3.1 功、热和内能的改变（教学设计）-【上好课】高中物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第三册）

第1节功、热和内能的改变 教学设计 备课人 学科 物理 课题 功、热和内能的改变 教学内容分析 本节教材主要介绍了内能的概念和改变内能的两种方式——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。 学情分析 部分学生对于功和内能改变的关系有一定了解，但理解可能不够深入和全面。对于热传递与内能改变的概念有初步认识，但对于热传递的实质及定量关系还需要进一步强化。以及容易混淆功和热对内能改变的作用，在具体问题中不能准确判断和应用。对于一些抽象的概念，如内能的微观本质，学生理解起来较为困难。 大部分学生对物理学习有一定兴趣，但对于较为抽象的内容可能会感到困惑和畏惧。部分学生在学习过程中缺乏主动思考和探究的精神，过于依赖老师的讲解。 教师可以通过实验和实例分析，帮助学生直观感受功和热对内能改变的影响。加强对知识的讲解和练习，引导学生逐步建立正确的物理思维。注重培养学生的抽象思维能力，通过类比、微观解释等方式帮助他们理解内能的本质。设计多样化的教学活动，激发学生的学习兴趣和主动性，提高学习效果。 教学目标 物理观念：能建立功与内能的改变，热与内能的改变的意识。 科学思维：具有从物理学的角度观察自然现象，将物理学与实际相联系的思维方式，知道做功和传热是改变内能的两种方式。 科学探究：探究焦耳的实验，知道做功和传热的等效性。 科学态度与责任：理解物理概念的建立的过程和规律，培养学生的科学探究精神。 教学重难点 教学重点：功与内能的改变，热与内能的改变。 教学难点：内能概念的建立，功与内能的改变，热与内能的改变。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。ppt课件展示 提问：为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？你能解释这个现象吗？ 学生观看课件并思考 引入新课内容，激发学生好奇心 新课教学 一、焦耳的实验 （一）焦耳热功当量实验装置——对系统做机械功 重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化. 结论：只要重力所做的功相同，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 （2） 实验二：对系统做电功 电流通过电热丝使绝热 容器内的液体温度升高. 结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同. 思考：焦耳的热功当量实验和电流热效应给水加热的实验中做功的方式相同吗？你能得出什么结论？ 在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1变为状态2，所需外界做功的数量是相同的.也就是说，在各种不同的 绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，与做功方式无关. 绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程. 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所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。 类比思考： 哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？ （3） 内能U 1、 任何一个热力学系统都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所做的功相联系.我们把这个物理量称为系 系统的内能. 思考： 我们曾经学习过内能的概念是什么呢？当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关系？ ①宏观定义（热力学对内能的定义）： 任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的一种能量，这种能量叫做系统的内能。 ②微观定义（分子动理论对内能的定义）： 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 2、当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△U=U2-U1就等于外界对系统所做的功W，即△U=W. 拓展思考： 在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界做功呢？ 小试牛刀 【例题】如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，下列说法正确的是(　C　) A．系统状态的改变只能通过传热来实现 B．系统状态的改变只能通过做功来实现 C．在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关 D．在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关 观察实验现象，总结实验结论。 结合实验现象，完成思考题。 思考内能与做功之