12.2 内能 热传递（教学设计）物理新教材苏科版九年级上册

该初中物理教学设计聚焦内能概念、内能与温度关系及热传递改变内能，通过复习机械能中动能和势能，类比分子动能与势能，搭建微观与宏观知识支架，自然引出内能学习。 以科学探究为核心，设计红墨水扩散实验让学生观察归纳温度对分子运动的影响，结合例题辨析内能、温度、热量概念，培养科学思维与物理观念。生活实例融入教学，提升学生应用能力，为教师提供清晰重难点及教学策略，助力高效课堂。

12.2 内能 热传递（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 12.2 内能 热传递 教学 目标 物理观念 知道分子动能和分子势能，理解内能的概念；知道一切物体都具有内能；知道物体的内能与温度有关；知道热传递是改变物体内能的一种方式。 科学思维 能用分子动理论解释温度对分子热运动剧烈程度的影响；会比较物体内能的大小；能判断热传递发生的条件和能量转移的方向；能辨析内能、温度、热量三者的区别与联系。 科学探究 经历“活动12.4 探究扩散快慢与温度的关系”，会观察和比较不同温度下红墨水的扩散现象，能从现象归纳出温度越高分子无规则运动越剧烈的结论。 科学态度 与责任 通过分析汤勺、冰箱食品、取暖器旁毛巾等生活实例，体会物理与生活的密切联系；养成从微观视角认识宏观现象的意识。 教材 分析 本节是苏科版九年级上册第十二章《机械能和内能》的第二节。它把研究视角从宏观的机械能转向微观的内能，是本章的核心概念之一，也是后续学习比热容、热量计算和机械能与内能相互转化的基础。教科书先用“分子动能”“分子势能”与前一节的动能、弹性势能类比，自然给出内能的定义，再通过“活动12.4 探究扩散快慢与温度的关系”建立内能与温度的联系，最后由汤勺、冰箱食品、毛巾三个生活实例引出热传递。内能是微观概念，看不见摸不着，学生容易把内能与温度、热量混为一谈，也容易误认为“温度低的物体没有内能”，所以概念的辨析是教学的关键。 本节内容由“内能”和“热传递——改变物体内能的一种方式”两部分构成。内能的概念、内能与温度的关系、热传递改变内能是这节课的重点，内能概念的建立以及内能、温度、热量的辨析是这节课的难点。 学情分析 1. 知识储备分析：学生在八年级已学过分子动理论的初步知识（分子在永不停息地做无规则运动、分子间存在相互作用力），上一节又刚学过动能和势能，具备类比迁移的基础。 2. 思维能力分析：学生具备由现象归纳规律的能力，但从宏观现象过渡到微观解释仍有困难；“一切物体都具有内能”与生活经验（冷的物体没有热量）冲突，需要通过分子永不停息运动的事实加以澄清。 3. 学习兴趣与态度分析：红墨水扩散实验现象鲜明，学生兴趣浓厚；但在表述“温度—分子动能—内能”的因果链时容易跳步，需要教师引导规范表达。 教学重点 内能的概念；物体的内能与温度的关系；热传递是改变物体内能的一种方式。 教学难点 内能概念的建立；内能、温度、热量三者的辨析。 教学 器材 烧杯2个、冷水、热水、红墨水、滴管；铁丝、酒精灯、金属汤勺等。 多媒体ppt，包含视频：《探究扩散快慢与温度的关系》《生活中的热传递》等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【复习提问】上一节我们学习了机械能。运动的物体具有动能，发生弹性形变的物体具有弹性势能，被举高的物体具有重力势能。 【提出问题】我们知道，组成物体的分子在永不停息地做无规则运动，分子之间还存在相互作用力。那么，做无规则运动的分子是否也具有动能？相互作用的分子之间是否也具有势能？ 【引入】这节课我们就从微观的视角，来认识物体内部的能量——内能。 回顾机械能，类比猜想分子也具有动能和势能，进入情景。 学习新课 一、内能 1. 分子动能和分子势能 就像运动着的物体具有动能一样，做热运动的分子也具有动能，我们称之为分子动能；就像发生形变的弹簧具有弹性势能一样，分子间也具有某种势能，我们称之为分子势能。 【信息快递】物体内部大量分子的无规则运动叫作热运动。 2. 内能的概念 物理学中，物体内部所有分子动能与分子势能的总和叫作物体的内能（internal energy）。 一切物体，不论温度高低，其内部的分子都处在永不停息的无规则运动中，且分子间存在相互作用，因此一切物体都具有内能。如图12-17所示，炽热的铁水、车胎内的气体、寒冷的冰山都具有内能。 【强调】不论温度多低，一切物体都具有内能。0℃的冰、寒冷的冰山同样具有内能。 3. 活动12.4 探究扩散快慢与温度的关系 【做一做】如图12-18所示，同时在盛有冷水和热水的两个烧杯中各滴入一滴红墨水，观察烧杯中红墨水的扩散情况。哪杯水中的红墨水扩散得快？ 【现象】热水中的红墨水扩散得快。 【想一想】红墨水扩散的快慢与温度有什么关系？这说明分子热运动的剧烈程度与温度有什么关系？ 【实验结论】温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子动能就越大。因此，温度升高，物体内所有分子动能的总和增大，物体的内能就会增大。可见，物体的内能与温度有关。 【辨析】同一物体，温度升高，内能一定增大；但内能大的物体，温度不一定高（内能还与物体的质量、状态等有关）。 【例题1】关于内能，下列说法正确的是（　　 ） A．0℃的物体没有内能 B．内能大小仅与温度有关 C．具有机械能的物体不一定有内能 D．热传递可以改变物体的内能 【答案】D 【详解】A．内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，一切物体在任何温度下都具有内能，0℃的物体同样有内能，故A错误； B．内能的大小与物体的质量、温度、状态、物质种类都有关，并非仅由温度决定，故B错误； C．所有物体都一定具有内能，无论物体是否具有机械能，都一定存在内能，故C错误； D．改变物体内能的两种方式是做功和热传递，热传递可以改变物体的内能，故D正确。 故选D。 类比机械能，知道分子动能和分子势能。 理解内能的概念，知道一切物体都具有内能。 观察冷水、热水中红墨水的扩散现象，归纳温度与分子热运动剧烈程度的关系。 做例题1，会判断内能的大小及其影响因素。 学习新课 二、热传递——改变物体内能的一种方式 1. 生活中的现象 如图12-19所示，金属汤勺放在热汤中，温度升高，内能增大；食品放入冰箱，温度降低，内能减小；毛巾放在取暖器旁，温度升高，内能增大。 【想一想】在这些现象中，物体的内能为什么会改变？ 2. 热传递 这是因为，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。发生热传递时，能量从高温处转移到低温处，直至温度相同。热传递是改变物体内能的一种方式。 【要点归纳】 （1）发生的条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温度差。 （2）传递的方向：能量从高温处转移到低温处（不是从内能大的物体传向内能小的物体）。 （3）结束的标志：温度相同（达到热平衡），而不是内能相同。 （4）实质：内能的转移。高温物体放出能量、内能减小、温度降低；低温物体吸收能量、内能增大、温度升高。 【议一议】生活中还有哪些通过热传递改变物体内能的实例？（用热水袋取暖、冷敷降温、太阳晒热地面、用冰块给饮料降温等） 【例题2】将一杯酒放在一碗热水里一段时间，液体温度随时间变化关系如图所示，下列说法中正确的是（   ） 　 A．该过程中，热水内能不变　　B．酒从热水中吸热，内能增大 C．热水和酒温度相同后仍在发生热传递　　D．热水和酒之间发生热传递是因为它们内能不同 【答案】B 【详解】AB．结合图像信息可知，在加热过程中，热水向酒传递热量，热水自身温度降低，内能减小，酒吸收热量，温度升高，其内能增大，故A错误，B正确； CD．发生热传递的条件是物体之间存在温度差，而不是内能不同，当热水和酒的温度相同时，它们之间没有温度差，热传递停止，故CD错误。 故选B。 【例题3】小阳在校吃午餐时发现，每天上午第四节课前食堂工作人员就已将午餐摆放在餐桌旁，但等到午餐时饭依然是热的，他想这很可能是因为餐盒采用了泡沫保温箱（图甲）；冬天大家都换上了棉衣校服来御寒（图乙）。喜欢动手实验的他想比较泡沫与棉花谁的保温性能更好。他选了两组相同的大小烧杯、温度计、手表和热开水，及细线、硬纸片、剪刀等材料。将小烧杯置于大烧杯之中，在两者的空隙中分别填满泡沫和棉花，再给小烧杯加上盖子（如图丙）。实验开始时，他向两个小烧杯中倒入热水，然后将两套实验装置放在同一实验桌上自然冷却，定时测量并记录两烧杯中的水温，假设整个过程中室温保持恒定。 (1)为保证实验的科学性，小阳应保证小烧杯中水的初温和_________________相同； (2)由下表实验数据可以看出，这两种材料中保温效果比较好的是_______________（棉花/泡沫）； 时间/min 0 5 10 15 20 …… 45 50 55 60 泡沫组/℃ 90 74 65 60 57 22 21 20 20 棉花组/℃ 90 70 ？ 43 33 …… 21 20 20 20 (3)由表格可知：当水温同外界温度相差较大时，水温下降得较____________________（快/慢），根据这一规律，请你推测：时间为10min时，棉花组的水温很可能是_______________； A．60℃ 　　B．51℃      C．55℃　　D．48℃ (4)小阳同学研究出保温性能后，好学的小婷发现空的泡沫箱子很轻，她猜想泡沫的密度很小，于是在学校实验室借了一些器材来测量它的密度。 　　 ①将天平放在水平桌面上，用调好的天平测量泡沫质量，天平平衡时，右盘砝码质量和游码的位置如图戊所示，则泡沫的质量为__________________g； ②他们没有用量筒，同样测出了泡沫的体积，如图己所示，其方法是： A．在烧杯中加入适量的水，用针将泡沫压入水中，在水面到达的位置做上标记； B．取出泡沫，测得烧杯和水的总质量为122g； C．往烧杯中加水，直到水面重新到达标记处为止，再测出此时烧杯和水的总质量为162g； D．计算出泡沫的体积；得到泡沫的密度为_______________kg/m³； ③以上实验操作步骤，会导致测量出的泡沫的密度偏_______________（大/小）。 【答案】(1)质量 (2)泡沫 (3) 快 C (4) 18.4 0.46×10³ 小 【详解】（1）探究保温性能时，根据控制变量法，需要保证热水的初温和质量相同，排除水的质量不同对实验结果的影响。 （2）保温性能越好，相同时间内热水降温越慢。由表格数据可知，相同时间下，填充泡沫的热水温度更高，降温更慢，因此泡沫保温效果更好。 （3）由表格数据可知，水温与外界温差越大，单位时间内降温越多，下降得越快。 对于棉花组，5min时温度为70∘C，15min时温度为43∘C，20min时温度为33∘C，0~5min降温20∘C，15~20min降温10∘C，根据降温越来越慢的规律，5~10min的降温量大于15~20min降温量10∘C，即10min时温度一定小于70℃−10℃=60℃，且大于43℃+10℃=53℃，故最可能为55∘C，故选C。 （4）天平读数为砝码质量加游码示数，砝码总质量10g+5g=15g，标尺分度值为0.2g，游码示数为3.4g，因此泡沫质量m=15g+3.4g=18.4g 加入水的质量m水=162g−122g=40g 泡沫的体积等于加入水的体积，即V=V水=40g/1g/cm³=40cm³ 泡沫密度ρ=m/V=18.4g/40cm³=0.46g/cm³=0.46×10³kg/m³ 取出泡沫时，泡沫会带出一部分水，导致测得的泡沫体积偏大，质量测量准确，由ρ=m/V可知，测得的密度偏小。 分析汤勺、冰箱食品、毛巾三个实例中内能的变化。 知道热传递发生的条件、方向、结束标志和实质。 举出生活中通过热传递改变内能的实例。 做例题2、例题3，会分析热传递过程中的能量转移。 学习新课 三、内能、温度和热量的辨析 1. 三者的区别 （1）内能：物体内部所有分子动能与分子势能的总和，是一个状态量，任何物体在任何温度下都具有内能。 （2）温度：表示物体的冷热程度，反映分子无规则运动的剧烈程度，也是状态量。 （3）热量（下一节将正式学习）：在热传递过程中转移的能量的多少，是一个过程量，只能说“吸收热量”“放出热量”，不能说“物体含有多少热量”。 2. 三者的联系 （1）同一物体温度升高，分子动能增大，内能增大；温度降低，内能减小。 （2）物体吸收热量，内能增大；放出热量，内能减小。 （3）物体吸收热量，温度不一定升高（如晶体熔化、水沸腾时吸热但温度不变）；温度升高，也不一定吸收了热量（第四节将学习做功也能改变内能）。 3. 常见错误辨析 ד0℃的冰没有内能”——一切物体都有内能。 ד内能大的物体温度一定高”——内能还与质量、状态有关，如一大桶温水的内能可能大于一小杯开水。 ד热传递中能量从内能大的物体传向内能小的物体”——是从高温处传向低温处。 ד物体含有热量”——热量是过程量，不能说“含有”。 【例题4】关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　　） A．0℃的物体没有内能 B．物体内能增大，温度不一定升高 C．物体的内能越大，含有的热量越多 D．物体温度升高，一定吸收了热量 【答案】B 【详解】A．一切物体在任何温度下都具有内能，0℃的物体有内能，故A错误； B．物体内能增大时，温度不一定升高，例如晶体熔化过程中，吸收热量，内能增大，但温度保持不变，故B正确； C．热量是一个过程量，只能描述物体吸收或放出热量，不能说物体“含有”热量，故C错误； D．物体温度升高，可能吸收热量，可能外界对物体做功，故D错误。 故选B。 区分内能、温度、热量三个概念，知道状态量与过程量的不同。 理解三者之间的联系，辨析常见的错误说法。 做例题4，会辨析三个概念。 学习新课 四、实践与练习 完成课本第40页“实践与练习”： 1. 比较图12-20所示的两杯水的内能大小，并简要说明理由。 【解答】两杯水的质量相同，（b）杯水的温度较高，分子无规则运动更剧烈、分子动能更大，所以（b）杯水的内能较大。 2. 有同学说，因为晶体在熔化过程中温度保持不变，所以它的内能也保持不变。这种说法是否正确？为什么？ 【解答】不正确。晶体熔化过程中虽然温度不变，但要持续吸收热量，分子势能增大，所以内能是增大的。 3. 有同学说，在热传递过程中，能量总是从内能大的物体向内能小的物体转移，直到两物体的内能相等为止。这种说法是否正确？请举例说明。 【解答】不正确。热传递的方向由温度决定，能量从高温物体转移到低温物体，直到温度相同为止。例如把一小杯100℃的开水倒入一大桶20℃的温水中，温水的内能虽然更大，但能量仍从开水转移到温水。 4. 跑步是一项非常好的健身运动。跑步时，人是怎样使自己的体温基本保持不变的？在跑步过程中，人体的内能发生了哪些变化？ 【解答】跑步时人体不断消耗食物中储存的能量，同时通过排汗蒸发吸热、呼出热气、皮肤与较冷空气之间的热传递向外散热，使产热与散热基本平衡，体温保持不变。跑步过程中人体内的化学能转化为内能和机械能，向外界放热使部分内能转移给外界。 完成教材“实践与练习”，会比较内能大小、辨析熔化过程的内能变化。 会用热传递的方向解释实际问题。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．下列现象能说明分子在不停地做无规则运动的是（     ） A．尘土飞扬　　B．落花缤纷　　C．雪花飞舞　　D．花香满屋 【答案】D 【详解】A．尘土不是分子，属于宏观物体的运动，是机械运动，不是分子的无规则运动，故A不符合题意； B．落花缤纷，属于宏观物体的运动，是机械运动，故B不符合题意； C．雪花不是分子，属于宏观物体的运动，是机械运动，不是分子的无规则运动，故C不符合题意； D．花香满屋，是香味分子在空气中发生了扩散现象，扩散现象说明分子在不停的做无规则运动，故D符合题意。 故选D。 2．晶体在熔化过程中温度保持不变，它的内能（　　） A．变大　　B．变小　　C．不变　　D．都有可能 【答案】A 【详解】晶体熔化需要吸收热量，虽然温度不变，但内能增加。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．如图所示，加热钢勺和瓷勺的勺头，一段时间后，钢勺的勺柄烫手，说明钢的（    ） 　 A．硬度大　　B．导热性好　　C．导电性好　　D．弹性好 【答案】B 【详解】加热钢勺和瓷勺的勺头后，钢勺的勺柄很快烫手，这是因为热量从勺头快速传递到了勺柄。 这一现象说明钢的导热性好，热量能在其中快速传导。 硬度、导电性、弹性与热量传递的快慢没有直接关系，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 4．铸造青铜器时，将液态金属倒入模具冷却后形成青铜器的情景如图所示。下列说法正确的是（　　） 　 A．液态金属冷却成青铜器的过程需要吸热 B．液态金属冷却成青铜器的过程，内能减小 C．该过程金属发生的物态变化是先熔化后凝华 D．模具的熔点要比所铸金属的熔点低 【答案】B 【详解】液态金属冷却形成青铜器，是液态变为固态的凝固过程； A.凝固过程是放热过程，不是吸热，故A错误； B.凝固过程中金属向外放出热量，因此内能减小，故B正确； C.该过程只有液态变为固态的凝固过程，不存在熔化、凝华，故C错误； D.若模具熔点低于金属熔点，高温液态金属会使模具熔化，因此模具的熔点要高于所铸金属的熔点，故D错误。 故选B。 5．如图所示，试管中甲物质为冰水混合物，现将试管按图所示方法放置在装有乙物质的烧杯中，一段时间后进行观察（不计物质与空气的热传递），发现试管中冰的量一直保持不变，则乙物质可能是（　　） 　 A．水　　B．冰　　C．冰水混合物　　D．都有可能 【答案】C 【详解】由题意可知，试管内冰的量保持不变，说明甲中的冰水混合物既不吸热也不放热，因此甲和乙之间没有发生热传递，说明二者温度相等，即乙的温度为0℃。冰水混合物的温度一定为0℃，因此乙是冰水混合物。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 6．高性能计算机的CPU芯片工作时通常用“热管”进行散热。如图所示，“热管”一般分为加热段、绝热段和冷却段。吸热芯内的液体工作物质在加热段变为气体，气体沿通道移动至冷却段放出热量同时变为液体，流回至加热段完成循环。关于“热管”的工作过程，下列说法正确的是（     ） 　 A．吸热芯内的液体工作物质吸收热量变为气体是升华现象 B．加热段发生的物态变化需要放出热量 C．气体移动至冷却段发生的物态变化是液化 D．“热管”的作用是将空气中的热量传递到计算机中 【答案】C 【详解】A．物质由液态变为气态是汽化，升华是物质由固态直接变为气态的过程，故A错误； B．加热段液体汽化为气体，汽化过程需要吸收热量，故B错误； C．冷却段物质由气态变为液态的过程是液化，故C正确； D．“热管”的作用是对CPU散热，将计算机产生的热量传递出去，故D错误。 故选C。 板 书 设 计 12.2 内能 热传递 一、内能：物体内部所有分子动能与分子势能的总和。 　　①一切物体都具有内能；②同一物体温度越高，分子运动越剧烈，内能越大。 二、热传递： 　　①条件：存在温度差；②方向：能量从高温处→低温处； 　　③结束：温度相同；④实质：内能的转移。 三、辨析：内能、温度是状态量，热量是过程量。 课 堂 小 结 12.2 内能 热传递 1. 内能——分子动能与分子势能的总和，一切物体都有内能，与温度有关。 2. 热传递——改变内能的一种方式，能量从高温处转移到低温处，直至温度相同。 3. 辨析——内能、温度是状态量，热量是过程量；同一物体温度升高内能增大，但内能大的物体温度不一定高。 作 业 教学反思 1 / 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