《1功和内能》教学设计(部级优课)x-物理教案

第十章热力学定律单元教材分析本章以焦耳的实验为基础，研究了功和内能变化、热和内能变化之间的关系，总结出做功和热传递是改变系统内能的两种方式，两种方式对改变物体的内能是等效的，但是这两种方式又存在着重要区别。在此基础上，进一步提出了热力学第一定律和能量守恒定律。能量守恒定律使我们认识到“第一类永动机”不可能制成，使我们认识到一切与热现象有关的客观自然过程都是不可逆的，热力学第二定律就是反映这种宏观自然过程的方向性的定律。热力学第二定律的两种表述是等价的，同时又使我们认识到“第二类永动机”也不可能制成。熵的概念使我们认识到热力学第二定律的微观本质，能量在数值上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性，因而我们要合理开发能源，要节约能源，减小能源利用过程中对环境的破坏，保护环境，树立可持续发展的观念，开发清洁、高效的新能源。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。第一节功和内能教学目标：（一）知识与技能1、了解焦耳的热功当量实验，明确实验原理。2、理解内能的概念，并了解功是能量改变的量度。（二）过程与方法通过实验探究、知识类比方法分析来理解内能与功的实质关系。（三）情感、态度与价值观物质之间的变化是万千的，它们既相互联系，又相互影响。通过焦耳热功当量的实验培养我们去探索自然、认识自然的兴趣。教学重点：知道功与内能改变的关系。教学难点：1.内能的改变与做功的方式无关，仅与做功的数量有关。2.内能宏观概念的建立。教学方法：观察、实验、阅读、讨论和讲解法教学用具：压缩空气引火仪，电水壶，温度传感器，保鲜膜，毛巾，无色饮料瓶，橡胶瓶塞，打气筒等，投影仪、投影片。教学过程：（一）提问、演示实验引入新课提问：冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？学生思考并回答：做功和热传递能改变物体的内能。［演示实验］压缩空气引火实验。出示压缩空气引火器，简单介绍它的构造。取一小块干燥硝化棉，用镊子把棉花拉得疏松一些，放入玻璃筒底。将活塞涂上少许凡士林（起润滑和密封作用），放入玻璃筒的上口。此时要提醒学生注意观察筒内的棉花。迅速地压下活塞，可看到硝化棉燃烧发出的火光。实验后，组织学生议论“实验现象说明了什么”，从而得出压缩空气做功，使空气内能增大，温度升高引起棉花燃烧。总结：物体的内能跟物体的温度有关，温度越高，物体的内能越大。也就是说当物体的温度发生了变化时，它的内能就发生了变化。如何改变物体的温度，同学们能够从生活实际上举出许多的事例。今天我们先研究一种改变内能的方法――做功。（二）新课教学1、焦耳的实验教师：从19世纪以来，人们就逐渐认识到通过做功和热传递两种方式都可以使热学状态发生改变。下面我们就从焦耳的两个代表性实验来看状态的改变。实验一：焦耳热功当量的实验教师：（投影教材50页图10.1－2）介绍实验装置和实验过程。让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。如图，用绝热性能良好的材料将容器包好，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，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。在这个过程中，系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。多次实验表明：只要所做功相同，系统状态的改变就相同，与悬挂物的质量和下落的高度无关。实验二：电流热效应给水加热实验演示实验：电水壶给水加热，用保鲜膜和毛巾隔热，用温度传感器描绘温度随水变化的图像，结果为温度变化与时间成正比例关系。这表明，对同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化相同。结论：通过以上两个实验，说明，在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。教师：（投影教材51页图10.1－3）介绍实验装置和实验过程。通过电流的热效应给水加热。如图所示，正在降落的重物使磁电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，引起液体温度上升。向学生提问：焦耳为什么要将实验设计为先将机械能转化为电能再对绝热容器内的液体加热呢？学生思考讨论回答：为了验证机械运动、电磁运动和热运动是可以相互转化的。教师：焦耳实验有重要的物理意义，为能量守恒定律奠定了基础。2、内能教师：引导学生阅读教材61页有关内容，思考并回答问题。（1）从做功的角度，如何来定义系统的内能？（2）在绝热过程中，怎样计算内能的增量？学生：阅读教材后回答问题。（1）定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。（2）计算式：当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量就等于外界对系统所做的功W，即。教师：从微观上看，物体发生宏观位移时，其中所有分子将在无规则热运动基础上附加一个共同的有规则运动。在做功过程中，通过分子间的碰撞将有规则运动能量（宏观上表现为机械能）转变为分子无规则运动能量。3.［师生活动］例题1下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小例题2地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计．已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中(不计气团内分子间的势能)()A．体积减小，温度降低B．体积减小，温度不变C．体积增大，温度降低D．体积减小，温度不变演示教材51页“做一做”中的实验，观察瓶塞跳出时瓶内的变化；封住一部分雾，再向瓶内打气时瓶内的变化。思考有关的问题，体会做功与系统内能变化的关系。学生课后交流，形成结论。课后利用微课对演示实验现象进行分析并进行知识巩固训练练一练：1.如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体()A．温度升高，压强增大，内能减少B．温度降低，压强增大，内能减少C．温度升高，压强增大，内能增加D．温度降低，压强减，内能增加2.如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉,使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(不计气体的分子势能)()A．气体对外界做功，温度降低，内能减少B．气体对外界做功，温度不变，内能减少C．气体不做功，温度不变，内能不变D．气体不做功，温度不变，内能减少（三）课堂总结本节课我们从宏观角度学习了功与内能的关系，了解了焦耳的热功当量实验，