功和内能 教案

第一节功和内能教案

一、教材分析：

本节从演示实验出发，追溯到19世纪30年代的焦耳所做的研究功和内能的实验，引入系统内能的概念，最终得出做功与系统内能变化之间的关系。

二、三维目标

知识与技能

1．知道什么是绝热过程。

2．从热力学的角度认识内能的概念。

3．理解做功与内能改变的数量关系。

4．知道内能和功的单位是相同的。

过程与方法

从焦耳的实验理解功与内能变化的关系

情感、态度与价值观

通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，学习科学家探究过程的科学态度和科学精神。

三、教学重点、难点

重点：绝热过程中的功与内能的关系

难点：内能的概念

四、学情分析

本章的特点是要求学生有较强的理论联系实际的能力，在学习过程中，不断提高理解能力、分析能力；会用热力学第一定律分析系统内能的变化，会用能量守恒观点解释有关的自然现象，了解熵是反映系统无序程度的物理量。

五、教学方法：

实验、自主阅读与思考、小组讨论

五、课时安排：1课时

六、课前准备

预习学案阅读课本

七、课时安排 1课时

八、教学过程

（一）预习检查、总结疑惑

（二）情景引入、展示目标

课本演示实验或多媒体投放

观察，这个实验说明了什么？

（三）合作探究、精讲点播

我们知道能量的单位是焦耳，是以英国物理学家焦耳的名字命名的。1818年12月24日生于英国曼彻斯特，起初研究电学和磁学。 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。

1、焦耳的实验

阅读“焦耳的实验”，说出焦耳热功当量实验的原理？

回答：通过重物下落带动叶片搅拌容器中的水，由于叶片与水之间的摩擦而使水温升高。

要完成多次实验测量，可以改变什么呢？

回答：改变悬挂重物的质量和下落高度。

通过这个实验，焦耳的得出什么结论呢？

只要重力做的功相同，容器中水温上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。

说出焦耳的第二个实验原理？

回答：通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝，使液体温度升高。

要完成多次实验测量，可以改变什么呢？

改变电阻丝阻值，改变电流大小，改变通电时间。

焦耳的结论？

只要所做的电功相等，系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。

两个实验的做功方式有何不同？

一个是机械功，一个是电功。

两个实验装置有没有和外界交换能量？

没有，都是绝热过程。

说出实验结论，即做工与状态变化的关系？

在绝热过程中，系统从状态1到状态2，所需外界做功的数值是相同的，与做功的方式无关。

生活中还有哪些做功可以改变系统状态？请举例。

你能否定量测量做工与状态变化的关系呢？

从1840-1878年的近40年中，焦耳进行了400多次实验。焦耳把毕生精力都贡献给了科学事业，堪称后人的楷模。焦耳以精确地实验建立了热学中的功能关系。展现了实事求是，坚持真理的科学态度，和不畏艰辛、坚持不懈、勇于探索的科学精神。

几个概念

绝热过程：

系统：物理学中，通常把所研究的对象称为系统，热学研究的对象称为热力学系统，简称为系统。可分为三类：

孤立系统：与外界没有物质交换有没有能量交换的系统。

封闭系统：与外界只有能量交换但无物质交换的系统。

开放系统：与外界可以自由进行物质和能量交换的系统。

系统状态：指热平衡态。表征系统状态的物理量有压强、温度、体积、内能等。

2、内能

哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？

回顾重力势能的由来。重力做功只与物体的初末位置有关，与运动路径无关，人们认识到，物体在某位置具有特定的能量，重力势能。

类似，热力学系统的绝热过程中，从状态1状态2，所需外界做功的数值是相同的，与做功的方式无关。功是能量变化的量度。系统在某状态肯定对应着特定的能量，即任何热力学系统都必定曾在一个只依赖于系统自身状态的物理量，我们把它称为内能。

3、功与系统内能改变的关系。ΔU=U

2-U

1

=W

做功可以改变系统的内能。

(１)对系统做功，W>0, ΔU>0,系统的内能增加

在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功

（２）系统对外界做功，W<0, ΔU<0,系统的内能减少

在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少。

典型例题

例1 下列哪个实例说明做功改变了系统的内能

A.用热水袋取暖

B.用双手摩擦给手取暖

C.把手放在火炉旁取暖

D.用嘴对手呵气给手取暖

解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能。选项B正确。

答案：B

注意分清做功和热传递两个过程的不同

例2 一个系统内能增加了20J。如果系统与周围环境不发生热交换，周围环境需要对系统做多少功？

解析：由功与系统内能改变的关系，则W=ΔU=20J

答案：20J

注意功与内能改变的关系。

（四）反思总结、当堂检测

（五）发导学案、布置作业

九、板书设计：

一、焦耳的实验

结论：

绝热过程：

系统：

孤立系统：

封闭系统：

开放系统：

系统状态：

二、内能：