第十二章机械能和内能教材分析

第十二章机械能和内能教材分析常州市田家炳实验中学分校沙洲燕2004.09本章在教材中的地位学生已经了解了机械功、分子运动的概念，本章提出了机械能、内能、热量等新概念，并对动能势能与哪些因素有关，能之间如何转移、转化进行研究，使学生对前面的力学和热学的学习形成了一个完整的知识体系和能力结构框架。机械能知识是机械功的引伸，是对前面所学知识的提高和深化，它不仅是初中物理的重要内容，也为学生进入高中阶段学习打好基础。内能是学生在学过物质结构的初步知识、能、机械能知识的基础上，从分子动理论出发，运用类比的方法建立内能的概念，了解改变内能的方式。内能是一个重要的热学概念，是学生今后进一步学习热学知识所必须的。本章重点：能的概念，热量的概念，能之间的转化、转移本章难点：能的概念，影响动能、势能、内能的因素教学要求比较[大纲要求]1、理解动能、重力势能，知道弹性势能2、理解动能、势能可以相互转化3、知道物体的内能4、知道热传递可以改变物体的内能5、知道做功可以改变物体的内能6、知道热量及其单位、知道燃料的热值7、知道热机中能量的转化8、知道四冲程内燃机的构造和原理9、知道热机的效率[标准要求]一、能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化能用实例说明机械能和其他形式能的转化《标准》对这两点在知识和能力上都属于“理解”水平包括：理解动能、势能和机械能的概念；动能与势能的相互转化；机械能与其他形式能的转化。都是要求用实例来说明，这既是从初中学生的年龄特点和认知水平出发的，同时也体现了“从生活走向物理”的理念。二、了解内能的概念。能简单描述温度与内能的关系。第一点是理解水平。这里要求从物体内所有分子的动能和势能之和来定义内能。要通过实例让学生了解内能是能量的一种重要形式，他与人们的生活息息相关。从知识点看要求降低了，但能力要求提高了。不仅要了解，而且要简单阐述。第二点是“能简单描述温度与内能的关系”知道物体的温度越高，内能越大；温度越低，内能越小。这里应通过生活中的实例，让学生了解内能、温度及其相互关系，不要求作出更严格的定义。三、从能量转化的角度认识燃料的热值《标准》的要求属于“认识”水平。由于人类利用燃料是把燃料储存的化学能转化为内能、光能，从使用燃料的价值出发。要求从能的转化角度来认识燃料的热值，既体现了对知识和技能的要求，也体现了情感态度价值观的要求。四、了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义使学生关心科学技术的新进展与新思想，知道内能的利用在人类发展史上的重要意义，有将科学知识服务于人类的使命感与责任感。五、了解热量的概念热量是在热传递过程中，物体吸收、放出热的多少，是内能变化的量度。要通过实例，让学生了解热量的物理意义和单位。知道物体吸热时内能增加，放热时内能减少。虽然标准对了解水平的不要求计算，但对比热容有要求。课时建议一、动能势能机械能3课时二、内能热量1课时三、内能与机械能的转化2课时复习与总结1课时机动1课时导图说明学生对汽车并不陌生，从儿时的玩具汽车，到重要的交通工具，有的学生从小就对汽车充满好奇，渴望揭开其中的奥秘，而汽车的行驶过程和发动机的工作过程，与燃料的燃烧、机械能与内能及其相互转化都有着密切的关系，因此，汽车的发动机是本章组织教学的良好载体。本章导言围绕的发动机提出了一些问题，这些问题可能在有的同学头脑中已经存在了很久，意在激发学生的学习兴趣；这些问题也将通过本章的学习得到解决。本章导图是一辆在沙漠中疾驶的赛车，由于路途的不平，正在上下颠簸，既显示出动能与势能的相互转化，又能说明汽车具有强劲的发动机。在导图的背景中隐含着一个钟表，意在学生由汽车发动机联想到其他机械装置同样也具有“发动机”。实际上，任何一个机械装置的发动机，其工作实质都是能量的转化———将其他形式的能转化为动能。一动能势能机械能1、本节编写思路动能——活动⑴：探究动能的大小与哪些因素有关势能——活动⑵：卡片为什么会跳起来——活动⑶：模拟打桩——探究重力势能与哪些因素有关能的转化——活动⑷：观察摆球的动能和势能的转化由于动能、重力势能、弹性势能的概念在8年级的教学中已经出现，有关与它们的一些现象学生并不陌生。因此，本节教材从学生没有接触过的“公路限速”和“滑板下滑”两个实验提出问题。既能激发学生的学习兴趣，同时有揭示了本节要研究的内容——动能、势能及相互转化。“一个物体如果能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量”这仅是对能量概念一个粗略的定义。在初中阶段不必追求概念的严密性。（关于能量的引入，可以应用沪科版的三个实验，既生动又体现了动能、重力势能、弹性势能三种不同的能）本节教材安排了三个活动，都用到了“控制变量法”，活动过程的设计很放开，意在培养学生的实验能力。对动能定义及活动⑴的说明一个物体如果能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量，即物体做功的本领叫作能（或能量）。物体能做多少功，就说它具有多少能。教学中可引导学生通过实例分析“物体具有的能量”与“物体做功”之间的关系，使学生知道：物体具有的能不一定都用来做功，在能量转化过程中，可以出现其他形式的能（如发热等）。当一个物体由于运动而能对其他物体做功，这个物体就具有动能。物体动能的大小如何量度呢？可以通过它对另一物体做功的大小来比较。从这个角度引出活动⑴就比较自然，否则就显的突厄，知识上学生不易迁移。实验中的小车如果效果不好，可以换用钢球。学生实验中可换用5号电池充当小车，学生手边的硬面抄封面充当斜面，选火柴盒充当桌面上的被碰撞物。关于“信息快递”中“质量不同的小车从一个斜坡的同一高度释放，运动到水平面时速度相同”，可以通过实验得出。实验中尽量注意两个不同小车的重心在同一高度。机械能动能和势能通称为机械能。应通过实例说明，一个物体既可以单独具有动能，也可单独具有势能，也可以同时具有动能和势能。本节内容中没有提出机械能转化与守恒定律，可做适当的补充：在只有重力做功的情况下，物体的动能和势能发生相互转化时总的机械能保持不变。（它是在科学发展的历程中人们对能量转化与守恒定律认识最早的一种具体形式）对题的解释；第5题“可以进一步研究的问题：比较不同种类球的弹性，篮球弹起的高度与球内充气的多少有何关系”的解释。二、内能热量1、内能是指物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。因此在引导学生理解这个概念时，可以用类比的方法物体的动能————分子的动能；物体的重力势能————分子势能通过实例说明物体内能与物体机械能是两种不同形式的能2、实验：在分别盛有冷水和热水的两个玻璃杯中各滴入一滴墨水，看一看，哪杯水中的墨水扩散得快？这里可适当说明扩散的定义，扩散的条件。可通过：温度高→扩散快→分子运动快→分子动能大→物体内能大分析温度对内能的影响，在题，还提出物体的质量对内能的影响。3、热传递——改变内能的一种方式分析思路：判断物体的温度变化——物体的内能变化——内能的转移4、热量物体在热传递过程中转移能量的多少叫做热量，说明热量与热传递是密不可分的，要引导学生认识，热量在热传递过程中才出现，让学生知道“物体具有多少热量”这种说法的错误所在。使学生对热量和能量的关系有初步的了解。关于“实验表明，物体在吸热或放热过程中，物体的质量越大，它的比热容越大、温度的变化越大，物体吸收或放出的热量就越多。”这一结论的获得，可以由学生结合生活经验理解总结出，不宜教师给出。三、机械能与内能的相互转化活动⑴做功——改变物体内能的另一种方式前一节已经学过热传递可以改变物体的内能，这节课可以从这一知识点入手，引入新课，这样也有助于学生认识两种改变内能方式的异同点。实验：①反复弯折铁丝②用砂纸摩擦铁丝③空气压缩引火仪讨论的思路：物体的温度变化——物体的内能变化——能量是如何转化的。活动⑵演示点火爆炸——将内能转化为机械能实验：①教材实验②水蒸气冲开瓶塞讨论思路：先研究做功的过程——两个物体的能量的变化——能量的转化热机热机原理热机的结构热机的四冲程及其中的能量转化热机中重点介绍了汽油机，柴油机放在信息库中，这样既突出重点又扩大知识面。对柴油机吸气冲程中吸入的物质进行了介绍，点火方式没有介绍。燃烧后产生的燃气的温度和压强做了说明。在STS中，热机的发展历程，介绍时重点在科学技术对社会发展的推动以及社会进步对科技发展的促进，不需要介绍热机发展的全过程。燃料的热值活动：比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量该实验中选用了10g酒精和10g碎纸片，对200g水进行加热。这个实验可改为用10g酒精和10g煤油，对200g水加热指导学生从能量转化的角度认识燃料的热值。教材提供的“化石燃料的燃烧与环境保护”，目的是要学生认识到燃烧排放物对环境的影响，从而养成自觉的环保意识。