資源簡介

3.1功、熱和內能的改變 教案
【教材分析】
（一）教材分析
本節教材主要介紹了內能的概念和改變內能的兩種方式——做功和熱傳遞。從焦耳的實驗得出在絕熱情況下外界做功相同，那么物體的熱學狀態變化就相同，由此得出熱力學的內能的概念。教材通過討論、再分析推理，最后得出功、熱與內能變化的關系。本節課的教學屬于物理基本概念及通過實驗和小組討論得出基本規律和方法的教學。
【教學目標】
（一）教學目標
物理觀念:知道焦耳的兩個實驗，功與內能改變及熱與內能改變的數量關系。
科學思維:掌握焦耳的兩個實驗的實質，理解功、熱和內能改變的關系，會解釋相關的現象，分析相關的問題。
科學探究:掌握兩個實驗的探究過程，利用“做一做”體驗功與內能改變的關系，學會觀察與操作并與他人合作交流，提高實驗技能。
科學態度與責任:理解功、熱與內能改變的實質，實事求是，培養積極探究科學的興趣，激發學習熱情。
【教學重難點】
（一）教學重難點
【教學重點】
1．做功與內能改變關系的探究。
2．熱量與內能改變關系的探究。
3．內能概念的建立。
【教學難點】
內能概念的建立。
【新課導入】
（一）新課導入
指導學生實驗：冬天手冷，通常采取什么辦法變暖和？
演示實驗：活塞快速壓縮氣體，猜猜會發生什么？
指導學生實驗：沒有熱源，有什么辦法讓桌子上的鐵絲變熱？
演示實驗：銅管中的氣體被橡皮塞密封，給你一條繩子，有沒有辦法把橡皮塞彈開？
引出猜想：做功可改變物體的熱學狀態。
【新課講解】
（一）焦耳的實驗
焦耳的實驗
1．系統不從外界吸熱，也不向外界放熱的過程叫做絕熱過程．如熱學過程經歷的時間極短，這樣的過程可近似提成為絕熱過程。
2．要使系統狀態通過絕熱過程發生變化，做功的數量只由過程始末兩個狀態1、2決定，而與做功方式無關．
內能
1．內能的概念
物體中所有分子的熱運動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內能。
2．對內能的理解
(1)微觀：所有分子的動能和勢能之和．
(2)宏觀：只依賴于熱力學系統自身狀態的物理量．
(3)內能是狀態量．
3．決定內能大小的因素
(1)物體的內能大小和分子數、溫度及體積(微觀表現就是分子間的距離)有關。
(2)理想氣體的內能只由溫度決定，只是溫度的函數。
4．內能的另一種定義
任何一個熱力學系統都存在一個只依賴于系統自身狀態的物理量，我們把它稱之為系統的內能．
5．內能與機械能的區別和聯系
(1)區別：內能與機械能是兩個不同的概念．對應著不同的運動形式。
(2)聯系：在一定條件下可以相互轉化，且總量保持不變．
焦耳的實驗
師：內能和機械能之間可以相互轉化，說明熱量和做功之間肯定存在一定的聯系，這個聯系是什么 焦耳雖然已經有了假設，但是該怎么用實驗來進行驗證呢 如果你們是焦耳的話，遇到這種情況該怎樣設計實驗驗證功與熱量的關系呢
絕熱過程：系統不從外界吸收熱量，也不向外界放熱，這樣的過程叫作絕熱過程。
實驗1：用絕熱性能良好的材料制作容器，容器中安裝著葉片組成的攪拌器。重物下落時帶動葉片轉動，攪動容器中的水，水由于摩擦而溫度上升。
結論：力做功可以使物體的溫度升高，只要力所做的功相同，容器內水溫上升的數值都是相同的，即系統狀態的變化是相同的。
實驗2：讓正在下降的重物帶動發動機發電，電流通過浸在液體中的電阻絲，由電流的熱效應給液體加熱，使液體的溫度升高。
結論：電流做功可以使得物體的溫度升高，只要所做的電功相同，容器內水溫上升的數值都是相同的，即系統狀態發生了同樣的變化。
實驗3:取一個透明塑料瓶，向瓶內注入少量的水。將橡膠塞打孔，安裝上氣門嘴，再用橡膠塞把瓶口塞緊，并向瓶內打氣，直至橡膠塞跳出瓶口，可以觀察到瓶內出現白色的煙霧，讓學生解釋在這個過程中能量進行了怎么樣的一個轉化。
以瓶內氣體為研究對象，橡膠塞跳出后，瓶內的氣體迅速膨脹，系統對外做功，因此，氣體的內能迅速減少，瓶內氣體溫度迅速下降，瓶內水蒸氣液化，就會出現大量的霧狀小水滴。
教師在實驗的基礎上引出內能的概念并說明內能跟哪些參數是有關的。
師：在熱力學系統的絕熱過程中，外界對系統做的功僅由過程的始、末兩個狀態決定，不依賴于做功的具體過程和方式。任何一個熱力學系統必定存在一個只依賴于系統自身狀態的物理量，這個物理量在兩個狀態間的差別與外界在絕熱過程中對系統做的功相聯系。鑒于功是能量變化的量度，所以這個物理量必定是系統的一種能量，我們把它稱為系統的內能。
（一）熱與內能的改變
熱量與功的比較
熱量和功，都是系統內能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量與一定量的功相當，但它們之間有著本質的區別．
(1)做功是其他形式的能與內能的相互轉化過程，內能的改變量可用做功的數值來量度．當物體的體積變小時，是外界對物體做功，外界對物體做時，物體的內能增加；當物體的體積變大時，是物體對外做功，物體對外界做功時，物體的內能減少。對于氣體而言P-V圖像中面積在數值上等于氣體對外界或外界對氣體所做的功。
(2)熱傳遞是物體間內能的轉移過程，內能的轉移量用熱量來量度，物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量內能減少．
【板書】
（一）板書
功、熱和內能的改變
1．內能的定義
微觀：系統中所有分子熱運動的動能和分子間的相互作用勢能的總和叫作系統的內能。
宏觀：任何一個熱力學系統必定存在一個只依賴于系統自身狀態的物理量，把它稱為系統的內能。
2．在絕熱過程中，外界對系統做功，系統的內能增加；系統對外界做功，系統的內能減少。功是能量轉化的量度。
3．ΔU＝Q。熱量是在單純的傳熱過程中系統內能轉移的量度。
4．傳熱與做功在改變系統內能上的異同
做功——內能與其他形式能的轉化；
傳熱——內能的轉移。
【課后反思】
（一）課后反思
本課比較難以講解的的是內能的概念，課本并沒有非常顯眼的標出內能的含義。而是要教師自己去總結給學生，在定義內能時就比較抽象。學生在分子動理論中已經學習過內能的概念，這也會造成輕視心理。那么我們就要明確說兩個內能的定義式一致的，一個從宏觀上去定義，一個是微觀上去定義。功與熱量都是內能變化的量度都是過程量，特別注意熱量的含義，注意與生活中的熱量對比。

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