3.1 功、热和内能的改变 教学设计 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.1《功、热和内能的改变》教学设计
教学目标
物理观念
1.知道绝热过程的含义。
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之间的关系。
4．知道热传递过程中，物体吸收（放出）热量，温度升高（降低），内能改变。
科学思维与实验探究
1．通过观察、思考，知道物体的内能是系统的一个状态量。
2．通过探究活动，培养学生的实验探究能力、提高学生科学思维水平。
3．通过类比方法，帮助学生建立内能的概念。
科学态度与责任
1．通过主动参与学习活动，激发学生学习物理的兴趣。
2．通过实验活动，培养学生的实事求是的科学态度。
教学重点
1．做功与内能改变关系的探究。
2．热量与内能改变关系的探究。
3．内能概念的建立。
教学难点内能概念的建立。
学习过程
一、新课导入
布置了一个家庭作业，用一张 A4 纸打开可乐罐，上课时两个学生演示实验：老师：问打开的可乐的为什么可以做到？再问没打开的为什么没打开？学生：打开者：快速摩擦，瓶盖产生热量，热量传给瓶中气体，气体升温膨胀，就顶开了。 没打开着：摩擦太慢了，热量散失到空气中，传递给瓶中气体的热量就很少了。
二、新课教学
老师：这个实验充分说明：为了使系统的热力学状态发生变化既可以向它传热,也可以对它做功。实际上 19 世纪 30 年代，人们已经意识到这一现象了，那么问题是：做功和传热是否具有等效性，定量关系如何呢？为了解决这个问题，从 1840 年开始，焦耳用近四十年的时间做了大量实验，焦耳实验的核心是研究做功对热力学状态的影响，我们知道系统与外界的传热也能改变，所以我们首先要把谁控制住
学生：传热
老师：所以用什么方法做实验：
学生：控制变量法老师：焦耳本着控制变量的思想设计了绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热。同学们思考一下，这个过程能实现吗？
学生：不能
老师：所以它是一个。。。。
学生：理想化模型
老师：焦耳在尽量达到绝热状态下做了大量实验，其中有两个最具代表性。请同学们 P46页第二段至 P47 第四段课文并思考以下问题：
（一）焦耳的实验
1．焦耳实验一（机械做功）
①焦耳实验原理是什么？
②实验需要满足什么条件？
③实验的结论是什么？
2．焦耳实验二（电流做功）
①焦耳实验原理是什么？
②实验需要满足什么条件？
③实验的结论是什么？
学生：对照 ppt 中的焦耳实验的图片上讲台为同学们讲解以上三个问题。
3．老师：把两个实验放在一块，重新审视一下结论，让学生发现它们的共性
设计意图：
让学生学会通过实验类比，总结现象和规律。
实验结论
实验一：对系统做机械功
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，即系统的状态变化相同.
4.内能的宏观定义：利用类比法从重力势能的定义推理论证出内能的概念即：任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的一种能量，我们把这种能量叫做系统内能
（二）功与内能的改变
1.根据内能的定义，在热力学系统的绝热过程中当系统从状态 1 达到状态 2，内能的变化量：
2. 在绝热过程中：外界对系统做功 W，内能怎样变化？变化了多少？系统对外界做功 W，内能怎样变化？变化了多少？
3.分组实验且思考讨论以下问题：
1.观察热力学系统的实验现象、并解释。
2.实验操作过程中的注意事项有哪些？
学生：实验展示，解释实验现象，说注意事项和实验中的困难。
老师：刚才同学们分享了在实验中的不易，这还是在我告诉你怎么做的前提下做的实验，还会遇到各种各样的问题。想想那些科学工作学者，是在没有人给说思路没有现成实验仪器的情况下进行研究的，可见困难有多大啊。所以科学的道路是十分艰辛的，但也很有趣，希望同学们在以后多做一些这样的小实验，感受一下科学的魅力。
（三）热与内能的改变老师：改变物体内能不光可以做功，还可以热传递，请同学们阅读课文 P49 页并思考以下问题：
1．热传递定义：
2．热传递的条件：
3．热传递的方式：
4. 单纯的传热系统传递的是什么？内能的变化量是多少？
5. 做功和热传递的区别
学生：回答以上问题。
老师：为了加深理解我们再来看个微视频。
老师：好，同学们学会了吗？我们小试一下吧。
典例 2.下列过程中,通过传热来改变物体内能的有()
A.用锯子锯木料,锯条温度升高B.擦火柴时,火柴头燃烧起来
C.搓搓手就感觉手暖和些
D.阳光照射地面,地面温度升高
学生：D请学生回答并解释。
逻辑线索：
使系统的热力学状态发生变化的做功和传热是否具有等效性（问题）
焦耳的许多实验证实了做功和传热的等效性（证据）
做功或传热，系统的状态发生同样的变化（解释）
给出内能概念的科学定义（推理，论证）
三、本节小结：
老师：同学们我们一块梳理一下本节课的逻辑思路：
学生：梳理
老师：同学们思考一下这四部那一步最重要？对，第一步，所以同学们在学习和研究中要有质疑精神。以后等同学们上研究生博士时要读大量的文献目的就是寻找问题。同学们回顾一下，本节课我们利用了哪些方法进行学习的？学习了哪些知识？交流一下，我请一位同学来梳理一下。
学生：梳理方法和知识。
四、本节小测
1.下列哪个实例说明做功改变了系统的内能( )
A.热水袋取暖 B.用双手摩擦给手取暖
C.把手放在火炉旁取 D.用嘴对手呵气给手取暖
2.如图所示的实验装置中,把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部,当很快向下压活塞时,由于被压缩的气体骤然变热,温度升高达到乙醚的燃点,使浸有乙醚的棉花燃烧起来,此实验的目的是要说明对物体( )
A.做功可以增加物体的热量B.做功可以改变物体的内能
C.做功一定会升高物体的温度D.做功一定可以使物态发生变化
3.在绝热过程中,外界压缩气体做功20 J,下列说法正确的是( )
A.气体内能一定增加 20 J
B.气体内能增加必定小于 20 J
C.气体内能增加可能小于 20 J
D.气体内能可能不变
4.关于传热,下列说法正确的是( )
A.传热是高温物体的温度传给低温物体
B.并不接触的物体之间不会传热
C.比热容相同的物体之间不会传热
D.温度相同的物体之间不会传热
5.下列情况通过热传递改变物体内能的是 ( )
A.在火炉上烧开一壶水 B .柴油机的压缩冲程
C.用锯子锯木头,锯子会发热 D.用砂轮磨刀,刀具会变热
6.如图所示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
功、热和内能的改变课后反思
本节课总体不难，它与第三节结合在一起，是为热力学第一定律的学习打基础的。
1.物理学是一门以实验为基础的自然科学。在实际教学工作中应给学生以主动探究、自主学习的空间。功、热和内能的改变是一节比较适合采用探究式教学的内容，使学生在探究过程中获得知识、发展技能、培养能力特别是创新能力。
2.学生的主要学习任务是学生通过观察、实验等研究过程，了解功，热和内能的改变的关系，提高分析、推理等能力
3.新课程的教学设计不能完全否定传统教学，而应该在继承中创新。在设计中，将传统教学与新课程理念相结合，使学生在探究、实验、讨论的过程中获得知识，锻炼能力，提高课堂教学的有效性，充分体现课堂上对学生的关注和对学生学习主动性的调动。