做功和內能的改變 —— 初中物理第三冊教案

做功和內能的改變
(一) 教學目的
使學生知道做功可以改變物體內能的一些事例；知道可以用功來量度內能的改變，能用做功和內能改變的關系來解釋摩擦生熱等常見的物理現象。
(二)教具
壓縮空氣引火器，機械能轉化熱能演示器，無色玻璃瓶，橡膠瓶塞，打氣筒等。
(三)教學過程 
1. 復習
提問(1)什么叫做物體的內能?(2)物體的內能跟什么有關?
2.引入新課
物體的內能跟物體的溫度有關，溫度越高，物體的內能越大。也就是說當物體的溫度發生了變化時，它的內能就發生了變化。如何改變物體的溫度，同學們能夠從生活實際上舉出許多的事例。今天我們先研究一種改變內能的方法--做功。
3.進行新課
(1)對物體做功，物體的內能會增大。
演示實驗：壓縮空氣引火實驗。出示壓縮空氣引火器，簡單介紹它的構造。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。此時要提醒學生注意觀察筒內的棉花。迅速地壓下活塞，可看到硝化棉燃燒發出的火光。
實驗后，組織學生議論"實驗現象說明了什么"，從而得出壓縮空氣做功，使空氣內能增大，溫度升高引起棉花燃燒。實際這種現象在日常生活中，同學們也遇到過。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，也能使物體內能增加，摩擦生熱就是一個例子。讓學生解釋課本圖2-9、圖2-11的事例，并列舉其他事例。
歸納學生所舉事例，得出對物體做功，物體的內能就會增大。
同學們所舉的事例都是做功使物體的內能增加，做功能不能使物體的內能喊小呢?
(2)物體對外做功時，本身的內能會減小。
演示實驗：氣體膨脹溫度降低的實驗。
按照課本圖2-12所示，事前組裝好儀器。課前在瓶內裝入少量的水。實驗時告訴學生，由于水的蒸發，瓶內存在水蒸氣。由于水蒸氣是無色透明的，所以水蒸氣是看不到的。提醒學生注意觀察瓶塞跳起時容器中有什么現象。
實驗結果，當塞子跳起時，瓶內出現了霧。引導學生分析實驗現象。進而得出物體對外做功時，本身的內能會減小。
(3)用功來量度內能的改變。做功可以改變物體的內能，對物體做的功越多，物體的內能增加得越多，物體對外做的功越多，物體的內能減小得也越多，所以，我們可以用功來量度內能的變化。這樣內能的單位跟功相同，也是焦耳。如果對物體做了2焦的功，物體的內能會增加2焦。
其實各種形式的能，都可以用功來量度，因此國際單位制規定：各種形式的能的單位都是焦耳。
(4)小結
通過課本本章刊頭畫的實驗演示和本節的"想想議議"，小結本節的內容。該實驗是機械能和內能相互轉化的演示實驗。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，引導學生解釋所看到的現象。外力克服摩擦力做功，使金屬筒溫度升高、內能增加，并引起筒內乙醚的蒸發。最后由于乙醚蒸汽壓強不斷增大，而將塞子沖起。告訴學生，在此過程中，克服摩擦做功，轉化為內能。
此實驗中的另一個現象，往往被學生忽視。即當塞子被沖起時，在管口附近也有淡淡的霧出現。應引導學竹注意這一現象，并加以解釋。這是由于氣體膨脹對外做功時內能減少、溫度降低，從而使筒口周圍的水蒸氣凝成水珠。此現象恰好說明了：物體對外做功時，本身內能會減小。此過程中氣體的內能轉化為機械能。
通過實驗和議論，使學生進一步明確，做功能改變物體的內能。并且對物體做功時，有機械能轉化為內能，物體內能增加。物體對外做功時，有內能轉化為機械能，物體內能減少。
(四)說明
1. 壓縮空氣引火實驗難度較高，有幾個關鍵要注意：
(1) 密封性要好，主要是活塞與管壁的密封。當把活塞從管內拉出時，感到阻力比較大，且當活塞離開管口的瞬間能聽到"嘭"的響聲。這種情況可認為密封較好。實驗時應在活塞上涂少許蓖麻油，起密封和潤滑作用。
(2) 管內保持足夠的氧氣。實驗時可用尖嘴吹風球，向管內注入新鮮空氣。
(3)所用燃料燃點要低，普通棉花難于壓燃。實驗中要用硝化棉。硝化棉可以自制。取濃硝酸和濃硫酸，按體積比1∶2先后倒入燒杯內混合，使其溫度保持在30℃左右。將脫脂棉浸入混合酸內，約15分鐘左右，取出棉花用清水反復沖洗，直至沒有酸性。擠干后放在陰暗處晾干，保存時應放在密封瓶內，保持干燥。
2.氣體膨脹做功的實驗，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，能使學生觀察到進氣的現象。
3.做功改變物體內能的過程，也都有能量的轉化。課本只在"想想議議"的問題中提出能量的轉化。能從能量轉化的角度認識內能的改變，雖非本節課的重點，但能使學生有個初步的認識，有利于后面學習能量守恒定律。所以在"想想議議"的討論中，增加了能量轉化的內容。