人教版 (2019)选择性必修 第三册1 功、热和内能的改变教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册1 功、热和内能的改变教学设计，共7页。教案主要包含了新课引入，新知探究，课堂小结，教学反思等内容，欢迎下载使用。
物理观念∶能建立功与内能的改变，热与内能的改变的意识。
科学思维∶具有从物理学的角度观察自然现象，将物理学与实际相联系的思维方式，知道做功和传热是改变内能的两种方式。
科学探究：探究焦耳的实验，知道做功和传热的等效性。
科学态度与责任∶理解物理概念的建立的过程和规律，培养学生的科学探究精神。
教学重难点
教学重点：功与内能的改变，热与内能的改变。
教学难点：内能概念的建立，功与内能的改变，热与内能的改变。
教学过程
【新课引入】
冷热变化是最早引起人们关注的自然现象之春夏秋冬，温暑凉寒，何时何处不与冷热相关?
本章就开始学习与热现象有关的知识。
在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被，点燃呢?你能解释这个现象吗?
若无演示可播放压燃实验视频。
分析：用活塞压缩空气对空气做功，空气内能增大，温度升高，达到燃点棉花燃烧。
经过长期的探索找到了，改变系统的热力学状态的方法：
①传热
②做功
【新知探究】
一、焦耳的实验
从 1840年开始，英国物理学家焦耳进行了多种多样的实验，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，以及功与热的相互关系。
1.实验一：对系统做机械功
实验装置：如图所示。
实验过程：重物下落时，会使搅拌器转动，由于发生了摩擦，所以水温上升。
实验结果：通过多次实验，焦耳发现在重物匀速下落时，只要重物的重力mg和下落高度h不变。那么测出的水温升高的幅度就相同。换句话说，水温的升高只与mgh的乘积有关。进一步分析，重物匀速下落，那mgh就是他对搅拌器做的功，而搅拌器克服水的摩擦力又做功，大小应该也和mgh相等。在这个过程中，水的温度上升代表内能增大，而升温的幅度相同，则证明水的内能增量相同。
实验结论：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。
但焦耳还不放心，如果换一种做功的形式，那结果还一样吗？
2.实验二：对系统做电功
实验装置：如图所示。
实验过程：重物下落带动发电机发电，电阻丝发热使水温上升。
实验结果：无论电流和电阻大或小，也不管通电时间长短，只要电阻丝做功，也就，W=I2Rt与重力做功mgh相等，那么水的升温幅度就相同，也就是水的内能增量相同。
实验结论：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。
注意：这两个实验都是在绝热过程中进行的。
绝热过程：指系统不从外界吸热，也不向外界放热。
3.焦耳的这些实验表明
在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。
思考：
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？
例如，在力学中，重力做的功仅由物体的起点和终点两个位置决定，而与物体的运动路径无关。根据这一事实人们认识到，物体具有重力势能。物体在两个位置间的重力势能之差等于物体在这这两个位置间移动时重力所做的功。还有电场力对应于电势能。
4.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，这个物理量在初末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。
思考：
我们曾经学习过内能的概念是什么呢？当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关系？
①宏观定义（热力学对内能的定义）：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一种能量，这种能量叫做系统的内能。
②微观定义（分子动理论对内能的定义）：物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
二、功与内能的改变
根据焦耳的实验，在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，那么内能的增加量，就等于外界对系统做的功。此时ΔU表示系统内能增量
ΔU=U2-U1
它就等于外界对系统所做的功W，即
ΔU=W
①外界对系统做功，那W>0，此时系统内能增加，ΔU>0。
例如：本节"问题"栏目中的实验就是这样的过程。在一个活塞上面放点儿棉花，猛压活塞会发现棉花热情的燃烧起来，这也就是因为活塞对气体做正功，气体温度升高内能增大，但这个系统近似于绝热状态，所以短时间内热量没法和外界交换，致使棉花燃烧。
②系统对外界做功，那W0
②物体放热，也就是Q