第一节功和内能教案
一、教材分析：
本节从演示实验出发，追溯到19世纪30年代的焦耳所做的研究功和内能的实验，引入系统内能的概念，最终得出做功与系统内能变化之间的关系。
二、三维目标
知识与技能
1．知道什么是绝热过程。
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的数量关系。
4．知道内能和功的单位是相同的。
过程与方法
从焦耳的实验理解功与内能变化的关系
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，学习科学家探究过程的科学态度和科学精神。
三、教学重点、难点
重点：绝热过程中的功与内能的关系
难点：内能的概念
四、学情分析
本章的特点是要求学生有较强的理论联系实际的能力，在学习过程中，不断提高理解能力、分析能力；会用热力学第一定律分析系统内能的变化，会用能量守恒观点解释有关的自然现象，了解熵是反映系统无序程度的物理量。
五、教学方法：
实验、自主阅读与思考、小组讨论
五、课时安排：1课时
六、课前准备
预习学案阅读课本
七、课时安排 1课时
八、教学过程
（一）预习检查、总结疑惑
（二）情景引入、展示目标
课本演示实验或多媒体投放
观察，这个实验说明了什么？
（三）合作探究、精讲点播
我们知道能量的单位是焦耳，是以英国物理学家焦耳的名字命名的。
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电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。
焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。
1、焦耳的实验
阅读“焦耳的实验”，说出焦耳热功当量实验的原理？
回答：通过重物下落带动叶片搅拌容器中的水，由于叶片与水之间的摩擦而使水温升高。
要完成多次实验测量，可以改变什么呢？
回答：改变悬挂重物的质量和下落高度。
通过这个实验，焦耳的得出什么结论呢？
只要重力做的功相同，容器中水温上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。
说出焦耳的第二个实验原理？
回答：通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝，使液体温度升高。
要完成多次实验测量，可以改变什么呢？
改变电阻丝阻值，改变电流大小，改变通电时间。
焦耳的结论？
只要所做的电功相等，系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。
两个实验的做功方式有何不同？
一个是机械功，一个是电功。
两个实验装置有没有和外界交换能量？
没有，都是绝热过程。
说出实验结论，即做工与状态变化的关系？
在绝热过程中，系统从状态1到状态2，所需外界做功的数值是相同的，与做功的方式无关。
生活中还有哪些做功可以改变系统状态？请举例。
你能否定量测量做工与状态变化的关系呢？
从1840-1878年的近40年中，焦耳进行了400多次实验。
焦耳把毕生精力都贡献给了科学事业，堪称后人的楷模。
焦耳以精确地实验建立了热学中的功能关系。
展现了实事求是，坚持真理的科学态度，和不畏艰辛、坚持不懈、勇于探索的科学精神。
几个概念
绝热过程：
系统：物理学中，通常把所研究的对象称为系统，热学研究的对象称为热力学系统，简称为系统。
可分为三类：
孤立系统：与外界没有物质交换有没有能量交换的系统。
封闭系统：与外界只有能量交换但无物质交换的系统。
开放系统：与外界可以自由进行物质和能量交换的系统。
系统状态：指热平衡态。
表征系统状态的物理量有压强、温度、体积、内能等。
2、内能
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？
回顾重力势能的由来。
重力做功只与物体的初末位置有关，与运动路径无关，人们认识到，物体在某位置具有特定的能量，重力势能。
类似，热力学系统的绝热过程中，从状态1状态2，所需外界做功的数值是相同的，与做功的方式无关。
功是能量变化的量度。
系统在某状态肯定对应着特定的能量，即任何热力学系统都必定曾在一个只依赖于系统自身状态的物理量，我们把它称为内能。
3、功与系统内能改变的关系。
ΔU=U
2-U
1
=W
做功可以改变系统的内能。
(１)对系统做功，W>0, ΔU>0,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
（２）系统对外界做功，W<0, ΔU<0,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。
典型例题
例1 下列哪个实例说明做功改变了系统的内能
A.用热水袋取暖
B.用双手摩擦给手取暖
C.把手放在火炉旁取暖
D.用嘴对手呵气给手取暖
解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能。
选项B正确。
答案：B
注意分清做功和热传递两个过程的不同
例2 一个系统内能增加了20J。
如果系统与周围环境不发生热交换，周围环境需要对系统做多少功？
解析：由功与系统内能改变的关系，则W=ΔU=20J
答案：20J
注意功与内能改变的关系。
（四）反思总结、当堂检测
（五）发导学案、布置作业
九、板书设计：
一、焦耳的实验
结论：
绝热过程：
系统：
孤立系统：
封闭系统：
开放系统：
系统状态：
二、内能：
三、功与系统内能改变的关系。
ΔU=U
2-U
1
=W
做功可以改变系统的内能。
1、外界对系统做功，W>0, ΔU>0,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
2、系统对外界做功，W<0, ΔU<0,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。
十、教学反思
1、焦耳的实验
2、绝热过程
3、物体内能的宏观描述
4、绝热过程中作功和内能的关系
课后练习与提高
1．下列过程中，由于做功而使系统内能增加的是（）
A.把铁丝反复弯曲，弯曲处温度升高
B.烧开水时，蒸汽将壶盖顶起
C.铁块在火炉中被加热
D.铁球从空中自由下落（不计空气阻力）
2．用下列方法改变物体的内能，属于做功方式的是( )
A.搓搓手会感到手暖和些
B.汽油机气缸内被压缩的气体
C.车刀切下的炽热的铁屑
D.物体在阳光下被晒热
3.某系统在初态具有内能5J，在外界对它做了0.5J的功后，系统的内能变为
4.气体在等压变化中（）
A.一定对外做正功
B.外界一定对气体做正功
C.若温度升高，一定对外做正功
D.可能既不对外做功，外界也不对气体做功
5.下列有关内能的说法正确的是（）
A.质量和温度相同的物体，内能一定相同
B.一定质量的理想气体的内能只与温度有关
C.一定质量的理想气体在等容变化过程中若吸了热，内能一定增加
D.气体压缩时分子势能减少，内能可能不变
6.一定质量的理想气体从压强为P
1、体积为V
1
的A状态，绝热变化到压强为P
2
、
体积为V
2
的B状态，内能的增量为ΔU，则在此过程中（）A.气体对外做功等于ΔU
B.外界对气体做功等于ΔU
C.外界对气体做功等于P
2V
2
-P
1
V
1
D.外界对气体做功等于ΔU＋P
2V
2
-P
1
V
1
7.一定质量的气体封闭在绝热的气缸内。
当用活塞压缩气体时．一定增大的物理量为：
①气体的压强；②气体的密度；③气体的内能；④气体的分子势能。
其中正确的是 ( )
A．①② B．①②③ C．①④ D．②③④
8．如图所示，一个质量为20kg的绝热气缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm．求在这一过程中气体的内能增加多少？(g取10m/s2)
参考答案
课后练习与提高
1.A
2.AB
3.5.5J
4.C
5.CD
7.B
6.BC。