3-1功、热和内能的改变(教学课件)——高中物理人教版(2019)选择性必修三册
人教版高中物理选修性必修第三册教案： 3.1功、热和内能的改变_教案
功、热和内能的改变
【教学目标】
一、知识与技能
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。
5．了解热量的概念，热量的单位是焦耳。
二、过程与方法
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。
三、情感、态度与价值观
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。
【教学过程】
一、新课导入
指导学生实验：冬天手冷，通常采取什么办法变暖和？
演示实验：活塞快速压缩气体，猜猜会发生什么？
指导学生实验：没有热源，有什么办法让桌子上的铁丝变热？
演示实验：铜管中的气体被橡皮塞密封，给你一条绳子，有没有办法把橡皮塞弹开？
引出猜想：做功可改变物体的热学状态。
二、新课教学
（一）焦耳的实验
1．提出问题：如何探究做功和系统热学状态改变之间的确切关系呢？
①用什么物理量标识热学状态？
②我们应该选择固、液、气哪个系统研究比较好？为什么？
③手举量热器量筒，问：放入水后，还需什么器材？
④问：温度可以用温度计监测了，装置完善了吗？
⑤问：如何做功呢？用什么方式做功呢？
⑥讨论：我们该如何设计机械做功呢？用手搅拌吗？
2．焦耳实验一（机械做功）
①焦耳实验是如何测定做功的？
②这个实验需要满足什么条件？
③焦耳实验是如何准确测量做功的？
④我们需要记录哪些实验数据？表格怎么设计？
⑤介绍这个实验的结论。
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。
功、热和内能的改变讲义 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册
1 选择性必修第三册
第三章 热力学定律
1.功、热和内能的改变
知识点
一、焦耳的实验
1．系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程叫做绝热过程．如热学过程经历的时间极短，这样的过程可近似提成为绝热过程。
2．要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与做功方式无关．
二、内能
1．内能的概念
物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。
2．对内能的理解
(1)微观：所有分子的动能和势能之和．
(2)宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量．
(3)内能是状态量．
3．决定内能大小的因素
(1)物体的内能大小和分子数、温度及体积(微观表现就是分子间的距离)有关。
(2)理想气体的内能只由温度决定，只是温度的函数。
4．内能的另一种定义
任何一个热力学系统都存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，我们把它称之为系统的内能．
5．内能与机械能的区别和联系
(1)区别：内能与机械能是两个不同的概念．对应着不同的运动形式。
(2)联系：在一定条件下可以相互转化，且总量保持不变．
三、内能的变化
1．功和内能变化的关系
做功可以改变系统的内能，功是过程量，内能是状态量，功是系统内能转化 2 的量度。在绝热过程中：
(1)外界对系统做功，系统内能增加，系统对外界做功，系统内能减少。
(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ΔU＝U2－U1就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W.
2．传热和内能变化的关系
(1)热传递产生的条件：热量从高温物体传向低温物体，温度差是传热的条件，传热一般会引起温度的变化，温度和热量是两个不同的物理量，在热传递中传递的是热量，而不是温度。
(2)热传递可以改变系统的内能，热量是过程量，内能是状态量，热量是系统内能转移的量度。系统在单纯传热过程中，物体吸热内能增加，物体放热内能减少。
(3)当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增加量ΔU＝U2－U1就等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q.
3.1 功、热和内能的改变(教学设计)高中物理(人教版2019选择性必修第三册)
第1节功、热和内能的改变
教学设计
备课人 学科 物理
课题 功、热和内能的改变
教学内容分析 本节教材主要介绍了内能的概念和改变内能的两种方式——做功和热传递。从焦耳的实验得出在绝热情况下外界做功相同，那么物体的热学状态变化就相同，由此得出热力学的内能的概念。教材通过讨论、再分析推理，最后得出功、热与内能变化的关系。本节课的教学属于物理基本概念及通过实验和小组讨论得出基本规律和方法的教学。
学情分析 部分学生对于功和内能改变的关系有一定了解，但理解可能不够深入和全面。对于热传递与内能改变的概念有初步认识，但对于热传递的实质及定量关系还需要进一步强化。以及容易混淆功和热对内能改变的作用，在具体问题中不能准确判断和应用。对于一些抽象的概念，如内能的微观本质，学生理解起来较为困难。
大部分学生对物理学习有一定兴趣，但对于较为抽象的内容可能会感到困惑和畏惧。部分学生在学习过程中缺乏主动思考和探究的精神，过于依赖老师的讲解。
教师可以通过实验和实例分析，帮助学生直观感受功和热对内能改变的影响。加强对知识的讲解和练习，引导学生逐步建立正确的物理思维。注重培养学生的抽象思维能力，通过类比、微观解释等方式帮助他们理解内能的本质。设计多样化的教学活动，激发学生的学习兴趣和主动性，提高学习效果。
教学目标 物理观念：能建立功与内能的改变，热与内能的改变的意识。
科学思维：具有从物理学的角度观察自然现象，将物理学与实际相联系的思维方式，知道做功和传热是改变内能的两种方式。
科学探究：探究焦耳的实验，知道做功和传热的等效性。
科学态度与责任：理解物理概念的建立的过程和规律，培养学生的科学探究精神。
教学重难点 教学重点：功与内能的改变，热与内能的改变。
教学难点：内能概念的建立，功与内能的改变，热与内能的改变。
教学过程 教学环节
教师活动
学生活动 设计意图
新课导入 在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。ppt课件展示
物理精品 选择性必修三 第1节 功、热和内能的改变
第三章 热力学定律
第1节 功、热和内能的改变
核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任
1.了解焦耳的两个实验的原理。
2.知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。
3.会区别热量和内能。 体会通过焦耳实验的探究，培养科学探究的素养。 应用功、热与内能的改变解释生产生活中的实例。
知识点一 焦耳的实验
1.绝热过程：系统不从外界吸收热量，也不向外界放出热量的过程。
2.代表实验
(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。
(2)通过电流的热效应给水加热。
3.实验结论：在各种不同的绝热过程中，系统状态变化相同，则外力所做的功相同，与做功的方式无关。
知识点二 功与内能的改变
[观图助学]
如图，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，压下活塞，观察棉花的变化。
你能看到什么现象？实验现象说明了什么问题？
1.内能：依赖于一个热力学系统自身状态的物理量，是热力学系统的一种能量。
2.功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即ΔU＝W。
(1)ΔU＝W适用条件是绝热过程。
(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减少。
[思考判断]
(1)从微观角度说，内能是所有分子的动能和势能之和。(√)
(2)从宏观角度说，内能是只依赖于热力学系统自身状态的物理量。(√)
(3)功是状态量，内能是过程量。(×)
(4)外界对物体做功多，就意味着物体的内能大。(×)
知识点三 热与内能的改变
1.传热
(1)条件：物体的温度不同。
(2)过程：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。
(3)传热的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
2.热和内能
(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即传热能改变物体的内能。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
人教版高中物理选择性必修第三册《功、热和内能的改变》说课稿
人教版高中物理选择性必修第三册《功、热和内能的改变》说课稿
一、教材分析
本节课以“功、热和内能的改变”为题，是人教版高中物理选择性必修第三册的一部分。本节课主要内容包括功的计算、功的正负以及内能的改变等，通过讲解和例题的方式帮助学生深入理解这些概念。通过学习本节课，学生可以掌握分析物体受到外力作用、以及内能的变化等基本物理概念和计算方法。
二、教学目标
1. 知识与技能目标：
– 掌握功的计算方法；
– 理解功的正负概念；
– 学会计算内能的改变。
2. 过程与方法目标：
– 引导学生通过实例分析、问题解决的方式，培养学生的思维能力；
– 通过学生讨论、小组合作等方式，培养学生的合作能力；
– 激发学生的学习兴趣，培养学生对物理学习的兴趣。
3. 情感态度价值观目标：
– 培养学生的科学探究习惯和科学精神；
– 提升学生的自学能力和解决问题的能力；
– 培养学生的合作意识和集体荣誉感。
三、教学重点
1. 掌握功的计算方法； 2. 理解功的正负概念；
3. 学会计算内能的改变。
四、教学难点
1. 帮助学生理解功的正负概念；
2. 帮助学生计算内能的改变。
五、教学过程
1. 热身导入（5分钟）
通过引发学生对力的概念的回忆，以及力对物体的作用等问题，帮助学生回顾力的基本概念和物理作用。
2. 新课呈现（15分钟）
通过实例引入本节课的内容。举一个实际问题，如一个物体被一个力推动移动了一段距离，问学生这个过程中有哪些物理量产生了变化。引导学生思考一下，通过物体受到外力的作用，物体具有了加速度等。
然后，进一步引入功的概念。说到力对物体的作用，就不得不涉及到功的概念。可以通过一个简单的例子，比如一个物体被人推动移动了一段距离，计算推动这个物体所需做的功。可以指导学生思考一下，做功的公式是什么，怎样计算。
接着，引入功的正负概念。通过实例，让学生体会一下，当物体受到力的作用和物体的运动方向一致时，物体所受的力做正功；当物体受到力的作用和物体的运动方向相反时，物体所受的力做负功。
2023年人教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律第1节功、热和内能的改变
第三章 1.
基础达标练
一、选择题
1．对于热量、功、内能三个物理量，下列各种说法中正确的是( D )
A．热量、功、内能的物理意义等同
B．热量、功都可以作为物体内能的量度
C．热量、功、内能的单位不相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
解析： 物体的内能是物体的所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能，可以通过做功和热传递两种方式，这三者的物理意义不同，故选项A错误；热量是热传递过程中，物体内能的变化量，而不是内能的量度，故选项B错误；热量、功、内能三者的单位一样，都是焦耳(J)，故C项错误；热量和功是量度物体内能的转移或转化的，而物体的内能是由物体本身所处的状态，即温度、体积、摩尔数决定的，故选项D正确。
2．(多选)(2023·武汉二中月考)关于内能和机械能，下列说法中正确的是( CD )
A．机械能很大的物体，其内能一定很大
B．物体内能损失时，机械能必然会减少
C．物体机械能损失时，内能可能会增加
D．物体机械能为零时，内能不会为零
解析： 内能大小和机械能大小没有必然关系，选项A、B错误；内能与机械能、电能、化学能、光能等能量在一定条件下可以相互转化，损失的机械能可能转化为内能，选项C正确；机械能可以为零，内能一定不为零，因为分子在永不停息地运动着，选项D正确。
3. (多选)(2023·山东省济南市部分重点中学高二检测)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是( AD )
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少 C．电流对气体做功，气体又对外做功，其内能可能不变
D．电流对气体做的功一定大于气体对外做的功
解析： 由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由理想气体状态方程知，气体温度升高，内能一定增加，电流对气体做的功一定大于气体对外做的功，B、C错误，D正确；由气体压强的微观解释知，温度升高，气体分子对活塞的冲力增大，而压强不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A正确。
新教材 人教版高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律(知识点详解及配套习题)
第三章 热力学定律
1．功、热和内能的改变 ................................................................................................ - 1 -
2. 热力学第一定律....................................................................................................... - 10 -
3. 能量守恒定律........................................................................................................... - 10 -
4. 热力学第二定律....................................................................................................... - 18 -
章末复习提高................................................................................................................ - 28 -
1．功、热和内能的改变
一、功和内能
1．焦耳的实验
(1)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。
(2)代表性实验
①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；
②通过电流的热效应给水加热。
(3)实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
2．功和内能
(1)内能：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。鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。