高中物理第十七章科学的转折：光的粒子性人教版选修3-5.doc

第一节 功和内能 【三维目标】 [知识与技能] 1．知道什么是绝热过程。 2．理解做功与内能改变的数量关系。 3．从热力学的角度认识内能的概念。 4．知道内能和功的单位是相同的。 [过程与方法]???????? 通过焦耳实验，让学生自己分析得出功与内能变化的关系，注重过程的探讨。 2．通过重力做功与重力势能变化间的关系，逐步递进引导得出内能的宏观操作性定义，让学生对内能有一个完整的认识。 [情感、态度与价值观] 通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，体会科学家探究物理规律的艰辛。 【重点难点】 [重点] 根据绝热过程中过功的数量只由始末两个状态决定，与做功的方式无关，引入内能的宏观定义。 [难点] 功的本质意义——能量的变化用功来量度。 【新课导入】 过年了，回家了！在除夕夜的年夜饭上，吃着香喷喷的的饺子，看着满桌子的鸡鸭鱼肉，突然感觉到，原来生活是如此美好！但是，如果所有的饭菜都是生的，不知道大家还有没有这么好的胃口？！那么，到底是什么发现使我们彻底告别了茹毛饮血的时代？ 生：钻木取火 师：钻木取火这个现象能够说明怎样的物理问题呢？ 讨论：顾名思义，钻木的过程其实就是人通过“钻”的方式对木头做功的过程，取火的意思就是木头在钻的过程中温度升高并最终燃烧起来。也就是说，做功可以使木头的温度升高！ 师：在现实生活当中，还有没有其它类似的例子也可以说明这个问题呢？ 讨论：双手互搓，摩擦力做功会使手的温度升高；电灯通电后电流做功会使灯丝的温度升高等等。 说明：学生能举出的主要是机械能转化为内能和电能转化为内能两种类型的多种情况，老师可根据学生的回答加以补充和点拨，尤其要注意少数学生可能会举出部分热传递的错误实例。 【互动探究】在讲授之前首先要介绍一种变化过程称之为绝热过程１．什么叫绝热过程？ 系统只由于外界做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程。 介绍焦耳生平。学生阅读教材“焦耳的实验”这一部分内容并回答问题：（1）实验方法（2）实验结论。 ２．焦耳的实验 实验一 方法介绍：左右两侧的重物P和P/在重力作用下下落，在下落过程中会带动中间的转轴，转轴上固定有叶片，转轴转动带动转轴上的叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度升高结论：只要重力所做的功相同，容器中水温上升的数值都是相同的重物下落，带动电动机工作，电动机工作使电阻丝发热，电流做功，使水温上升思考：焦耳的这两个实验说明了什么？ 规律总结（板书）：（1）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。 （2）在各种不同的绝热过程中，外界需要做功的数量与做功的方式无关，仅取决于系统的初末状态。 思考：如果在焦耳的实验中，改变重物的质量及其下落的高度，但每次重力做的功并不相同，显然，水温上升的数值也各不相同，我们还能否得出上述结论？如何操作？ 议一议：可以得出上述结论。 方案一：测出多组功W与水温变化量△t的值，以W为横轴，△t为纵轴作图，图象应该为过原点的倾斜直线。 方案二：测出多组功W与水温变化量△t的值，W1/△t1，W2/△t2，W3/△t3……在误差允许的范围内应该相等。 点拔：物理学中，在控制其它物理量不变的情况下，如想确定两个物理量A、B间的关系，设计实验得出多组A与B的值后，以自变量A为横轴，因变量B为纵轴作图，如果图象是过原点的倾斜直线，说明A与B成正比。否则，根据图象形状结合数学中学习的函数知识，猜想A与B可能存在的函数关系，继续作图直到图象为直线为止。条件允许的话，可以直接将数据输入计算机模拟作图。 问题：哪些力做功数量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？这类问题有什么共性？ 讨论：让学生回想学过的所有力，充分讨论后回答。 议一议：重力、弹簧弹力、电场力、分子力做功多少仅取决于物体的初末位置，与路径无关。它们的共性是，每一种力做功都对应物体的某一种特定能量的变化． 点拨：功是能量转化的量度。在力学中，重力所做的功仅取决于物体的初末状态，与物体的运动路径无关，我们认识到物体具有一种取决于其状态的能量，其增加与减少等于重力做功的多少，而与其它力做不做功，做多少功无关，我们将其定义为重力势能；同理，在电学中，电场力做功的特点与重力相似，其对应的能量我们定义为电势能；在分子组成的系统中，由于分子力做功而变化的能量叫做分子势能。 3．内能 （1）热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。所以，任何一个热力学系统必然具备一种只依赖于系统自身状态的能量，其增加或减少只与外界对系统做功的数量有关，与其它任何因素无关，我们称之为系统的内能。 （2）内能的增加量与外界对系统做功的关系：在绝热过程中，△Ｕ＝Ｕ２－Ｕ１＝Ｗ 思考：