3.1功、热和内能的改变 教学设计-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.1功、热和内能的改变教案 【教材分析】 (一)教材分析 本节教材主要介绍了内能的概念和改变内能的两种方式一做功和热传递。从焦耳的实验得出 在绝热情况下外界做功相同，那么物体的热学状态变化就相同，由此得出热力学的内能的概念。 教材通过讨论、再分析推理，最后得出功、热与内能变化的关系。本节课的教学属于物理基本 概念及通过实验和小组讨论得出基本规律和方法的教学。 【教学日标】 (一)教学月标 物理观念：知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系。 科学思维：掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象， 分析相关的问题。 科学探究：掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与 操作并与他人合作交流，提高实验技能。 科学态度与责任：理解功、热与内能改变的实质，实事求是，培养积极探究科学的兴趣，激发 学习热情。 【教学重难点】 (一)教学重难点 【教学重点】 1.做功与内能改变关系的探究。 2.热量与内能改变关系的探究。 3.内能概念的建立。 【教学难点】 内能概念的建立。 【新课导入】 (一)新课导入 指导学生实验：冬天手冷，通常采取什么办法变暖和？ 演示实验：活塞快速压缩气体，猜猜会发生什么？ 指导学生实验：没有热源，有什么办法让桌子上的铁丝变热？ 演示实验：铜管中的气体被橡皮塞密封，给你一条绳子，有没有办法把橡皮塞弹开？ 引出猜想：做功可改变物体的热学状态。 【新课讲解】 (一)焦耳的实验 焦耳的实验 1.系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程叫做绝热过程.如热学过程经历的时间极短， 这样的过程可近似提成为绝热过程。 2.要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与 做功方式无关 内能 1.内能的概念 物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。 2.对内能的理解 (1)微观：所有分子的动能和势能之和 (2)宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。 (3)内能是状态量 3.决定内能大小的因素 (1)物体的内能大小和分子数、温度及体积（微观表现就是分子间的距离）有关。 (2)理想气体的内能只由温度决定，只是温度的函数。 4.内能的另一种定义 任何一个热力学系统都存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，我们把它称之为系统的内能。 5.内能与机械能的区别和联系 (1)区别：内能与机械能是两个不同的概念.对应着不同的运动形式。 (2)联系：在一定条件下可以相互转化，且总量保持不变 焦耳的实验 师：内能和机械能之间可以相互转化，说明热量和做功之间肯定存在一定的联系，这个联系是 什么？焦耳虽然已经有了假设，但是该怎么用实验来进行验证呢？如果你们是焦耳的话，遇到这 种情况该怎样设计实验验证功与热量的关系呢？ 绝热过程：系统不从外界吸收热量，也不向外界放热，这样的过程叫作绝热过程。 实验1：用绝热性能良好的材料制作容器，容器中安装着叶片组成的搅拌器。重物下落时带动 叶片转动，搅动容器中的水，水由于摩擦而温度上升。 结论：力做功可以使物体的温度升高，只要力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同 的，即系统状态的变化是相同的。 实验2：让正在下降的重物带动发动机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应 给液体加热，使液体的温度升高。 结论：电流做功可以使得物体的温度升高，只要所做的电功相同，容器内水温上升的数值都是 相同的，即系统状态发生了同样的变化 实验3：取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞 把瓶口塞紧，并向瓶内打气，直至橡胶塞跳出瓶口，可以观察到瓶内出现白色的烟雾，让学生 解释在这个过程中能量进行了怎么样的一个转化。 以瓶内气体为研究对象，橡胶塞跳出后，瓶内的气体迅速膨胀，系统对外做功，因此，气体的 内能迅速减少，瓶内气体温度迅速下降，瓶内水蒸气液化，就会出现大量的雾状小水滴。 教师在实验的基础上引出内能的概念并说明内能跟哪些参数是有关的。 师：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始、末两个状态决定，不依赖 于做功的具体过程和方式。任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量， 这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统做的功相联系。鉴于功是能量变化 的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。 (一)热与内能的改变 热量与功的比较 热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，但它们 之间有着本质的区别： (1)做功是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的改变量可用做功的数值来量度，当物 体的体积变小时，是外界对物体做功，外界对物体做时，物体的内能增加：当物体的体积变大