功和内能 教案.pdf

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 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、三维目标 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，