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做功和內(nèi)能的改變的教學(xué)設(shè)計
做功和內(nèi)能的改變的教學(xué)設(shè)計
(一) 教學(xué)目的
使學(xué)生知道做功可以改變物體內(nèi)能的一些事例；知道可以用功來量度內(nèi)能的改變，能用做功和內(nèi)能改變的關(guān)系來解釋摩擦生熱等常見的物理現(xiàn)象。
(二)教具
壓縮空氣引火器，機(jī)械能轉(zhuǎn)化熱能演示器，無色玻璃瓶，橡膠瓶塞，打氣筒等。
(三)教學(xué)過程
1. 復(fù)習(xí)
提問(1)什么叫做物體的內(nèi)能?(2)物體的內(nèi)能跟什么有關(guān)?
2.引入新課
物體的內(nèi)能跟物體的溫度有關(guān)，溫度越高，物體的內(nèi)能越大。也就是說當(dāng)物體的溫度發(fā)生了變化時，它的內(nèi)能就發(fā)生了變化。如何改變物體的溫度，同學(xué)們能夠從生活實(shí)際上舉出許多的事例。今天我們先研究一種改變內(nèi)能的方法--做功。
3.進(jìn)行新課
(1)對物體做功，物體的內(nèi)能會增大。
演示實(shí)驗：壓縮空氣引火實(shí)驗。出示壓縮空氣引火器，簡單介紹它的構(gòu)造。取綠豆粒大小的一塊干燥硝化棉，用鑷子把棉花拉得疏松一些，放入玻璃筒底。將活塞涂上少許蓖麻油(起潤滑和密封作用)，放入玻璃筒的上口。此時要提醒學(xué)生注意觀察筒內(nèi)的棉花。迅速地壓下活塞，可看到硝化棉燃燒發(fā)出的火光。
實(shí)驗后，組織學(xué)生議論"實(shí)驗現(xiàn)象說明了什么"，從而得出壓縮空氣做功，使空氣內(nèi)能增大，溫度升高引起棉花燃燒。實(shí)際這種現(xiàn)象在日常生活中，同學(xué)們也遇到過。例如，在給自行車輪胎打氣時，打氣筒也會變熱，這也是由于壓縮空氣的緣故。用其他的方法對物體做功，也能使物體內(nèi)能增加，摩擦生熱就是一個例子。讓學(xué)生解釋課本圖2-9、圖2-11的事例，并列舉其他事例。
歸納學(xué)生所舉事例，得出對物體做功，物體的內(nèi)能就會增大。
同學(xué)們所舉的事例都是做功使物體的內(nèi)能增加，做功能不能使物體的內(nèi)能喊小呢?
(2)物體對外做功時，本身的內(nèi)能會減小。
演示實(shí)驗：氣體膨脹溫度降低的實(shí)驗。
按照課本圖2-12所示，事前組裝好儀器。課前在瓶內(nèi)裝入少量的水。實(shí)驗時告訴學(xué)生，由于水的蒸發(fā)，瓶內(nèi)存在水蒸氣。由于水蒸氣是無色透明的，所以水蒸氣是看不到的。提醒學(xué)生注意觀察瓶塞跳起時容器中有什么現(xiàn)象。
實(shí)驗結(jié)果，當(dāng)塞子跳起時，瓶內(nèi)出現(xiàn)了霧。引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗現(xiàn)象。進(jìn)而得出物體對外做功時，本身的內(nèi)能會減小。
(3)用功來量度內(nèi)能的改變。做功可以改變物體的內(nèi)能，對物體做的功越多，物體的內(nèi)能增加得越多，物體對外做的功越多，物體的內(nèi)能減小得也越多，所以，我們可以用功來量度內(nèi)能的變化。這樣內(nèi)能的單位跟功相同，也是焦耳。如果對物體做了2焦的功，物體的內(nèi)能會增加2焦。
其實(shí)各種形式的能，都可以用功來量度，因此國際單位制規(guī)定：各種形式的能的單位都是焦耳。
(4)小結(jié)
通過課本本章刊頭畫的實(shí)驗演示和本節(jié)的"想想議議"，小結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。該實(shí)驗是機(jī)械能和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的演示實(shí)驗。把薄壁金屬筒固定在桌子上之后，注入約1／４容積的乙醚，立刻塞上塞子。用稍寬一點(diǎn)的布帶，在金屬筒下端繞二圈，然后迅速地來回拉布帶，一會兒塞子就被沖起，引導(dǎo)學(xué)生解釋所看到的現(xiàn)象。外力克服摩擦力做功，使金屬筒溫度升高、內(nèi)能增加，并引起筒內(nèi)乙醚的蒸發(fā)。最后由于乙醚蒸汽壓強(qiáng)不斷增大，而將塞子沖起。告訴學(xué)生，在此過程中，克服摩擦做功，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
此實(shí)驗中的另一個現(xiàn)象，往往被學(xué)生忽視。即當(dāng)塞子被沖起時，在管口附近也有淡淡的霧出現(xiàn)。應(yīng)引導(dǎo)學(xué)竹注意這一現(xiàn)象，并加以解釋。這是由于氣體膨脹對外做功時內(nèi)能減少、溫度降低，從而使筒口周圍的水蒸氣凝成水珠。此現(xiàn)象恰好說明了：物體對外做功時，本身內(nèi)能會減小。此過程中氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
通過實(shí)驗和議論，使學(xué)生進(jìn)一步明確，做功能改變物體的內(nèi)能。并且對物體做功時，有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體內(nèi)能增加。物體對外做功時，有內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，物體內(nèi)能減少。
(四)說明
1. 壓縮空氣引火實(shí)驗難度較高，有幾個關(guān)鍵要注意：
(1) 密封性要好，主要是活塞與管壁的密封。當(dāng)把活塞從管內(nèi)拉出時，感到阻力比較大，且當(dāng)活塞離開管口的瞬間能聽到"嘭"的響聲。這種情況可認(rèn)為密封較好。實(shí)驗時應(yīng)在活塞上涂少許蓖麻油，起密封和潤滑作用。
(2) 管內(nèi)保持足夠的氧氣。實(shí)驗時可用尖嘴吹風(fēng)球，向管內(nèi)注入新鮮空氣。
(3)所用燃料燃點(diǎn)要低，普通棉花難于壓燃。實(shí)驗中要用硝化棉。硝化棉可以自制。取濃硝酸和濃硫酸，按體積比１∶２先后倒入燒杯內(nèi)混合，使其溫度保持在30℃左右。將脫脂棉浸入混合酸內(nèi)，約15分鐘左右，取出棉花用清水反復(fù)沖洗，直至沒有酸性。擠干后放在陰暗處晾干，保存時應(yīng)放在密封瓶內(nèi)，保持干燥。
2.氣體膨脹做功的實(shí)驗，打氣時速度不宜太快。通常打氣筒止回閥不太靈活，打氣速度就不能慢，建議在瓶塞上裝一個自行車輪胎上的氣門嘴。打氣時氣門嘴的乳膠管膨脹，能使學(xué)生觀察到進(jìn)氣的現(xiàn)象。
3.做功改變物體內(nèi)能的過程，也都有能量的轉(zhuǎn)化。課本只在"想想議議"的問題中提出能量的轉(zhuǎn)化。能從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識內(nèi)能的改變，雖非本節(jié)課的重點(diǎn)，但能使學(xué)生有個初步的認(rèn)識，有利于后面學(xué)習(xí)能量守恒定律。所以在"想想議議"的討論中，增加了能量轉(zhuǎn)化的內(nèi)容。
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