人教版（2019）高中物理选修性必修第三册第3章第1节功、热和内能的改变教学设计

人教版高中物理选择性必修3第3章第1节功、热和内能的改变教

学设计

课题功、热和内能的改变单元3学科物理年级高二

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。

学习

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

目标

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。

重点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。

难点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。

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课通过课堂

引入：小活动，体会搓

冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使完成搓手手让双手变暖的

双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？活动。过程，激发兴趣，

引入课题。

讲授新课演示:在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例如

蓬松的棉花,迅速压下筒中的活塞,观察筒底物品的

结合课前动

变化.这个实验说明了什么？

观察实验手小活动，尝试

现象。解释出现实验现

象的原因。

一、焦耳的实验

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

了解焦耳

电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律.焦耳测了解相应的

实验的意义。

量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为物理学史，拓宽

热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实学生的知识面。

验基础.

实验一：对系统做机械功

观察实验

现象，总结实历史再现，

验结论。将学生带入到物

理中去，带到知

识海洋里。

重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器

内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化.

结论：只要重力所做的功相同，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.

实验二：对系统做电功

电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升

高.

结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的

电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的结合实验让学生学会

状态变化相同.现象，完成思通过实验类比，

思考：焦耳的热功当量实验和电流热效应给水考题。总结现象和规

加热的实验中做功的方式相同吗？你能得出什么律。

结论？

在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态

1变为状态2，所需外界做功的数量是相同的.也就

是说，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发

生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，与做

功方式无关.

绝热过程：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.通过类比重

在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做力和电场力做

的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功功，理解热力学

的具体过程和方式。系统的绝热过

类比思考：程。

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？

思考热力

二、内能学对内能的定

1、任何一个热力学系统都必定存在一个只依义和分子动理

赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状论中对内能的

态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功定义的联系和

相联系.我们把这个物理量称为系统的内能.区别。

思考：

我们曾经学习过内能的概念是什么呢？当时

讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何

关系？

①宏观定义（热力学对内能的定义）：

任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖

于系统自身状态的一种能量，这种能量叫做系统的

内能。思考内能

②微观定义（分子动理论对内能的定义）：与做功之间的提升学生在

物体中所有分子的热运动动能和分子势能的关系。课堂上的思考容

总和，叫做物体的内能。量，引出下一部

分的内容。

2、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△U=U2-U1就等于外界对系统所

观看实验

做的功W，即△U=W.

录像。

拓展思考：

在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能

怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界做功

呢？

三、功与内能的改变

观察实验一步步设置

现象，思考问思考问题，让知

题：识循序渐进。

1.系统指

的是什么？

2.出现了

什么现象？

3.为什么

实验录像：钻木取火

会呈现雾状？

演示：在烧瓶里加入水，水的上方有水蒸气.

用带孔橡皮塞把瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳

出时，观察瓶内的变化.

完成课堂前面涉及到

小结。的现象和思考题

目较多，增加课

堂小结环节，帮

1、实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中助学生整理新知

的气体，那么我们的系统也就是这二部分气体.识。

2、呈现雾状

3、空气对活塞做功，内能减少，温度降低，

使水蒸气液化成小水珠.完成课堂

小结：功和内能变化的关系练习。

做功可以改变系统的内能．功是系统内能转化

的量度．

(1)外界对系统做功，系统的内能增加．

在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统

做的功．即ΔU＝U2－U1＝W.

(2)系统对外界做功，系统的内能减少．

在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就

减少多少，即W＝ΔU.观察和回

课堂练习1、地面附近有一正在上升的空气团，忆生活中的常

它与外界的热交换忽略不计．已知大气压强随高度见现象。

增加而降低，则该空气团在上升过程中不计气团内

(通过观察和

分子间的势能

)()回忆生活中的常

．体积减小，温度降低．体积减小，

AB见现象。分析热

温度不变

与系统内能改变

．体积增大，温度降低．体积减小，

CD的关系。

温度不变

解析：压强减小，体积增大，对外界做功，内

能减小，△U=W，动能减小，温度降低

总结热与

观察生活中常见的热传递现象

内能改变之间

的关系。

热传递的三种方式

完成课堂

练习。

四、热与内能的改变

系统吸热：U增加

系统放热：U减小

∆U=Q

热量：在单纯的热传递过程中系统内能变化的

量度，离开热传递的过程讲热量没有意义，过程量。

做功和热传递的区别

1、内能改变多少的度量方式不同。

2、改变内能的本质不同。

3、改变内能的效果是等效的。

课堂练习2、(多选)关于气体的内能，下列说法

正确的是()

A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同

B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内

能越大

C．气体被压缩时，内能可能不变

D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有

关

E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，

内能一定增加

解析：质量与温度都相同的不同理想气体，分

子的平均动能相同，但气体的摩尔质量不同，因此

分子个数不同，气体的内能不同，A错误；气体的

温度不变，气体分子的平均动能不变，内能不变，

整体运动速度增大，内能也不会改变，B错误；气

体被压缩时，如果同时放热，放出的热量等于外界

对气体做的功，则气体内能不变，C正确；一定量

的某理想气体，气体分子的分子势能为零，内能等

于所有分子的动能之和，分子数一定，总动能只与

温度有关，D正确；一定量的某种理想气体，由理

想气体状态方程可知，在等压膨胀过程中，气体压

强不变，体积增大，温度升高，内能增加，E正确．

答案：CDE

拓展提高1、下面例子中通过热传递改变物体内能的是

()

A.感到手冷时,搓搓手就会觉得暖和些

B.擦火柴时,火柴头上的红磷温度升高到红磷

完成本节巩固基础知

的燃点,火柴燃烧起来

拓展提高。识，学以致用。

C.物体在阳光照射下温度升高

D.反复弯折一根铁丝,弯折的部分温度升高

解析：A、B、D均是通过做功改变物体的内能,C

项是通过热传递的方式来改变物体内能,故C项正

确。

答案：C

2、如图所示,瓶内装有少量的水,瓶口已塞紧,

水上方空气中有水蒸气,用打气筒向瓶内打气,当塞

子从瓶口跳出时,瓶内出现“白雾”,这一现象产生

的原因可以用下面三句话解释:甲,水蒸气液化成小

水珠;乙,瓶内气体推动瓶塞做功;丙,内能减小,温度

降低。三句话正确的顺序是()

A.甲、乙、丙B.乙、丙、甲

C.丙、甲、乙D.乙、甲、丙

解析：根据题意因果顺序的顺序为:空气推动瓶

塞做功——空气内能减小温度降低——瓶内水蒸

气液化成小水珠。

答案：B

3.如图所示是古人锻造铁器的过程,关于改变

物体内能的方式,下列说法正确的是(