功、熱和內(nèi)能的改變+教學設計 高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

3.1《功、熱和內(nèi)能的改變》教學設計教學目標物理觀念1.知道絕熱過程的含義。2.從熱力學的角度認識內(nèi)能的概念。3.理解做功與內(nèi)能改變之間的關系。4．知道熱傳遞過程中，物體吸收（放出）熱量，溫度升高（降低），內(nèi)能改變?？茖W思維與實驗探究1．通過觀察、思考，知道物體的內(nèi)能是系統(tǒng)的一個狀態(tài)量。2．通過探究活動，培養(yǎng)學生的實驗探究能力、提高學生科學思維水平。3．通過類比方法，幫助學生建立內(nèi)能的概念?？茖W態(tài)度與責任1．通過主動參與學習活動，激發(fā)學生學習物理的興趣。2．通過實驗活動，培養(yǎng)學生的實事求是的科學態(tài)度。教學重點1．做功與內(nèi)能改變關系的探究。2．熱量與內(nèi)能改變關系的探究。3．內(nèi)能概念的建立。教學難點內(nèi)能概念的建立。學習過程一、新課導入布置了一個家庭作業(yè)，用一張A4紙打開可樂罐，上課時兩個學生演示實驗：老師：問打開的可樂的為什么可以做到？再問沒打開的為什么沒打開？學生：打開者：快速摩擦，瓶蓋產(chǎn)生熱量，熱量傳給瓶中氣體，氣體升溫膨脹，就頂開了。沒打開著：摩擦太慢了，熱量散失到空氣中，傳遞給瓶中氣體的熱量就很少了。二、新課教學老師：這個實驗充分說明：為了使系統(tǒng)的熱力學狀態(tài)發(fā)生變化既可以向它傳熱,也可以對它做功。實際上19世紀30年代，人們已經(jīng)意識到這一現(xiàn)象了，那么問題是：做功和傳熱是否具有等效性，定量關系如何呢？為了解決這個問題，從1840年開始，焦耳用近四十年的時間做了大量實驗，焦耳實驗的核心是研究做功對熱力學狀態(tài)的影響，我們知道系統(tǒng)與外界的傳熱也能改變，所以我們首先要把誰控制住?學生：傳熱老師：所以用什么方法做實驗：學生：控制變量法老師：焦耳本著控制變量的思想設計了絕熱過程：系統(tǒng)不從外界吸熱，也不向外界放熱。同學們思考一下，這個過程能實現(xiàn)嗎？學生：不能老師：所以它是一個。。。。學生：理想化模型老師：焦耳在盡量達到絕熱狀態(tài)下做了大量實驗，其中有兩個最具代表性。請同學們P46頁第二段至P47第四段課文并思考以下問題：（一）焦耳的實驗1．焦耳實驗一（機械做功）①焦耳實驗原理是什么？②實驗需要滿足什么條件？③實驗的結(jié)論是什么？2．焦耳實驗二（電流做功）①焦耳實驗原理是什么？②實驗需要滿足什么條件？③實驗的結(jié)論是什么？學生：對照ppt中的焦耳實驗的圖片上講臺為同學們講解以上三個問題。3．老師：把兩個實驗放在一塊，重新審視一下結(jié)論，讓學生發(fā)現(xiàn)它們的共性設計意圖：讓學生學會通過實驗類比，總結(jié)現(xiàn)象和規(guī)律。實驗結(jié)論實驗一：對系統(tǒng)做機械功重物下落帶動輪葉旋轉(zhuǎn)，通過攪拌對絕熱容器內(nèi)的液體做功，使液體升溫，即狀態(tài)發(fā)生變化.結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的.實驗二：對系統(tǒng)做電功電流通過電熱絲使絕熱容器內(nèi)的液體溫度升高.結(jié)論：對同一系統(tǒng)，在絕熱過程中只要所做的電功相同，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同.4.內(nèi)能的宏觀定義：利用類比法從重力勢能的定義推理論證出內(nèi)能的概念即：任何一個熱力學系統(tǒng)必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的一種能量，我們把這種能量叫做系統(tǒng)內(nèi)能（二）功與內(nèi)能的改變1.根據(jù)內(nèi)能的定義，在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中當系統(tǒng)從狀態(tài)1達到狀態(tài)2，內(nèi)能的變化量：2.在絕熱過程中：外界對系統(tǒng)做功W，內(nèi)能怎樣變化？變化了多少？系統(tǒng)對外界做功W，內(nèi)能怎樣變化？變化了多少？3.分組實驗且思考討論以下問題：1.觀察熱力學系統(tǒng)的實驗現(xiàn)象、并解釋。2.實驗操作過程中的注意事項有哪些？學生：實驗展示，解釋實驗現(xiàn)象，說注意事項和實驗中的困難。老師：剛才同學們分享了在實驗中的不易，這還是在我告訴你怎么做的前提下做的實驗，還會遇到各種各樣的問題。想想那些科學工作學者，是在沒有人給說思路沒有現(xiàn)成實驗儀器的情況下進行研究的，可見困難有多大啊。所以科學的道路是十分艱辛的，但也很有趣，希望同學們在以后多做一些這樣的小實驗，感受一下科學的魅力。（三）熱與內(nèi)能的改變老師：改變物體內(nèi)能不光可以做功，還可以熱傳遞，請同學們閱讀課文P49頁并思考以下問題：1．熱傳遞定義：2．熱傳遞的條件：3．熱傳遞的方式：4.單純的傳熱系統(tǒng)傳遞的是什么？內(nèi)能的變化量是多少？5.做功和熱傳遞的區(qū)別學生：回答以上問題。老師：為了加深理解我們再來看個微視頻。老師：好，同學們學會了嗎？我們小試一下吧。典例2.下列過程中,通過傳熱來改變物體內(nèi)能的有()A.用鋸子鋸木料,鋸條溫度升高B.擦火柴時,火柴頭燃燒起來C.搓搓手就感覺手暖和些D.陽光照射地面,地面溫度升高學生：D請學生回答并解釋。邏輯線索：使系統(tǒng)的熱力學狀態(tài)發(fā)生變化的做功和傳熱是否具有等效性（問題）焦耳的許多實驗證實了做功和傳熱的等效性（證據(jù)）做功或傳熱，系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生同樣的變化（解釋）給出內(nèi)能概念的科學定義（推理，論證）三、本節(jié)小結(jié)：老師：同學們我們一塊梳理一下本節(jié)課的邏輯思路：學生：梳理老師：同學們思考一下這四部那一步最重要？對，第一步，所以同學們在學習和研究中要有質(zhì)疑精神。以后等同學們上研究生博士時要讀大量的文獻目的就是尋找問題。同學們回顧一下，本節(jié)課我們利用了哪些方法進行學習的？學習了哪些知識？交流一下，我請一位同學來梳理一下。學生：梳理方法和知識。四、本節(jié)小測1.下列哪個實例說明做功改變了系統(tǒng)的內(nèi)能()A.熱水袋取暖B.用雙手摩擦給手取暖C.把手放在火爐旁取D.用嘴對手呵氣給手取暖2.如圖所示的實驗裝置中,把浸有乙醚的一小塊棉花放在厚玻璃筒內(nèi)底部,當很快向下壓活塞時,由于被壓縮的氣體驟然變熱,溫度升高達到乙醚的燃點,使浸有乙醚的棉花燃燒起來,此實驗的目的是要說明對物體()A.做功可以增加物體的熱量B.做功可以改變物體的內(nèi)能C.做功一定會升高物體的溫度D.做功一定可以使物態(tài)發(fā)生變化3.在絕熱過程中,外界壓縮氣體做功20J,下列說法正確的是()A.氣體內(nèi)能一定增加20JB.氣體內(nèi)能增加必定小于20JC.氣體內(nèi)能增加可能小于20JD.氣體內(nèi)能可能不變4.關于傳熱,下列說法正確的是()A.傳熱是高溫物體的溫度傳給低溫物體B.并不接觸的物體之間不會傳熱C.比熱容相同的物體之間不會傳熱D.溫度相同的物體之間不會傳熱5.下列情況通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是()A.在火爐上燒開一壺水B.柴油機的壓縮沖程C.用鋸子鋸木頭,鋸子會發(fā)熱D.用砂輪磨刀,刀具會變熱6.如圖所示為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖,M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體,M可沿N的內(nèi)壁上下滑動,設筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換,在M向下滑動的過程中()A.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能增大B.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能減小C.氣體對外界做功,氣體內(nèi)能增大D.氣體對外界做功,氣體內(nèi)能減小功、熱和內(nèi)能的改變課后反思本節(jié)課總體不難，它與第三節(jié)結(jié)合在一起，是為熱力學第一定律的學習打基礎的。1.物理學是一門以實驗為基礎的自然科學。在實際教學工作中應給學生以主動探究、自主學習的空間。功、熱和內(nèi)能的改變是一節(jié)比較適合采用探究式教學的內(nèi)容，使學生在探究過程中獲得知識、發(fā)展技能、培養(yǎng)能力特別是創(chuàng)新能力。2.學生的主要學習任務