1.4 分子动能和分子势能 教学设计 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

1.4分子动能和分子势能 教学设计 人教版（2019）选择性必修第三册 《分子动能和分子势能》教学设计 一、教学目标 为落实物理学科核心素养，本节课围绕以下四个方面拟订教学目标： 1.让学生通过对宏观热现象（如空气炮推动纸杯、墨水在水中扩散、水沸腾时温度不变等）的观察和分析，理解分子动能、分子势能和内能的基本概念，认识温度是分子平均动能的标志，掌握分子势能与分子间距离的变化关系。培养学生从宏观现象归纳微观本质的能力，提升物理观念。 2.通过“宏观现象→微观本质 ”的推理过程，引导学生建构双分子模型等物理模型，运用类比、归纳、演绎等科学思维方法（如将分子动能与宏观动能类比，从重力势能、弹性势能归纳分子势能），理解“大量分子 ”“统计规律 ”“平均值 ”在研究热现象中的重要性，提升科学思维能力。 3.通过观察实验现象，引导学生发现和提出物理问题，基于已有知识和教师提供的探究框架（如功能关系表格），制定探究方案，开展小组合作、模拟演示、图像绘制等活动得出结论，提升科学探究与技术应用能力。 4.通过有趣的实验和探究活动，激发学生对微观世界的好奇心与探索兴趣；在小组合作与讨论辨析中，培养学生主动参与、乐于合作、尊重证据的科学态度；体会物理学中“化繁为简 ”的模型方法和理论与实验相结合的特点，形成严谨、求真的科学精神，增强科学态度与责任意识。 二、教材分析 《分子动能和分子势能》是热学部分的核心概念，是连接宏观物理现象与微观粒子运动的桥梁，也是理解内能概念的基础。本节内容是在学习了分子动理论的基础上，对分子运动能量的具体化和量化。它为学生之后理解内能、做功改变内能以及热力学第一定律等核心知识打下坚实的基础。本节是典型的用微观模型解释宏观现象的范例。它建立了温度（宏观量）与分子平均动能（微观量）之间的定性关系，解释了物态变化中能量变化的本质（分子势能的变化）。 本节从能量的角度运用统计思想认识热运动，热运动是运动的一种形式，分子具有热运动动能，分子的速率变化，热运动动能变化，重要的是大量分子热运动动能的平均值，它的大小标志系统温度的高低。 分子间的作用力属于电磁相互作用，做功和路径无关，可引入分子势能的概念。分子势能变化图像可以从分子力做功和势能变化关系分析得到，这种分析方法在重力势能和电势能已经多次遇到，体现功和能量两个物理量的关系。概念教学要让学生知道引入概念的目的、概念的确切含义与其他概念的区别和联系。 本节内容概念性强，抽象，不易理解把握，教学中要注意在实际情境中构建概念，在具体情境中应用概念分析问题，丰富、深化学生对概念的理解。 三、学情分析 知识层面：学生已经学习了宏观的动能、重力势能、弹性势能的概念，具备了初步的功能关系知识。同时，对分子动理论的基本观点（物质由分子组成、分子热运动、分子间作用力）已有了解。这为通过类比建立微观的分子动能和分子势能概念奠定了基础。 能力与思维特点：高二学生具备一定的抽象逻辑思维能力、类比推理能力和小组合作能力，但对于“统计平均 ”、“微观模型 ”等思想仍感到抽象和陌生。他们能够完成表格填写、图像分析等任务，但在自主构建物理模型和进行严密的逻辑推导方面仍需教师搭建“脚手架 ”。 四、教学重难点 教学重点：分子平均动能的概念及与温度的关系；分子势能的概念及其随分子间距的变化关系；内能的概念及其影响因素。 教学难点：理解温度是分子平均动能的标志（统计观念）；分子势能曲线的分析与理解；内能与机械能的本质区别。 五、教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 教学环节一：情景导入 【教师活动 1】 演示空气炮实验，明确提问能量来源。 微观引导：将宏观现象与分子模型关联，提示学生思考分子能量形式。 【学生活动 1】 观察实验现象，思 考能量来源。 结合生活经验推测 分子能量形式（如动能、 势能）。 通过有趣实验 抓住学生的注意力，激发他们的好奇心 和探索欲，利用真实实验现象引发认知 冲突，将学生从宏观 观察自然过渡到微 观分析。 教学环节二：新课学习 任务 Ⅰ ：分子动能探究 【教师活动2】 引导学生回顾宏观动能的定义。进行类比推理：“运动着的物体 ” 类比于 “运动的分子 ”；“宏观动能 ” 类比于 “分子动能 ”。 通过观察分子速率分布图引导学生思考分子运动的无序性和瞬时性。 学生思考的基础上，明确指出研究个别分子动能无意义，并正式给出“分子热运动的平均动能 ”这个核心概念。 【学生活动2】 回忆与关联：学生 主动回忆并复述已学的 动能概念，尝试将其与 新的学习内容建立联 系。 根据分子热运动的 特点（速率不一、不断 变化），在教师引导下 思考并归纳出分子动能 的特点，从而自己体会 到研究“平均值 ”的必 要性。 概念建构：遵循 “从宏观到微观 ”、 “从已知到未知 ”的 认知规律，通过类比 这一强大工具，帮助 学生高效地建立起 “分子动能 ”这一抽 象的物理观念。 引入统计思想， 让学生明确认识到， 研究热现象需要从 “确定性思维 ”转向 “统计性思维 ”，关 心的是大量分子的 集体平均行为，而非 个别分子的状态。 【教师活动 3】 引导学生观察墨水在清水中扩散运动，比较在不同温度下扩散运动快慢，给出“温度是分子热运动平均动能的标志 ”这一核心结论，并阐述温度的宏观和微观双重含义。 【学生活动 3】 针对教师提出的思考题进行小组讨论。 对“思考 1 ”，他们需要应用“统计 ”观点来反驳直觉错误。 对“思考2 ”，他 们需要综合应用“平均 动能相同 ”和“动能公 式(Ek=1/2mv²) ”来推理 出“平均速率可能不同 ” 突破教学重难 点：将教学的重点和 难点——“温度是分 子平均动能的标志 ” ——作为核心结论 提出，并通过后续的 讨论题进行强化和 辨析，确保学生能正 确理解其内涵。 通过三个思考 题，刻意制造思维陷 深化与辨析 ：提出三个“思考与讨论 ”问题，引导学生对核心结论进行深度辨析和应用，防止学生形成错误的科学概念（如认为温度高每个分子动能都大）。 的结论。这是一个应用 知识解决新问题的过 程。 对“思考 3 ”，意在辨析与强化“分子动能 ”和“机械动能 ”的概念区别。 阱，让学生在与错误概念的交锋中深化 对“统计规律 ”和“平均值 ”的理解，培养其严谨的科学态度。 任务Ⅱ：分子势能建模 【教师活动4】 借助温度计进行水沸腾演示实验，并提出关键问题，让学生意识到已有知识（分子动能）无法完美解释新现象。 系统地回顾“重力势能”和“弹性势能”的产生条件（存在相互作用、由相对位置决定），为学生搭建起通往“分子势能 ”概念的桥梁。 【学生活动4】 观察水沸腾实验，思考教师提出的问题，产生疑惑和求知欲。 在教师引导下，从 重力势能和弹性势能的 案例中，归纳出“势能 ”产生的共同条件，并据 此类比推理出“分子势 能 ”的概念。 采用 “情境质 疑→类比迁移→模 型建构→合作探究 ” 的完整路径来建构 “分子势能 ”这一抽 象概念。目的是让学 生感觉这个概念不 是凭空而来，而是有 理有据、 自然生成 的，有效降低学习难 度。 【教师活动 5】 构建理想模型：提出“两个分子从无穷远靠近 ”的理想化模型，将复杂的多体问题简化为可分析的双体问题。 明确给出“分析‘力 ’→分析‘力做的功 ’→分析‘ 能量变化 ’”的普适性物理分析思路（功能关系），为学生的小组探究提供了清晰的方法论指导。 组织合作探究：布置任务，要求学生结合分子力随距离变化图像并利用弹簧小球模拟双分子模型合作完成功能关系表格，并分析分子势能的变化图像。 【学生活动 5】 接受并理解“双分 子模型 ”。 小组讨论并尝试用 弹簧小球模拟分子间作 用力，初步感知引力与 斥力的变化。 运用教师提供的 “力-功-能 ”分析框架， 与小组成员合作，逐步 分析分子从无穷远靠近 过程中分子力做功情 况，填写功能关系表格。 并据此推断出分子势能 的变化趋势，最终共同 绘出分子势能（Ep）与 分子间距（r）的关系曲 线草图。 通 过 理 想化 模 型的分析，帮助学生 掌握将 复 杂问题 简 化 为 可 研 究模 型的 方法，培养物理建模 意识。 通过“力→功→ 能量 ”的分析路径， 让 学 生 掌握用功 能 关系解决物理问题 的普适性思路，提升 逻辑推理能力。 小 组 合 作与 弹 簧小球模拟增强动 手 能 力和 团 队协 作 意识，填表任务促进 学生对微观相互作 用的具体理解。 突破教学重点， 理解分子势能的概 念 及 其 与 分 子 间距 的关系，通过合作探 究画图的方式实现。 【教师活动 6】 分析分子势能随距离变化图像，提出思考题，旨在突破难点、澄清易错点。 针对“势能为0 ”和“势能最小 ”这一最核心的混淆点。 深化对“零势能点选取具有任意性 ”的理解。 引导学生将微观的分子势能与宏观的物理量（体积）联系起来，为后续学习内能及物态变化埋下伏笔。 【学生活动 6】 针对教师的思考题 进行深度讨论。 彻底分清 “ 力为 零 ”、“ 势能最小 ”和 “ 势能为零 ”三个关键 位置，理解势能的相对 性。 初步建立“物体体 积变化→分子平均距离 变化→分子势能变化 ” 的微观宏观联系。 理解r=r0时分子势能最小且为负值。通过思考题进行专 门辨析和强化。 为下一节学习 “ 内能 ”做好了准备使知识体系连贯统 一。 任务Ⅲ：内能概念辨析 【教师活动 7】 在已有铺垫（分子动能、势能）的基础上，直接、清晰地给出内能的定义。 引导学生从内能的定义出发，分析其微观影响因素（分子总数、平均动能、分子势能），并主动去寻找与之对应的、可测 【学生活动 7】 接受内能的定义， 并在头脑中将“分子动 能 ”和“分子势能 ”两 个概念整合为“ 内能 ” 这一更高层级的概念。 从定义出发，进行逻辑 推理。 本节的设计意 图是将前两节零散 的知识点（分子动 能、分子势能）整合 成一个完整的、系统 的核 心 概 念 — — 内 能，完成本章知识架 构的搭建。 量的宏观物理量（物质的量、温度、体积）。 通过分析其影响因素这个活动，学生自己完成了从微观到宏观的完整映射，理解更为深刻。 引导学生主动 建立微观分子行为 与宏观可测量物理 量之间的联系，提升 物理建模和科学推 理能力。 【教师活动 8】 教师描述有关足球递进式 情境链，通过反例（静止物体内能不为零）强化“一切物体都有内能 ”的观念。通过“踢足球 ”这一典型情境，明确区分内能和机械能，打破学生“速度大则内能大”的错误概念。通过“足球停下来变热”的现象，自然引出内能与机械能可以通过做功相 互转化，为后续学习埋下伏笔。 组织学生以小组合作形式完成表格。教师在此过程中提供指导，并在最后呈现一个完整的、结构化的表格，对学生的探究结果进行系统化、规范化的总结 ， 形成清晰的知识结构。 【学生活动 8】 针对教师提出的足 球情境进行思考，初步 形成自己的观点。 小组成员围绕“ 内 能与机械能的区别与联 系 ”这一主题，利用教 师提供的表格框架，通 过讨论、辩论、查阅课 本等方式，共同填写表 格。 小组分享探究结 果，并在教师和同学的 反馈中修正自己的理 解。 彻底理清内能 与机械能的区别，这 是学生最容易混淆 的一对概念。通过填 写对比表格，培养学 生分析、对比、归纳 的科学思维方法。让 学生学会从多个角 度（维度）去辨析和 界定两个相似概念， 这是非常重要的思 维能力训练。 清晰地界定内 能的概念及其影响 因素，是后续学习的 基础。 教学环节三：随堂测验、课堂小结 【教师活动 9】 完成测试，小结任务与提供框架：请同学担任‘小老师 ’， 回顾并总结今天的学习内容，可以板书的框架。 对学生的展示给予积极、具体的评价，并最终进行精炼和升华，确保知识的科学性。 【学生活动 9】 自主回顾与知识提 取，可以翻阅课本和笔 记，提取关键信息。构 建个性化知识体系， 同 学代表上台展示，根据 同学的展示和教师的点 评，反思自 己的小结， 查漏补缺，在笔记上进 行修改和完善，形成最 终的个人学习成果。 通 过学 生 自 主 回顾和梳理，检测和 强化对本节课核心 概念的理解与记忆， 确保教学目标的实 现。 培 养 学生 信息 加工、归纳整合和结 构化思维的能力。将 零散 知 识 系统化 的 过程，是更高阶的思 维训练，远比被动接 受教师小结有效。 六、作业设计 1.基础练习：教材练习与应用 1-4； 2.概念辨析：请同学们以表格或思维导图的形式对比分析“分子势能 ”与“重力势能 ”、“弹性势能 ”的异同。 3.实践思考：针对“影响物体内能大小的因素 ”提出一个可检验的假设，并说明验证方法。 学科网（北京）股份有限公司 $