第十章熱力學定律單元教材分析本章以焦耳的實驗為基礎，研究了功和內能變化、熱和內能變化之間的關系，總結出做功和熱傳遞是改變系統內能的兩種方式，兩種方式對改變物體的內能是等效的，但是這兩種方式又存在著重要區別。在此基礎上，進一步提出了熱力學第一定律和能量守恒定律。能量守恒定律使我們認識到“第一類永動機”不可能制成，使我們認識到一切與熱現象有關的客觀自然過程都是不可逆的，熱力學第二定律就是反映這種宏觀自然過程的方向性的定律。熱力學第二定律的兩種表述是等價的，同時又使我們認識到“第二類永動機”也不可能制成。熵的概念使我們認識到熱力學第二定律的微觀本質，能量在數值上雖然守恒，但其轉移和轉化卻具有方向性，因而我們要合理開發能源，要節約能源，減小能源利用過程中對環境的破壞，保護環境，樹立可持續發展的觀念，開發清潔、高效的新能源。本章的特點是要求學生有較強的理論聯系實際的能力，在學習過程中，不斷提高理解能力、分析能力；會用熱力學第一定律分析系統內能的變化，會用能量守恒觀點解釋有關的自然現象，了解熵是反映系統無序程度的物理量。第一節功和內能教學目標：（一）知識與技能1、了解焦耳的熱功當量實驗，明確實驗原理。2、理解內能的概念，并了解功是能量改變的量度。（二）過程與方法通過實驗探究、知識類比方法分析來理解內能與功的實質關系。（三）情感、態度與價值觀物質之間的變化是萬千的，它們既相互聯系，又相互影響。通過焦耳熱功當量的實驗培養我們去探索自然、認識自然的興趣。教學重點：知道功與內能改變的關系。教學難點：1.內能的改變與做功的方式無關，僅與做功的數量有關。2.內能宏觀概念的建立。教學方法：觀察、實驗、閱讀、討論和講解法教學用具：壓縮空氣引火儀，電水壺，溫度傳感器，保鮮膜，毛巾，無色飲料瓶，橡膠瓶塞，打氣筒等，投影儀、投影片。教學過程：（一）提問、演示實驗引入新課提問：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生了變化呢？學生思考并回答：做功和熱傳遞能改變物體的內能。［演示實驗］壓縮空氣引火實驗。出示壓縮空氣引火器，簡單介紹它的構造。取一小塊干燥硝化棉，用鑷子把棉花拉得疏松一些，放入玻璃筒底。將活塞涂上少許凡士林（起潤滑和密封作用），放入玻璃筒的上口。此時要提醒學生注意觀察筒內的棉花。迅速地壓下活塞，可看到硝化棉燃燒發出的火光。實驗后，組織學生議論“實驗現象說明了什么”，從而得出壓縮空氣做功，使空氣內能增大，溫度升高引起棉花燃燒。總結：物體的內能跟物體的溫度有關，溫度越高，物體的內能越大。也就是說當物體的溫度發生了變化時，它的內能就發生了變化。如何改變物體的溫度，同學們能夠從生活實際上舉出許多的事例。今天我們先研究一種改變內能的方法――做功。（二）新課教學1、焦耳的實驗教師：從19世紀以來，人們就逐漸認識到通過做功和熱傳遞兩種方式都可以使熱學狀態發生改變。下面我們就從焦耳的兩個代表性實驗來看狀態的改變。實驗一：焦耳熱功當量的實驗教師：（投影教材50頁圖10.1－2）介紹實驗裝置和實驗過程。讓重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升。如圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，容器中安裝著葉片組成的攪拌器。重物下落時帶動葉片轉動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升。在這個過程中，系統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。多次實驗表明：只要所做功相同，系統狀態的改變就相同，與懸掛物的質量和下落的高度無關。實驗二：電流熱效應給水加熱實驗演示實驗：電水壺給水加熱，用保鮮膜和毛巾隔熱，用溫度傳感器描繪溫度隨水變化的圖像，結果為溫度變化與時間成正比例關系。這表明，對同一個系統，如果過程是絕熱的，那么不管通過電阻絲的電流或大或小、通電時間或長或短，只要所做的電功相等，則系統溫度上升的數值是相同的，即系統的狀態變化相同。結論：通過以上兩個實驗，說明，在各種不同的絕熱過程中，系統狀態的改變與做功方式無關，僅與做功數量有關。教師：（投影教材51頁圖10.1－3）介紹實驗裝置和實驗過程。通過電流的熱效應給水加熱。如圖所示，正在降落的重物使磁電機發電，電流通過浸在液體中的電阻絲，引起液體溫度上升。向學生提問：焦耳為什么要將實驗設計為先將機械能轉化為電能再對絕熱容器內的液體加熱呢？學生思考討論回答：為了驗證機械運動、電磁運動和熱運動是可以相互轉化的。教師：焦耳實驗有重要的物理意義，為能量守恒定律奠定了基礎。2、內能教師：引導學生閱讀教材61頁有關內容，思考并回答問題。（1）從做功的角度，如何來定義系統的內能？（2）在絕熱過程中，怎樣計算內能的增量？學生：閱讀教材后回答問題。（1）定義：任何一個熱力學系統都必定存在一個只依賴于系統自身狀態的物理量，這個物理量在兩個狀態間的差別與外界在絕熱過程中對系統所做的功相聯系。我們把這個物理量稱為系統的內能。（2）計算式：當系統從狀態1經過絕熱過程達到狀態2時，內能的增加量就等于外界對系統所做的功W，即。教師：從微觀上看，物體發生宏觀位移時，其中所有分子將在無規則熱運動基礎上附加一個共同的有規則運動。在做功過程中，通過分子間的碰撞將有規則運動能量（宏觀上表現為機械能）轉變為分子無規則運動能量。3.［師生活動］例題1下圖為某種椅子與其升降部分的結構示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質量的氣體，M可沿N的內壁上下滑動，設筒內氣體不與外界發生熱交換，在M向下滑動的過程中()A．外界對氣體做功，氣體內能增大B．外界對氣體做功，氣體內能減小C．氣體對外界做功，氣體內能增大D．氣體對外界做功，氣體內能減小例題2地面附近有一正在上升的空氣團，它與外界的熱交換忽略不計．已知大氣壓強隨高度增加而降低，則該空氣團在上升過程中(不計氣團內分子間的勢能)()A．體積減小，溫度降低B．體積減小，溫度不變C．體積增大，溫度降低D．體積減小，溫度不變演示教材51頁“做一做”中的實驗，觀察瓶塞跳出時瓶內的變化；封住一部分霧，再向瓶內打氣時瓶內的變化。思考有關的問題，體會做功與系統內能變化的關系。學生課后交流，形成結論。課后利用微課對演示實驗現象進行分析并進行知識鞏固訓練練一練：1.如圖所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發生熱交換)容器中，容器內裝有一可以活動的絕熱活塞．今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小．若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體()A．溫度升高，壓強增大，內能減少B．溫度降低，壓強增大，內能減少C．溫度升高，壓強增大，內能增加D．溫度降低，壓強減，內能增加2.如圖所示，絕熱容器中間用隔板隔開，左側裝有氣體，右側為真空．現將隔板抽掉,使左側氣體自由膨脹直至達到平衡，則在此過程中(不計氣體的分子勢能)()A．氣體對外界做功，溫度降低，內能減少B．氣體對外界做功，溫度不變，內能減少C．氣體不做功，溫度不變，內能不變D．氣體不做功，溫度不變，內能減少（三）課堂總結本節課我們從宏觀角度學習了功與內能的關系，了解了焦耳的熱功當量實驗，