为了更精确地观察做功如何影响内能，我们将使用DIS数字化实验系统来进行探究。每组桌上都有一个连接了温度传感器的注射器。我们的任务是：用力快速压缩活塞，观察温度是否变化；然后再快速释放活塞，看看温度又会怎样变化。” 分发实验记录单，要求学生记录实验前后的温度读数，并绘制简单的温度变化趋势图。 （2）小组合作，动手操作 教师巡视指导，提醒学生： - 压缩动作要迅速有力，确保做功明显； - 保持注射器密封良好； - 注意读取温度峰值而非稳定值； - 实验重复2~3次以提高可靠性。 待大部分小组完成实验后，邀请代表汇报结果。 （3）数据分析，得出结论 教师投影典型小组的温度-时间曲线（类似教材图14-6(b)），分析图像特征： 快速压缩时，温度迅速上升；快速释放时，气体膨胀对外做功，温度下降。 引导学生总结：“压缩气体做功，气体内能增加，温度升高；气体膨胀对外做功，自身内能减少，温度降低。这再次证实了‘做功能改变物体的内能’，且做功的方向决定了内能是增加还是减少。” 1. 听取实验说明，明确操作步骤与记录要求。 2. 小组分工合作，完成压缩与释放活塞的操作。 3. 实时观察温度传感器读数变化，记录关键数据。 4. 绘制温度变化趋势草图，准备小组汇报。 5. 参与班级交流，分享实验发现。 借助现代化实验手段提升探究精度，增强证据意识；通过亲手操作加深对“做功改变内能”的理解；培养团队协作能力与科学记录习惯；通过图像分析发展数据处理与归纳能力。 辨析概念，巩固提升 六、深度辨析：内能、温度、热量的区别与联系 （1）设置陷阱题，暴露误区 教师呈现选择题：“关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ）” A. 物体的温度越高，所含热量越多 B. 温度高的物体，内能不一定大 C. 0℃的冰块，内能一定为零 D. 任意两个物体间都会发生热传递 先让学生独立思考并投票选择，再逐项分析： A错误——热量是过程量，不能说“含有”或“具有”； B正确——内能还与质量、状态有关，一小块高温金属可能比一大桶低温水内能小； C错误——分子永远在运动，0℃冰仍有内能； （2）引入“热量”概念，完善体系 教师顺势引出：“既然不能说物体‘含有’热量，那什么是热量呢？” 给出定义：“在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量，用Q表示，单位也是焦耳（J）。” 强调：“热量只存在于热传递的过程中，是一个过程量。可以说‘吸收了多少热量’或‘放出了多少热量’，但不能说‘拥有多少热量’。” 举例说明：热水放出热量，内能减少；冷水吸收热量，内能增加。 1. 独立完成选择题，做出判断。 2. 参与课堂讨论，反思自己的选项。 3. 理解热量作为过程量的特性。 4. 掌握三个概念之间的逻辑关系。 通过典型错例诊断前概念误区，促进认知冲突与重构；系统梳理核心概念间的区别与联系，构建完整知识网络；强化“过程量”与“状态量”的物理思想，提升科学思维品质。 联系实际，迁移应用 七、回归主线：破解火箭升空之谜 （1）首尾呼应，解答悬念 教师回到开头的问题：“现在我们学完了本节课的知识，请大家再来回答最初的问题：火箭升空时增加的机械能从何而来？” 引导学生完整表述：“燃料在燃烧室中燃烧，将化学能转化为燃气的内能；高温高压燃气迅速膨胀，推动火箭发动机喷管向外高速喷出，燃气对外做功，将其内能转化为火箭的机械能，从而使火箭获得推力升空。” （2）拓展延伸，关注环保 教师播放一段短视频：传统燃油车排放尾气 vs 新能源公交车安静行驶。 提问：“同样是交通工具，为什么新能源汽车更环保？从能量转化角度看，它们有何异同？” 引导学生思考：内燃机效率较低，大量能量以废热形式散失；电动机能量转化效率更高，减少能源浪费和环境污染。 鼓励学生课后查阅资料，了解我国在新能源汽车领域的技术突破，践行绿色发展理念。 1. 运用所学知识，解释火箭推进原理。 2. 观看视频，比较不同类型交通工具的能量利用方式。 3. 思考科技发展与环境保护的关系。 实现教学闭环，增强成就感；打通物理知识与工程技术的联系；渗透STS教育理念，培养学生社会责任意识；激发民族自信与创新精神。 【作业设计】 一、基础巩固题 1. 下列关于内能的说法中，正确的是（ ） A. 静止的物体没有内能 B. 温度为0℃的物体没有内能 C. 物体的温度升高，其内能一定增加 D. 物体内能增加，一定是吸收了热量 2. 改变物体内能的方式有两种：做功和________。冬天搓手取暖是通过________的方式改变内能；用热水袋焐手是通过________的方式改变内能。 3. 关于热量的理解，下列说法正确的是（ ） A. 热量总是从内能大的物体传给内能小的物体 B. 温度高的物体含有的热量多 C. 在热传递过程中，传递的是热量而不是温度 D. 一个物体吸收热量，它的温度一定升高 二、实验分析题 4. 在DIS实验中，当快速压缩注射器活塞时，温度传感器显示气体温度升高。请回答： （1）在此过程中，是谁对谁做了功？ （2）气体的内能如何变化？能量是如何转化的？ （3）若改为缓慢压缩活塞，温度变化是否明显？为什么？ 三、生活应用题 5. 完成教材PXX页作业第4题：图14-7中两名儿童正在取暖，其中女孩捧着热水杯通过________的方式取暖，男孩用力搓手通过________的方式取暖。 6. 尝试完成教材第5题：在矿泉水瓶内加入少量水，拧紧瓶盖，用力扭动瓶子挤压气体，松开瓶盖，瓶盖跳出时瓶口出现白雾。请解释这一现象。 （提示：从做功、内能、温度、液化等角度分析） 四、开放探究题 7. 查阅资料，简述“钻木取火”的物理原理，并比较其与现代打火机点火的异同之处。你认为两者在能量转化上有何共同点？ 【板书设计】 第一节 内能及其改变 ┌───────────────────────┐ │　　　　　　火箭升空：机械能↑ ← 能量来源？　　　　　│ └───────────────────────┘ ↓ 揭秘：燃料燃烧 → 化学能 → 内能 ↓ 燃气膨胀做功 → 内能 → 机械能（推力） ↓ ┌─────────────────────────┐ │　　　　　　　　改变内能的两种方式　　　　　　　　　　│ ├─────────────────────────┤ │　　　做功　　　　　　　　　　　热传递　　　　　　　　│ │　（能量转化）　　　　　　　　（能量转移）　　　　　　│ │　机械能 ⇄ 内能　　　　　　高温物体内能 → 低温物体　│ │　例：搓手、压缩气体　　　　例：晒太阳、加热铁锅　　│ └─────────────────────────┘ ↓ 核心概念辨析： • 内能：所有分子动能 + 势能总和（状态量） • 温度：分子热运动剧烈程度的标志 • 热量：热传递中转移的内能（过程量） 【教学反思】 本节课以“火箭升空的能量来源”为核心议题，成功激发了学生的学习兴趣，实现了从宏观现象到微观机制的认知跃迁。通过压缩空气点火、DIS数字化实验等环节，学生亲历了“提出问题—实验验证—得出结论”的科学探究过程，有效建构了“做功能改变内能”的物理观念。特别是在DIS实验中，温度-时间曲线的实时呈现，极大增强了证据的可视化程度，提升了学生的数据分析能力。然而，在“热量”概念的教学中，仍有部分学生难以摆脱“热量是物体含有的一种东西”的前概念影响，尽管通过辨析题进行了纠正，但仍需在后续课程中反复强化“过程量”的思想。此外，小组实验时个别学生参与度不高，存在“旁观者”现象，今后应优化分组策略，明确个人职责，确保每位学生都能深度参与探究活动。总体而言，本节课较好地落实了物理学科核心素养，但在差异化教学和思维深度挖掘方面仍有提升空间。 学科网（北京）股份有限公司 $