1. 功、热和内能的改变（表格式教学设计）物理人教版选择性必修第三册

第1节 功、热和内能的改变 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第1节 功、热和内能的改变 教学 目标 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。 教学 重难点 1.功与热传递改变内能的等效性(重点)。 2.焦耳实验的原理与科学意义(重点)。 3.区分做功与热传递改变内能的本质差异(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：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？播放视频。 学生思考问题。 新课讲授 一、焦耳的实验 教师：回顾一下，改变系统内能的方法有哪些？ 学生：做功和热传递是改变系统内能的两种方式。 教师：播放视频。 实验一：对系统做机械功 （1）实验装置 （2）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。如图所示。 （3）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。 （4)状态变化过程 绝热过程：系统状态变化过程中，系统不从外界吸热，也不向外界放热。 （5)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。 实验二：对系统做电功 （1)实验装置 （2)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。如图所示。 （3)焦耳的多次实验测量结论 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。 师生：归纳总结 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。 (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。 学生思考并回答问题。 新课讲授 二、功与内能的改变 教师：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。播放视频。 学生：钻木取火的过程是对木块做功的过程，使木块内能增加。 教师：功与内能的改变 1.在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，它就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。 2.做功与内能变化的关系 (1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。 (2)在绝热过程中，外界对物体做功，则W＞0，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做功，则W＜0，物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。 教师：播放视频。 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。 【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。 学生思考并回答问题。 新课讲授 三、热与内能的改变 教师：“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中，人的身体并没有和炉子本身发生接触，为什么还能够感到温暖？现代取暖的方式主要是暖气，暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点？ 学生：炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖，是因为热量可以通过传热向外扩散，这和暖气的散热方式是相同的。 师生：归纳总结 1.传热 (1)条件：两个物体的温度不同。 (2)过程：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热从高温物体传到低温物体。 (3)传热的三种方式：热传导、热对流、热辐射。 2.热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)热与内能的改变 ①当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 ②理解：在单纯的传热过程中，系统从外界吸收热量，则Q>0，系统从外界吸收了多少热量，系统的内能就增加多少，系统向外界放热，则Q<0，系统向外界放了多少热量，系统的内能就减少多少。 【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 【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。 【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 【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。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 1.出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)(　　) A. 压强增大，内能减小 B. 吸收热量，内能增大 C. 压强减小，分子平均动能增大 D. 对外做功，分子平均动能减小 【解析】因储气罐内气体体积不变，故气体对外界不做功．罐内气体从外界吸收热量，气体体积及质量均不变，温度升高，分子平均动能增大，内能增大，压强变大．只有B正确． 2.拥有私家车的人越来越多，说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体达到其燃点，则(　　) A. 迅速向外拉活塞 B. 迅速向里推活塞 C. 缓慢向里推活塞 D. 缓慢向外拉活塞 【解析】气体被压缩时，外界对气体做功使其内能增大，气体膨胀时，气体对外做功内能减少。将装有汽油与空气的混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推，该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换，可以看作绝热过程，同时外界通过活塞对该气体做功，使该混合气体的内能增加，温度升高，从而达到汽油燃点，故B正确。 3.关于内能和热量，下列说法正确的是(　　) A. 一定质量的理想气体吸收热量，温度一定升高 B. 一定质量的理想气体，在体积不变时，吸收的热量等于内能的增加量 C. 物体运动得越快，物体的内能越大 D. 温度越高的物体，所含的热量越多 【解析】理想气体吸收了热量，内能不一定增加，所以温度不一定升高，A错误；体积不变时，外界对气体不做功，ΔU＝Q，故B正确；物体运动得越快，物体的动能就越大，内能的大小与物体的运动快慢没有关系，故C错误；热量是传热过程中传递能量的多少，不能用含有多少热量表示，故D错误。 4.用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子S，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时(　　) A. 氧气的温度不变 B. 氢气的压强增大 C. 氧气的体积减小 D. 氧气的内能变大 【解析】质量相同，则H2的分子数多，温度相同表明两气体分子平均动能相同，则H2压强大，释放后，活塞右移，H2体积变大，同时对O2做功，O2的温度升高，内能变大，故选CD。 5.(多选)夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是(　　) A. 气体的内能不变 B. 气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低 C. 气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了 D. 气体分子的平均动能减小 【解析】气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q＝0，对外做功，W＝ΔU，可知气体的内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，故B、D正确． 课 堂 小 结 板 书 设 计 第1节 功、热和内能的改变 一、焦耳的实验 1.绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 2.代表实验 (1)重物下落带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。 (2)通过电流的热效应给水加热，使水温上升。 3.实验结论：在各种不同的绝热过程中，系统状态变化相同，所需外界做功的数量是相同的，与做功的方式无关。 4.内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。 二、功与内能的改变 1.功与内能的改变 在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，它就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。 2.做功与内能变化的关系 (1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。 (2)在绝热过程中，外界对物体做功，则W＞0，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做功，则W＜0，物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。 3.功与内能的区别 (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化量越大时，相应地做功才越多。 三、热与内能的改变 1.传热 (1)条件：两个物体的温度不同。 (2)过程：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热从高温物体传到低温物体。 (3)传热的三种方式：热传导、热对流、热辐射。 2.热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)热与内能的改变 ①当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 ②理解：在单纯的传热过程中，系统从外界吸收热量，则Q>0，系统从外界吸收了多少热量，系统的内能就增加多少，系统向外界放热，则Q<0，系统向外界放了多少热量，系统的内能就减少多少。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套分层作业。 教学反思 学生在生活中对于热传递改变内能的体验较多，因此很容易理解热与内能改变的关系，但是在从生活体验上升到物理语言时，学生容易混淆功、内能、温度和热量这几个概念，因此在这一环节中，通过学生思考与讨论、教师纠正与点拨的过程可以帮助学生辨析概念，加深理解。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $