高中物理 3.1 功、热和内能的改变教案 新人教版选择性必修第三册-新人教版高二第三册物理教案

功、热和内能的改变

【教学目标】

一、知识与技能

1．知道绝热过程的含义。

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之间的关系。

4．知道热传递过程中，物体吸收（放出）热量，温度升高（降低），内能改变。

5．了解热量的概念，热量的单位是焦耳。

二、过程与方法

1．通过观察、思考，知道物体的内能是系统的一个状态量。

2．通过探究活动，培养学生的实验探究能力、提高学生科学思维水平。

3．通过类比方法，帮助学生建立内能的概念。

三、情感、态度与价值观

1．通过主动参与学习活动，激发学生学习物理的兴趣。

2．通过实验活动，培养学生的实事求是的科学态度。

【教学重点】

1．做功与内能改变关系的探究。

2．热量与内能改变关系的探究。

3．内能概念的建立。

【教学难点】

内能概念的建立。

【教学过程】

一、新课导入

指导学生实验：冬天手冷，通常采取什么办法变暖和？

演示实验：活塞快速压缩气体，猜猜会发生什么？

指导学生实验：没有热源，有什么办法让桌子上的铁丝变热？

演示实验：铜管中的气体被橡皮塞密封，给你一条绳子，有没有办法把橡皮塞弹开？

引出猜想：做功可改变物体的热学状态。

二、新课教学

（一）焦耳的实验

1．提出问题：如何探究做功和系统热学状态改变之间的确切关系呢？

①用什么物理量标识热学状态？

②我们应该选择固、液、气哪个系统研究比较好？为什么？

③手举量热器量筒，问：放入水后，还需什么器材？

④问：温度可以用温度计监测了，装置完善了吗？

⑤问：如何做功呢？用什么方式做功呢？

⑥讨论：我们该如何设计机械做功呢？用手搅拌吗？

2．焦耳实验一（机械做功）

①焦耳实验是如何测定做功的？

②这个实验需要满足什么条件？

③焦耳实验是如何准确测量做功的？

④我们需要记录哪些实验数据？表格怎么设计？

⑤介绍这个实验的结论。

系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。

重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。

结论：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。

3．焦耳实验二（电流做功）

①如何设计电流做功？

②这个实验需要满足什么条件？

③如何准确测量电流做功的？

④介绍：当时条件所限，焦耳改用重物带动发电机做功来实现。

⑤介绍这个实验的结论。

电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升高。

结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。

4．引导得出实验结论：

对于绝热系统，从状态1到状态2，做功的值是一个定值，与具体做功的过程、方式无关。

（二）功与内能的改变

组织讨论：从状态1到状态2，系统做的功是定值，与做功的过程、方式无关，这说明了什么？

我们有没有类似的经验：确定了初状态、末状态，中间做功就是定值了，跟做功方式无关了？

分析动能定理、动量定理、重力势能，思考确定初末状态后，过程量也被唯一确定了。

引导学生得出：一个状态存在一个特定的物理量，此物理量应该是能量。

引导建立内能概念

1．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。

得出功和内能改变关系：

当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△??=??2−??1就等于外界对系统所做的功??，即△??=??。

2．利用功和内能变化规律解释现象

（1）组织学生实验：橡皮筋做功

①拉伸橡皮筋，触碰，感受温度变化；

②拉升状态的橡皮筋收缩，触碰，感受温度变化；

③组织学生解释现象。

（2）两位同学上台演示实验：可乐瓶充气

①高个子同学打气，矮个子同学固定打气筒；

②现象：橡皮塞弹开，可乐瓶里充满白雾。

总结：做功可以改变系统的内能。功是系统内能转化的量度。

（1）外界对系统做功，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。即Δ??＝??2－??1＝??。

（2）系统对外界做功，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，即??＝Δ??。

例题1：下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

答案：A

例题2：地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计气团内分子间的势能）（）A．体积减小，温度降低

B．体积减小，温度不变

C．体积增大，温度降低

D．体积减小，温度不变

答案：C

（三）热与内能的改变

1．热传递定义

师：有热从高温端传到低温端，究竟有多少热过去？我们把这个量称为热量。热量从高温端传到低温端的过程叫热传递。

2．热传递的方式

展示实验：现场制造大火

烧烤金属丝并引导：在金属丝里传递热量的方式叫热传导。

提问：上方空气也热，热量是怎么传上来的？

通过冷热空气对流将热量传递上来的，这叫热对流。

提问：在火的侧边也能感受到热，热量又是怎么过来的？

主要不是热对流，是热辐射，什么叫热辐射？高温炽热的物体向外向外辐射电磁波，也叫红外线，它有显著的热效应，被我们人体接收到就会感受到热，所以热辐射是高温炽热的物体向外辐射电磁波的过程。

教师总结：热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。

分析三种方式的特点：

热传导：热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等。

热对流：靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式。

热辐射：热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强。

3．感知热传递过程

提问：热传递过程究竟是怎么进行的，热量又是如何从高温端传到低温端的？我们能否亲眼见证传热过程？

引导：热传递过程最明显的痕迹是什么？

生：温度变化

引导提问：感知到温度变化也就间接感受到了热传递，有什么办法可以感知到温度变化？

生：温度计（操作性不行）

（1）演示实验（一）

实验器材：感温勺子、冰淇淋