人教版 (新课标)选修31 功和内能教案设计
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第十章
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、教学目标
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=U2-U1=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:
三、功与系统内能改变的关系。ΔU=U2-U1=W
做功可以改变系统的内能。
1、外界对系统做功,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。
十、教学反思
1、焦耳的实验
2、绝热过程
3、物体内能的宏观描述
4、绝热过程中作功和内能的关系
物理选修31 功和内能教案及反思: 这是一份物理选修31 功和内能教案及反思
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