3.1 功、热和内能的改变（教学课件）物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦热力学定律中内能、功与热传递改变内能的核心知识，以空气压缩引火仪压活塞点燃硝化棉实验导入，通过现象提问引出改变内能的方式，再结合焦耳机械功和电功实验建立内能概念，构建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，设计焦耳实验（如重物下落搅拌水、电机发电加热液体）引导学生分析过程，培养科学探究能力。通过对比功与热传递的本质差异，结合典例（如椅子升降气体内能变化）推理规律，强化科学思维，同时联系钻木取火等生活实例深化物理观念，助力学生理解概念，也为教师提供结构化教学流程与丰富实例。

第三章 热力学定律 人教版（2019）选择性必修 第三册 第一节 热力学定律 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 建立内能、热量、做功等核心概念，理解内能与分子热运动、分子势能的联系，从分子动理论角度解释温度、热量与内能变化的关系，区分内能改变的两种方式（做功和热传递）。 科学思维 通过对比做功与热传递改变内能的异同，推导热力学第一定律的表达式，提升逻辑推理与模型建构能力；能运用能量守恒的观点分析内能变化的过程，深化对“宏观—微观”关联的认知，学会用数学表达式描述能量转化与守恒的规律。 科学探究 设计探究做功与热传递改变内能的实验（如摩擦生热、气体绝热压缩等），探究影响内能变化的因素及规律；能基于实验现象分析能量转化的过程，尝试提出可验证的猜想，提升从实验证据推导物理规律的探究能力。 科学态度与责任 联系生活中内能改变的应用（如汽车发动机的能量转化、家用电器的热效率等），体会理论指导实践的思想，增强科学服务社会的责任感；关注热学原理在新能源、节能减排等前沿科技中的应用，培养严谨求实的科学态度和可持续发展的意识。 学习目标 焦耳的实验 01 教学内容 功与内能的改变 02 热与内能的改变 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 功与热传递改变内能的等效性 焦耳实验的原理与科学意义 区分做功与热传递改变内能的本质差异 重点难点 课堂导入——思考与讨论 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。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？你能解释这个现象吗？ 01 PART 01 第一部分 焦耳的实验 探究新知 7 探究新知——焦耳的实验 1.改变系统的热力学状态的方法： 传热 做功 焦耳（James Prescott Joule，1818—1889） 探究新知——焦耳的实验 2.实验一：对系统做机械功 ⑴实验装置 ⑵实验原理 重物下落时带动叶片转动，通过搅拌对绝热容器内的水做功，水由于摩擦而温度上升，即状态发生变化。 ⑶研究对象——热力学系统： 容器中的水 ——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。 探究新知——焦耳的实验 2.实验一：对系统做机械功 ⑷状态变化过程 系统状态变化过程中，系统不从外界吸热，也不向外界放热。 绝热过程： ⑸焦耳的多次实验测量结论 尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但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。 探究新知——焦耳的实验 ⑴实验装置 ⑵实验原理 让正在下降的重物带动发电机发电，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，使液体温度上升。 ⑶焦耳的多次实验测量结论 3.实验二：对系统做电功 对于同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态就发生了同样的变化。 探究新知——焦耳的实验 3.实验二：对系统做电功 实验1 重物下落重力做功 叶片搅拌容器中的水 水与叶片摩擦而温度上升 系统从状态1 变为状态2 T1 T2 实验2 系统从状态1 变为状态2 T1 T2 电机发电 电热丝发热 发热丝对水加热温度上升 重物下落重力做功 做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与重物的质量、做功的次数无关。 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，而与做功的方式无关。 探究新知——焦耳的实验 4、内能： 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，这个物理量在初末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统的内能。 ⑵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。 ⑴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。 02 PART 02 第二部分 功与内能的改变 探究新知 14 探究新知——功与内能的改变 在钻木取火的过程中，为什么木块能够冒烟并最终能够生火，试从物理学角度进行解释。 钻木取火的过程是对木块做功的过程，使木块内能增加。 探究新知——功与内能的改变 在热力学系统的绝热过程中，系统从状态1经过绝热过程达到状态2。 ΔU=U2-U1 ΔU=W 系统内能增量 外界对系统所做的功W Q=0 U1 U2 探究新知——功与内能的改变 探究新知——功与内能的改变 单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态 水壶温酒 容器中的酒 △U＝Q Q T1 T2 U1 U2 ΔU=U2-U1 系统内能增量 即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量。 探究新知——典例分析 【例1】如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图。M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中  A.外界对气体做功，气体内能增大 B.外界对气体做功，气体内能减小 C.气体对外界做功，气体内能增大 D.气体对外界做功，气体内能减小 【解析】筒内气体不与外界发生热交换，当M向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故选A。 03 PART 03 第三部分 热与内能的改变 探究新知 20 探究新知——热与内能的改变 1.热传递 两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递。 热传导、热对流、热辐射。 3.发生热传递的条件： 当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差时才能发生热传递。 温度↓ 温度↑ 内能↓ 内能↑ 热量 2.热传递的三种方式： 探究新知——热与内能的改变 4.内能与热量的区别 内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能。 热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能。 探究新知——典例分析 【例2】(多选)下列关于传热的说法中正确的是 A.热量总是从内能大的物体传给内能小的物体 B.自然条件下热量总是从分子平均动能大的物体传给分子平均动能小的 物体 C.传热的实质是物体之间内能的转移，而能的形式不发生变化 D.只有通过传热的方式，才能使物体的温度发生变化 探究新知——典例探究 【解析】传热发生的条件是有温度差，自然条件下热量总是从温度高的物体传到温度低的物体，温度是分子平均动能的标志，分子平均动能大，温度就高，故A错误，B正确； 传热是物体间内能转移的过程，能量的形式始终为内能，C正确； 做功和传热都能使物体的温度发生变化，D错误。 探究新知——典例分析 【例3】(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法正确的是 A.一定是物体放出了50 J的热量 B.一定是物体吸收了50 J的热量 C.一定是物体的分子动能增加了50 J D.物体分子的平均动能可能不变 探究新知——典例探究 【解析】在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加50 J，一定是吸收了50 J的热量，故A错误，B正确； 物体内能包括所有分子热运动的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J，物体分子的平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能，故C错误，D正确。 课堂小结 功、热 和内能 的改变 焦耳的实验 外界对物体做功，物体内能增加 热与内能的变化 热传递的三种方式：热传导、对流、辐射 单纯传热时，ΔU=Q 功与内能的变化 内能 宏观定义 绝热过程中，ΔU=W 微观定义 决定内能大小的因素 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 $