【核心素养】3.1功、热和内能的改变教案-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.1功、热和内能的改变 教案 【教材分析】 （一）教材分析 本节教材主要介绍了内能的概念和改变内能的两种方式———做功和热传递。从焦耳的实验得出在绝热情况下外界做功相同，那么物体的热学状态变化就相同，由此得出热力学的内能的概念。教材通过讨论、再分析推理，最后得出功、热与内能变化的关系。本节课的教学属于物理基本概念及通过实验和小组讨论得出基本规律和方法的教学。 【教学目标】 （一）教学目标 物理观念:知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系。 科学思维:掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象，分析相关的问题。 科学探究:掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能。 科学态度与责任:理解功、热与内能改变的实质，实事求是，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情。 【教学重难点】 （一）教学重难点 【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。 【新课导入】 （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。 【新课讲解】 （一）焦耳的实验 焦耳的实验 1．系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程叫做绝热过程．如热学过程经历的时间极短，这样的过程可近似提成为绝热过程。 2．要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与做功方式无关． 内能 1．内能的概念 物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。 2．对内能的理解 (1)微观：所有分子的动能和势能之和． (2)宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量． (3)内能是状态量． 3．决定内能大小的因素 (1)物体的内能大小和分子数、温度及体积(微观表现就是分子间的距离)有关。 (2)理想气体的内能只由温度决定，只是温度的函数。 4．内能的另一种定义 任何一个热力学系统都存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，我们把它称之为系统的内能． 5．内能与机械能的区别和联系 (1)区别：内能与机械能是两个不同的概念．对应着不同的运动形式。 (2)联系：在一定条件下可以相互转化，且总量保持不变． 焦耳的实验 师：内能和机械能之间可以相互转化，说明热量和做功之间肯定存在一定的联系，这个联系是什么 焦耳虽然已经有了假设，但是该怎么用实验来进行验证呢 如果你们是焦耳的话，遇到这种情况该怎样设计实验验证功与热量的关系呢 绝热过程：系统不从外界吸收热量，也不向外界放热，这样的过程叫作绝热过程。 实验1：用绝热性能良好的材料制作容器，容器中安装着叶片组成的搅拌器。重物下落时带动叶片转动，搅动容器中的水，水由于摩擦而温度上升。 结论：力做功可以使物体的温度升高，只要力所做的功相同，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。 实验2：让正在下降的重物带动发动机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体的温度升高。 结论：电流做功可以使得物体的温度升高，只要所做的电功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态发生了同样的变化。 实验3:取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气，直至橡胶塞跳出瓶口，可以观察到瓶内出现白色的烟雾，让学生解释在这个过程中能量进行了怎么样 ... ...