2019-2020年高中物理 10.1功和內能 教案新人教版選修3-3.doc

2019-2020年高中物理 10.1功和內能 教案新人教版選修3-3 本章以焦耳的實驗為基礎，研究了功和內能變化、熱和內能變化之間的關系，總結出做功和熱傳遞是改變系統內能的兩種方式，兩種方式對改變物體的內能是等效的，但是這兩種方式又存在著重要區(qū)別。在此基礎上，進一步提出了熱力學第一定律和能量守恒定律。能量守恒定律使我們認識到“第一類永動機”不可能制成，使我們認識到一切與熱現象有關的客觀自然過程都是不可逆的，熱力學第二定律就是反映這種宏觀自然過程的方向性的定律。熱力學第二定律的兩種表述是等價的，同時又使我們認識到“第二類永動機”也不可能制成。熵的概念使我們認識到熱力學第二定律的微觀本質，能量在數值上雖然守恒，但其轉移和轉化卻具有方向性，因而我們要合理開發(fā)能源，要節(jié)約能源，減小能源利用過程中對環(huán)境的破壞，保護環(huán)境，樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念，開發(fā)清潔、高效的新能源。 本章的特點是要求學生有較強的理論聯系實際的能力，在學習過程中，不斷提高理解能力、分析能力；會用熱力學第一定律分析系統內能的變化，會用能量守恒觀點解釋有關的自然現象，了解熵是反映系統無序程度的物理量。 第1節(jié) 功和內能 目標導航 1．知道什么是絕熱過程。 2．從熱力學的角度認識內能的概念。 3．理解做功與內能改變的數量關系。 4．知道內能和功的單位是相同的。 誘思導學 1．絕熱過程：物質系統與外界沒有熱量交換的情況下進行的物理過程。 即系統不從外界吸收熱量，也不向外界放出熱量。 2．功與系統內能改變的關系。 做功可以改變系統的內能。 ①外界對系統做功，系統的內能增加 在絕熱過程中，內能的增量就等于外界對系統做的功 即ΔU=U2-U1=W ②系統對外界做功，系統的內能減少。 在絕熱過程中，系統對外界做多少功，內能就減少多少 即W=-ΔU 3．功是系統內能轉化的量度。 4．在國際單位制中，內能和功的單位都是焦耳( J )。 典例探究 例1 下列哪個實例說明做功改變了系統的內能 A.用熱水袋取暖 B.用雙手摩擦給手取暖 C.把手放在火爐旁取暖 D.用嘴對手呵氣給手取暖 解析：雙手摩擦做功，使手的內能增加，感到暖和；A、C、D都是通過熱傳遞來改變系統的內能。選項B正確。 答案：B 友情提示：注意分清做功和熱傳遞兩個過程的不同 例2 一個系統內能增加了20J。如果系統與周圍環(huán)境不發(fā)生熱交換，周圍環(huán)境需要對系統做多少功？ 解析：由功與系統內能改變的關系，則W=ΔU=20J 答案：20J 友情提示：注意功與內能改變的關系。 課后問題與練習點擊 1．解析：在分子動理論中，系統中所有分子熱運動動能和分子間相互作用的分子勢能的總和，叫做系統的內能；在熱力學中，存在一個只與依賴于系統自身狀態(tài)的物理量，由于這個物理量在兩個狀態(tài)之間的差別與外界在絕熱過程中對系統所做的功相聯系，而功是能量轉化的量度，我們把這個物理量稱為系統的內能。 由于在絕熱過程中對系統做功，系統的溫度、體積等狀態(tài)就要發(fā)生變化，所有分子熱運動的動能和分子間相互作用的分子勢能就要發(fā)生變化，系統的內能就要發(fā)生變化，因此分子動理論是從微觀的角度來定義內能，熱力學是從宏觀的角度來定義內能，但兩者是一致的。 2．解析：如鉆木取火；用鐵銼來銼工件，工件和鐵銼都會變熱；用鐵錘來打擊鐵塊，鐵錘和鐵塊都會變熱等都說明做功可以改變系統的內能。 3．解析：在圖10.1-2中，是機械能轉化為內能；在圖10.1-3中，是電能轉化為內能。 4．解析：氣體在真空中絕熱膨脹時對外界不做功。 氣體在空氣中絕熱膨脹時對外界做功。做功所需的能量來源于氣體原來儲存的內能 基礎訓練 1．下列實例中，屬于做功來增加物體內能的是 （ ） A.鐵棒放在爐子里被燒紅 B.鋸條鋸木頭時會發(fā)熱 C.古時候的猿人鉆木取火 D.冬天在陽光下取暖 2．下列現象屬于用做功的方法改變系統內能的是 （ ） A.放在火爐邊的物體溫度升高了 B.把一杯熱水放在冷水中冷卻 C.用鐵錘鍛打工件，工件會發(fā)熱 D.拉彎的弓把箭射出去 3．下列過程中，由于做功而使系統內能增加的是 （ ） A.把鐵絲反復彎曲，彎曲處溫度升高 B.燒開水時，蒸汽將壺蓋頂起 C.鐵塊在火爐中被加熱 D.鐵球從空中自由下落（不計空氣阻力） 4．用下列方法改變物體的內能，屬于做功方式的是　( ) A.搓搓手會感到手暖和些 B.汽油機氣缸內被壓縮的氣體 C.車刀切下的熾熱的鐵屑 D.物體在陽光下被曬熱 多維鏈接 1．用打氣筒打氣時，過一會筒壁會熱起來，這是為什么？ 解析：打氣時活塞壓縮空氣做功，使筒內空氣內能增加，溫度升高；同時克服活塞與筒壁間的摩擦做功也使筒壁內能增加，溫度升高。 2．焦耳與熱力學 焦耳，英國物理學家。出身于曼徹斯特附近索爾福一個啤酒廠主家庭。青年時經常用業(yè)余時間進行有關電的、化學的相互作用和機械作用之間聯系的實驗，并得到化學家道爾頓的鼓勵和支持。焦耳的貢獻主要有三個方面。①首先研究了電流的熱效應，指出導體中一定時間所生成的熱量與導體的電阻及電流平方之積成正比。由于不久楞次也獨立地發(fā)現了同樣的規(guī)律，所以被稱為焦耳——楞次定律②從1840~1879年用了近40年的時間鉆研和測定了熱量與機械功的當量關系，最后得到的熱功當量數值是1卡=4.2焦耳。焦耳的實驗工作以大量確鑿的證據否定了熱質說，為能量守恒與轉化定律奠定了實驗基礎，因此焦耳是能量守恒與轉化定律的發(fā)現者之一。③為了研究氣體的內能，焦耳于1845年做了焦耳氣體自由膨脹實驗。發(fā)現一般氣體的內能是溫度和體積的函數，而理想氣體的內能僅僅是溫度的函數，與體積無關。為了紀念焦耳對科學發(fā)展的貢獻，國際計量大會將能量、功、熱量的單位命名為焦耳。 3.課本P62“做一做” 提示：研究對象是瓶內被封閉的氣體；在瓶塞跳出的過程中，系統對外界做功；這個過程中系統的內能減少；從瓶塞跳出獲得動能可以推斷出它的內能減少。 1.解析：鋸條鋸木頭與鉆木取火時都會做功從而使物體的內能增加，故B、C正確。 答案：B、C 2.解析：用鐵錘鍛打工件，鐵錘對工件做功，使它的內能增加，選C 答案：C 3.解析：選項B是系統對外界做功，內能減小，選項C是吸熱使內能增加，而選項D內能不變。故選A。 答案：A 4.解析：選項D是吸熱使內能增加，A、B、C正確。 答案：A、B、C