3.1 功、热和内能的改变 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

《功、热和内能的改变》教学设计 教材分析  1.本节在新教材中的地位：本节内容分为三个部分：一是焦耳实验；二是功与内能的改变；三是热与内能的改变。本节内容主要是为热力学第一定律打下基础。焦耳的实验是热力学实验的奠基性实验，在物理学史上具有特殊的地位。本节从焦耳的实验出发，介绍了19世纪30年代焦耳所做的功与热的等效性实验。通过对实验结论的深入归纳后，引入系统内能的概念，最终得出功与系统内能变化之间的关系。 2.知识特点:本节知识内容比较抽象，涉及的物理概念比较多，例如功、热、系统、内能等准确理解这些概念，对正确把握本节内容和后续学习内容来说尤为重要。本节知识本身难度不大，因此，本节课应重点激发学生学习兴趣，体验科学探究的过程，进一步提升科学思维能力。 3.新旧教材对比：本节在2003版人教版教材中位于选修3-3第三章（总第十章）第1、2节，两个版本教材进行对比，内容安排变化较大，老教材中两节内容新教材合并为一节，（删掉了老教材第2节科学漫步中热质说和热动说以及伦福德的炮筒镗孔实验，转移到新教材第2节）。由于以前是三本选修教材或者两本选修教材选一本教材考查，现在新教材选择性必修三本书都要考查，新教材对热学和原子物理知识压缩和删减的比较多，新教材的这一调整使知识更有连贯性和完整性，更符合学生认知规律。 学情分析  1.学生学习知识基础： 初中教材人教2011课标版九年级全一册第一章（总第十三章）第二节内能中已经使学生从微观角度了解了内能的概念以及改变物体内能的两种方式做功和热传递。高中教材选择性必修三第一章分子动理论进一步层次高于初中从微观角度提出了内能的概念。 2.学生学习能力基础：学习本节课的学生经过接近两年高中物理学习已经初步形成物理思维，能够运用理性的思维来接纳知识。 教学目标  物理观念： 1.知道功、热量和内能的概念。 2.理解做功与内能的改变和传热与内能的改变的关系。 科学思维： 1.通过对焦耳的两个实验的分析，体会并归纳其科学的研究方法。进一步强化控制变量的思想方法。 2.会用功能关系构建内能的（宏观）概念，进一步体会类比学习的方法。 科学探究： 通过生活现象、演示实验、学生分组实验等环节，使学生基于观察和实验提出物理问题，形成初步猜想设计初步方案，体会科学探究的过程。观察演示实验的现象，基于证据得出结论并作出解释。 科学态度与责任： 通过观察和动手做实验，激发对自然界的好奇心，能够增强对物理的兴趣，逐渐形成探索自然的内在动力。通过焦耳的两个典型实验的分析以及对焦耳持续近40年的400多次实验的介绍，体会严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。 教学重点  1.焦耳的实验。 2.构建内能的宏观概念。 3.功与内能的关系。 4.热与内能的关系。 教学难点  1.焦耳的两个实验 。 2.用类比学习方法构建内能的宏观概念 。 教学流程       提出猜想 理解热量的概念，热量与内能对比理解，总结热量正负号的物理意义 得出内能的改变与传热的关系 观察生活现象 演示实验 类比学习方法：构建内能的概念 实验总结 焦耳实验分析 一个生活现象 一个演示实验 一个学生分组实验 解释实验现象，总结功正负号的物理意义 得出内能的改变与做功的关系 实验探究设计方案 教学过程  一、新课引入 1.生活现象：冬季搓手取暖。2.演示实验：空气压缩引火。3.学生分组实验：弯折铁丝发热。 得出结论：做功可以改变物体的热力学状态。 二、新课教学 提出问题：做功与物体热力学状态改变之间的确切关系是什么？ 引导学生设计实验方案，探究做功与物体热力学状态改变之间的确切关系。 【该用什么物理量来标识热状态？测温工具？研究对象选择固体液体还是气体？对液体或气体做功，做功值应可被测量。可选择机械做功或者电流做功。】 介绍物理学史：1840年开始的近40年中，焦耳进行了400多次实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热量的相互关系。 分析焦耳的两个实验： 实验条件：绝热过程 数据记录： W 0 W1 W2 … T T0 T1 T2 … 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，即系统状态变化是相同的。 实验条件：绝热过程 数据记录： W T 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。 规律总结：大量实验研究表明，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，所需外界做功数量是相同的。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，而与做功的方式无关。 类比重力做功与重力势能改变量之间的关系（功能关系），得到内能的宏观概念。 功与内能的改变 1.内能的定义：系统在某一热力学状态所具有的能量，叫内能。 2.理解 （1）系统在确定的热学状态下，有确定的内能；状态改变，内能也将改变。 （2）在绝热过程中，系统内能改变等于外界对系统所做的功。 演示实验：向装有少量水的密闭圆柱容器打气，打到一定程度，气体使橡胶塞跳出。 观察实验现象并做出解释，引出功符号正负的规定： 外界对系统做功，取正值，内能增加 系统对外界做功，取负值，内能减小 观察生活现象，认识热传递现象。 热与内能的改变 1.热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。 2.外界对系统做功可以改变系统的热力学状态，而单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态。 3.热量是在单纯传热过程中系统内能变化的量度。 4.对热量的理解：过程量，只能表述为传递了多少热量，不能说某系统有多少热量。 5.Q符号正负的规定：系统吸热，Q为正；系统放热，Q为负。 6.做功时，内能与其他形式的能（如内能与机械能、内能与电能）发生转化，而传热只是不同物体（或同一物体的不同部分）之间内能的转移。 【小结】  【作业】  教材P49练习与应用T2、T3、T4 板书设计 §3.1 功、热和内能的改变 一、焦耳的实验 二、功与内能的改变 外界对系统做功，取正值，内能增加； 系统对外界做功，取负值，内能减小。 三、热与内能的改变 系统吸热，Q为正，内能增加； 系统放热，Q为负，内能减小。 教学反思  学科网（北京）股份有限公司 $