1、人教版高中物理選擇性必修3第3章第1節(jié)功、熱和內(nèi)能的改變教學(xué)設(shè)計(jì)課題 功、熱和內(nèi)能的改變單元3學(xué)科物理年級高二學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念:知道焦耳的兩個實(shí)驗(yàn)，功與內(nèi)能改變及熱與內(nèi)能改變的數(shù)量關(guān)系。科學(xué)思維:掌握焦耳的兩個實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)，理解功、熱和內(nèi)能改變的關(guān)系，會解釋相關(guān)的現(xiàn)象，分析相關(guān)的問題。科學(xué)探究:掌握兩個實(shí)驗(yàn)的探究過程，利用“做一做”體驗(yàn)功與內(nèi)能改變的關(guān)系，學(xué)會觀察與操作并與他人合作交流，提高實(shí)驗(yàn)技能。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:理解功、熱與內(nèi)能改變的實(shí)質(zhì)，實(shí)事求是，培養(yǎng)積極探究科學(xué)的興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。重點(diǎn)掌握焦耳的兩個實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)，理解功、熱和內(nèi)能改變的關(guān)系，會解釋相關(guān)的現(xiàn)象，分析相關(guān)的問題。難點(diǎn)掌握焦耳的

2、兩個實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)，理解功、熱和內(nèi)能改變的關(guān)系，會解釋相關(guān)的現(xiàn)象，分析相關(guān)的問題。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課引入： 冬天搓手可使雙手變暖；向手吹氣也可使雙手變暖，是什么原因使溫度發(fā)生了變化呢？完成搓手活動。 通過課堂小活動，體會搓手讓雙手變暖的過程，激發(fā)興趣，引入課題。講授新課演示:在有機(jī)玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅速壓下筒中的活塞,觀察筒底物品的變化.這個實(shí)驗(yàn)說明了什么？一、焦耳的實(shí)驗(yàn)1818年12月24日生于英國曼徹斯特 ，起初研究電學(xué)和磁學(xué). 1840年在英國皇家學(xué)會上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律.焦耳測量了熱與機(jī)械功之間的當(dāng)量關(guān)系熱功當(dāng)

3、量，為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).實(shí)驗(yàn)一：對系統(tǒng)做機(jī)械功重物下落帶動輪葉旋轉(zhuǎn)，通過攪拌對絕熱容器內(nèi)的液體做功，使液體升溫，即狀態(tài)發(fā)生變化.結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的.實(shí)驗(yàn)二：對系統(tǒng)做電功電流通過電熱絲使絕熱 容器內(nèi)的液體溫度升高.結(jié)論：對同一系統(tǒng)，在絕熱過程中只要所做的電功相同，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同.思考：焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)和電流熱效應(yīng)給水加熱的實(shí)驗(yàn)中做功的方式相同嗎？你能得出什么結(jié)論？在各種不同的絕熱過程中，如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2，所需外界做功的數(shù)量是相同的.也就是說，在各種不同的

4、絕熱過程中，要使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個狀態(tài)決定，與做功方式無關(guān).絕熱過程：系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫做絕熱過程.在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個狀態(tài)決定，不依賴于做功的具體過程和方式。類比思考：哪些力做功僅由物體的起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個位置決定，與物體的運(yùn)動路徑無關(guān)？二、內(nèi)能1、任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系.我們把這個物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能.思考：我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)過內(nèi)能的概念是什么呢？當(dāng)時(shí)講的內(nèi)能的變化與

5、什么有關(guān)？而這一致嗎？有何關(guān)系？宏觀定義（熱力學(xué)對內(nèi)能的定義）：任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的一種能量，這種能量叫做系統(tǒng)的內(nèi)能。微觀定義（分子動理論對內(nèi)能的定義）：物體中所有分子的熱運(yùn)動動能和分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。2、當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的增加量U=U2-U1就等于外界對系統(tǒng)所做的功W，即U=W.拓展思考：在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對外界做功呢？三、功與內(nèi)能的改變實(shí)驗(yàn)錄像：鉆木取火演示：在燒瓶里加入水，水的上方有水蒸氣.用帶孔橡皮塞把瓶口塞住，向瓶內(nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時(shí)，觀察瓶內(nèi)的變化.1、實(shí)

6、驗(yàn)研究的對象是瓶中的氣體與打氣筒中的氣體，那么我們的系統(tǒng)也就是這二部分氣體.2、呈現(xiàn)霧狀3、空氣對活塞做功，內(nèi)能減少，溫度降低，使水蒸氣液化成小水珠.小結(jié)：功和內(nèi)能變化的關(guān)系做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度(1)外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加在絕熱過程中，內(nèi)能的增量就等于外界對系統(tǒng)做的功即UU2U1W.(2)系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做多少功，內(nèi)能就減少多少，即WU.課堂練習(xí)1、地面附近有一正在上升的空氣團(tuán)，它與外界的熱交換忽略不計(jì)已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該空氣團(tuán)在上升過程中(不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢能) ()A體積減小，溫度降低 B體積減小，溫度不

7、變C體積增大，溫度降低 D體積減小，溫度不變解析：壓強(qiáng)減小，體積增大，對外界做功，內(nèi)能減小，U=W，動能減小，溫度降低觀察生活中常見的熱傳遞現(xiàn)象熱傳遞的三種方式四、熱與內(nèi)能的改變系統(tǒng)吸熱：U增加系統(tǒng)放熱：U減小U=Q熱量：在單純的熱傳遞過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，離開熱傳遞的過程講熱量沒有意義，過程量。做功和熱傳遞的區(qū)別1、內(nèi)能改變多少的度量方式不同。2、改變內(nèi)能的本質(zhì)不同。3、改變內(nèi)能的效果是等效的。課堂練習(xí)2、(多選)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是()A質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同B氣體溫度不變，整體運(yùn)動速度越大，其內(nèi)能越大C氣體被壓縮時(shí)，內(nèi)能可能不變D一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只

8、與溫度有關(guān)E一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內(nèi)能一定增加解析：質(zhì)量與溫度都相同的不同理想氣體，分子的平均動能相同，但氣體的摩爾質(zhì)量不同，因此分子個數(shù)不同，氣體的內(nèi)能不同，A錯誤；氣體的溫度不變，氣體分子的平均動能不變，內(nèi)能不變，整體運(yùn)動速度增大，內(nèi)能也不會改變，B錯誤；氣體被壓縮時(shí)，如果同時(shí)放熱，放出的熱量等于外界對氣體做的功，則氣體內(nèi)能不變，C正確；一定量的某理想氣體，氣體分子的分子勢能為零，內(nèi)能等于所有分子的動能之和，分子數(shù)一定，總動能只與溫度有關(guān)，D正確；一定量的某種理想氣體，由理想氣體狀態(tài)方程可知，在等壓膨脹過程中，氣體壓強(qiáng)不變，體積增大，溫度升高，內(nèi)能增加，E正確答案：CDE觀

9、察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。了解焦耳實(shí)驗(yàn)的意義。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完成思考題。思考熱力學(xué)對內(nèi)能的定義和分子動理論中對內(nèi)能的定義的聯(lián)系和區(qū)別。思考內(nèi)能與做功之間的關(guān)系。觀看實(shí)驗(yàn)錄像。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考問題：1.系統(tǒng)指的是什么？2.出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？3.為什么會呈現(xiàn)霧狀？完成課堂小結(jié)。完成課堂練習(xí)。觀察和回憶生活中的常見現(xiàn)象。總結(jié)熱與內(nèi)能改變之間的關(guān)系。完成課堂練習(xí)。結(jié)合課前動手小活動，嘗試解釋出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。了解相應(yīng)的物理學(xué)史，拓寬學(xué)生的知識面。歷史再現(xiàn)，將學(xué)生帶入到物理中去，帶到知識海洋里。讓學(xué)生學(xué)會通過實(shí)驗(yàn)類比，總結(jié)現(xiàn)象和規(guī)律。通過類比重力和電場力做功，理解熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程。提

10、升學(xué)生在課堂上的思考容量，引出下一部分的內(nèi)容。一步步設(shè)置思考問題，讓知識循序漸進(jìn)。前面涉及到的現(xiàn)象和思考題目較多，增加課堂小結(jié)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生整理新知識。通過觀察和回憶生活中的常見現(xiàn)象。分析熱與系統(tǒng)內(nèi)能改變的關(guān)系。拓展提高1、下面例子中通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是()A.感到手冷時(shí),搓搓手就會覺得暖和些B.擦火柴時(shí),火柴頭上的紅磷溫度升高到紅磷的燃點(diǎn),火柴燃燒起來C.物體在陽光照射下溫度升高D.反復(fù)彎折一根鐵絲,彎折的部分溫度升高解析：A、B、D均是通過做功改變物體的內(nèi)能,C項(xiàng)是通過熱傳遞的方式來改變物體內(nèi)能,故C項(xiàng)正確。答案：C2、如圖所示,瓶內(nèi)裝有少量的水,瓶口已塞緊,水上方空氣中有水蒸氣,用

11、打氣筒向瓶內(nèi)打氣,當(dāng)塞子從瓶口跳出時(shí),瓶內(nèi)出現(xiàn)“白霧”,這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可以用下面三句話解釋:甲,水蒸氣液化成小水珠;乙,瓶內(nèi)氣體推動瓶塞做功;丙,內(nèi)能減小,溫度降低。三句話正確的順序是()A.甲、乙、丙 B.乙、丙、甲C.丙、甲、乙 D.乙、甲、丙解析：根據(jù)題意因果順序的順序?yàn)?空氣推動瓶塞做功空氣內(nèi)能減小溫度降低瓶內(nèi)水蒸氣液化成小水珠。答案：B3.如圖所示是古人鍛造鐵器的過程,關(guān)于改變物體內(nèi)能的方式,下列說法正確的是()A.加熱和鍛打?qū)儆跓醾鬟f,淬火屬于做功B.加熱屬于熱傳遞,鍛打和淬火屬于做功C.加熱和淬火屬于熱傳遞,鍛打?qū)儆谧龉.加熱和淬火屬于做功,鍛打?qū)儆跓醾鬟f解析：用鐵錘鍛打鐵器,鐵器會發(fā)熱,屬于做功改變物體內(nèi)能;用火對鐵器加熱,鐵器從火中吸收熱量,把鐵器放在水中淬火