《功和內(nèi)能》導(dǎo)學(xué)案

1、 第第1 1節(jié)節(jié)功功 和和 內(nèi)內(nèi) 能能大約在大約在280年前年前,有位德國博士奧爾菲留斯發(fā)明了一臺有位德國博士奧爾菲留斯發(fā)明了一臺“永動機永動機”自動輪自動輪。當(dāng)時波蘭國王把這位博士請到了波蘭。當(dāng)時波蘭國王把這位博士請到了波蘭,并派人鑒定其真?zhèn)?。奧爾菲留斯把并派人鑒定其真?zhèn)?。奧爾菲留斯把安裝機器的房子與四周隔離安裝機器的房子與四周隔離,自動輪安裝完畢并開始轉(zhuǎn)動。公證人親自鎖上自動輪安裝完畢并開始轉(zhuǎn)動。公證人親自鎖上了門了門,貼上了封條貼上了封條,派了兩名衛(wèi)兵晝夜看守這座房子。兩周以后啟封開鎖派了兩名衛(wèi)兵晝夜看守這座房子。兩周以后啟封開鎖,輪輪子還在轉(zhuǎn)動子還在轉(zhuǎn)動,于是再次上鎖加封于是再次上鎖加

2、封,又過了又過了40天再次開封天再次開封,輪子還在轉(zhuǎn)輪子還在轉(zhuǎn),于是就給于是就給奧爾菲留斯頒發(fā)了鑒定證書。從此以后奧爾菲留斯名聲大噪奧爾菲留斯頒發(fā)了鑒定證書。從此以后奧爾菲留斯名聲大噪,他周游歐洲列他周游歐洲列國展示他的自動輪國展示他的自動輪,賣票賺了許多錢賣票賺了許多錢,并得到各國大人物的褒獎和輿論界的贊并得到各國大人物的褒獎和輿論界的贊揚?？茖W(xué)界一直認(rèn)為這絕對是一個大騙局揚?？茖W(xué)界一直認(rèn)為這絕對是一個大騙局,并且懸賞并且懸賞1000馬克給揭穿騙局的馬克給揭穿騙局的人。最后騙局被博士先生的女仆揭穿了。原來這間安放自動輪的房子里修人。最后騙局被博士先生的女仆揭穿了。原來這間安放自動輪的房子里修

3、了一個夾壁墻了一個夾壁墻,只要有人在夾壁墻內(nèi)牽動繩子只要有人在夾壁墻內(nèi)牽動繩子,輪子就會轉(zhuǎn)。輪子不是輪子就會轉(zhuǎn)。輪子不是“永動永動”的的,而是而是“人動人動”的。的。 課時時10.1功功 和和 內(nèi)內(nèi) 能能 1.知道什么是絕熱過程知道什么是絕熱過程,了解焦耳的兩個實驗的原理。了解焦耳的兩個實驗的原理。2.從熱力學(xué)的角度認(rèn)識內(nèi)能的概念。從熱力學(xué)的角度認(rèn)識內(nèi)能的概念。3.知道內(nèi)能和功的單位是相同的知道內(nèi)能和功的單位是相同的,知道做功是改變內(nèi)能的兩種方式之一知道做功是改變內(nèi)能的兩種方式之一,理理解做功與內(nèi)能改變的數(shù)量關(guān)系。解做功與內(nèi)能改變的數(shù)量關(guān)系。4.通過焦耳實驗的探究通過焦耳實驗的探究,培養(yǎng)學(xué)生的

4、科學(xué)探索精神。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。1.焦耳的實驗焦耳的實驗(1)絕熱過程絕熱過程:系統(tǒng)只通過對外界做功或系統(tǒng)只通過對外界做功或_做功而與外界做功而與外界_能量能量,它不從外界它不從外界_,也不向外界也不向外界_。(2)代表實驗代表實驗重物下落帶動葉片攪拌容器中的水重物下落帶動葉片攪拌容器中的水,引起水溫引起水溫_。通過電流的通過電流的_給水加熱。給水加熱。(3)實驗結(jié)論實驗結(jié)論:在各種不同的絕熱過程中在各種不同的絕熱過程中,系統(tǒng)狀態(tài)的改變與系統(tǒng)狀態(tài)的改變與_無關(guān)無關(guān),僅與做功僅與做功_有關(guān)。有關(guān)。吸熱吸熱外界對它外界對它散熱散熱交換交換做功方式做功方式熱效應(yīng)熱效應(yīng)數(shù)量數(shù)量上升上升2.功和內(nèi)

5、能功和內(nèi)能(1)任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都存在一個任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都存在一個只只_的物理量的物理量,叫系統(tǒng)的內(nèi)能。叫系統(tǒng)的內(nèi)能。(2)做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能,功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的_,在國際單位制中在國際單位制中,內(nèi)能和功的單位都是焦耳內(nèi)能和功的單位都是焦耳(J)。(3)內(nèi)能變化與做功的關(guān)系內(nèi)能變化與做功的關(guān)系:在絕熱過程中在絕熱過程中,外界對系統(tǒng)做功外界對系統(tǒng)做功,系統(tǒng)的系統(tǒng)的 _。內(nèi)能的增量就等于外界。內(nèi)能的增量就等于外界_,即即U=U2-U1= _。在絕熱過。在絕熱過程中程中,系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)對外界做功,系統(tǒng)的系統(tǒng)的 _。內(nèi)能的減少量就等于系統(tǒng)。內(nèi)能的減

6、少量就等于系統(tǒng)_,即即U=U2-U1=_。內(nèi)能減少內(nèi)能減少只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)對外界做的功對外界做的功對系統(tǒng)做的功對系統(tǒng)做的功內(nèi)能增加內(nèi)能增加w量度量度w解答解答:在給自行車輪胎打氣時在給自行車輪胎打氣時,打氣筒也會變熱打氣筒也會變熱,這是壓縮空氣做功和這是壓縮空氣做功和克服摩擦力做功的緣故。將一根鐵絲反復(fù)彎折數(shù)十次克服摩擦力做功的緣故。將一根鐵絲反復(fù)彎折數(shù)十次,鐵絲被彎折鐵絲被彎折處發(fā)熱處發(fā)熱,鐵絲內(nèi)能的改變是由于人對鐵絲做了功。鐵絲內(nèi)能的改變是由于人對鐵絲做了功。1.日常生活中有哪些做功會使物體溫度升高的例子日常生活中有哪些做功會使物體溫度升高的例子?2.用錘子反復(fù)敲打

7、一鐵塊用錘子反復(fù)敲打一鐵塊,鐵塊會發(fā)生怎樣的變化鐵塊會發(fā)生怎樣的變化?為什么為什么?解答解答:鐵塊的溫度升高鐵塊的溫度升高,同時會發(fā)生形變。在敲打鐵塊的過程中同時會發(fā)生形變。在敲打鐵塊的過程中,錘頭對鐵錘頭對鐵塊做功塊做功,使鐵塊的內(nèi)能增加使鐵塊的內(nèi)能增加,溫度升高。鐵塊由于受到力的作用溫度升高。鐵塊由于受到力的作用,會發(fā)生形會發(fā)生形變。變。解答解答:(1)在絕熱過程中在絕熱過程中,外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量;系系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的減少量統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的減少量,故故(1)錯。錯。(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度功是能量轉(zhuǎn)化的量度,內(nèi)能

8、不是能量轉(zhuǎn)化的量度內(nèi)能不是能量轉(zhuǎn)化的量度,故故(2)錯。錯。3.判斷下列說法是否正確。判斷下列說法是否正確。(1)在絕熱過程中在絕熱過程中,系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量。系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量。(2)功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度。功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度。主題主題1:實驗探究實驗探究做功和物體內(nèi)能的變化做功和物體內(nèi)能的變化問題問題:閱讀課本閱讀課本“焦耳的實驗焦耳的實驗”標(biāo)題下的內(nèi)容標(biāo)題下的內(nèi)容,回答下列問題?；卮鹣铝袉栴}。(1)焦耳的兩個實驗為什么都要強調(diào)焦耳的兩個實驗為什么都要強調(diào)“絕熱過程絕熱過程”?(2)在有機玻璃筒底放少量棉花在有機玻璃筒底放少量棉花,壓下活塞壓

9、下活塞,觀察棉花的變化觀察棉花的變化,你能看到什么現(xiàn)你能看到什么現(xiàn)象象?實驗現(xiàn)象說明了什么實驗現(xiàn)象說明了什么?(3)焦耳的熱功當(dāng)量實驗和電流熱效應(yīng)給水加熱的實驗中做功的方式相同嗎焦耳的熱功當(dāng)量實驗和電流熱效應(yīng)給水加熱的實驗中做功的方式相同嗎?你能得出什么結(jié)論你能得出什么結(jié)論?解答解答:(1)只有在絕熱的條件下只有在絕熱的條件下,才能探究出做功與內(nèi)能改變的定量關(guān)系。才能探究出做功與內(nèi)能改變的定量關(guān)系。(2)可以看到棉花燃燒的現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象說明壓縮空氣做功可以看到棉花燃燒的現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象說明壓縮空氣做功,使空氣內(nèi)能增大使空氣內(nèi)能增大,達到達到棉花的燃點后引起棉花燃燒。棉花的燃點后引起棉花燃燒。(3

10、)不同。在各種不同的絕熱過程中不同。在各種不同的絕熱過程中,系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關(guān),僅與做功多僅與做功多少有關(guān)。少有關(guān)。知識鏈接知識鏈接:絕熱過程中絕熱過程中,系統(tǒng)只通過做功與外界交換能量系統(tǒng)只通過做功與外界交換能量,它不吸熱也不放熱。做它不吸熱也不放熱。做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機械能如機械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。主題主題2:內(nèi)能內(nèi)能問題問題:(1)從做功的角度從做功的角度,如何來定義系統(tǒng)的內(nèi)能如何來定義系統(tǒng)的內(nèi)能?(2)絕熱過程中如何使物體內(nèi)能發(fā)生變化絕熱過程中如何使物體內(nèi)能發(fā)生變化?

11、如何計算內(nèi)能的增量如何計算內(nèi)能的增量?解答解答:(1)任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量理量,這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。相聯(lián)系。我們把這個物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。(2)在絕熱過程中在絕熱過程中,外界對物體做功或物體對外界做功均能引起物體內(nèi)能外界對物體做功或物體對外界做功均能引起物體內(nèi)能的變化。的變化。外界對系統(tǒng)所做的功外界對系統(tǒng)所做的功W等于系統(tǒng)從狀態(tài)等于系統(tǒng)從狀態(tài)1到狀態(tài)到狀態(tài)2時

12、內(nèi)能的增加量時內(nèi)能的增加量,即即W=U=U2-U1,實質(zhì)是其他形式的能和系統(tǒng)內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。實質(zhì)是其他形式的能和系統(tǒng)內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。知識鏈接知識鏈接:在絕熱過程中在絕熱過程中,做功一定能引起內(nèi)能的變化。物體的內(nèi)能大做功一定能引起內(nèi)能的變化。物體的內(nèi)能大,并不并不意味著做功多。在絕熱過程中意味著做功多。在絕熱過程中,內(nèi)能變化較大時內(nèi)能變化較大時,對應(yīng)做的功較多。對應(yīng)做的功較多。B【解析】做功可以使物體的內(nèi)能增加【解析】做功可以使物體的內(nèi)能增加,但不是一定增加。物體的內(nèi)能為物體內(nèi)但不是一定增加。物體的內(nèi)能為物體內(nèi)所有分子動能和勢能的總和所有分子動能和勢能的總和,內(nèi)能的增加內(nèi)能的增加,不一定

13、是分子動能的增加不一定是分子動能的增加,如通過做功如通過做功使使0 的冰變成的冰變成0 的水。所以的水。所以B正確。正確?！军c評】內(nèi)能的變化有增加和減少兩種情況【點評】內(nèi)能的變化有增加和減少兩種情況,在絕熱條件下在絕熱條件下,外界對系統(tǒng)做正功外界對系統(tǒng)做正功,系統(tǒng)內(nèi)能增加系統(tǒng)內(nèi)能增加;系統(tǒng)對外界做正功系統(tǒng)對外界做正功,系統(tǒng)內(nèi)能減少。系統(tǒng)內(nèi)能減少。1.(考查做功對內(nèi)能的影響考查做功對內(nèi)能的影響)把浸有乙醚的一小塊棉花放在厚玻璃筒的底部把浸有乙醚的一小塊棉花放在厚玻璃筒的底部,當(dāng)當(dāng)快速下壓活塞時快速下壓活塞時,能使浸有乙醚的棉花燃燒起來能使浸有乙醚的棉花燃燒起來,此實驗的目的是要說明此實驗的目的是

14、要說明( )。A.做功可以升高物體的溫度做功可以升高物體的溫度B.做功可以改變物體的內(nèi)能做功可以改變物體的內(nèi)能C.做功一定可以增加物體的內(nèi)能做功一定可以增加物體的內(nèi)能D.做功可以增加物體的熱量做功可以增加物體的熱量BD【解析】汽缸絕熱【解析】汽缸絕熱,封閉氣體膨脹對活塞做功封閉氣體膨脹對活塞做功,氣體的內(nèi)能減少。理想氣體的氣體的內(nèi)能減少。理想氣體的內(nèi)能只與氣體的溫度有關(guān)內(nèi)能只與氣體的溫度有關(guān),可知氣體內(nèi)能減少可知氣體內(nèi)能減少,溫度降低溫度降低,故故B、D選項正確。選項正確?！军c評】絕熱過程中【點評】絕熱過程中,外界對氣體做功外界對氣體做功,內(nèi)能增加內(nèi)能增加,氣體的溫度升高氣體的溫度升高;相反相

15、反,如果如果氣體對外界做功氣體對外界做功,內(nèi)能減小內(nèi)能減小,氣體的溫度降低。氣體的溫度降低。2.(考查做功對內(nèi)能的影響考查做功對內(nèi)能的影響)在一個絕熱汽缸里在一個絕熱汽缸里,若因氣體膨脹若因氣體膨脹,活塞把重物逐漸舉活塞把重物逐漸舉高高,則在這個過程中則在這個過程中,汽缸中的氣體汽缸中的氣體(可視為理想氣體可視為理想氣體)()。A.溫度升高溫度升高B.溫度降低溫度降低C.內(nèi)能增加內(nèi)能增加 D.內(nèi)能減少內(nèi)能減少B3.(考查做功與熱傳遞的區(qū)別考查做功與熱傳遞的區(qū)別)下列實例能說明做功改變了系統(tǒng)的內(nèi)能的是下列實例能說明做功改變了系統(tǒng)的內(nèi)能的是()。A.用熱水袋取暖用熱水袋取暖 B.用雙手摩擦給手取暖

16、用雙手摩擦給手取暖C.把手放在火爐旁取暖把手放在火爐旁取暖 D.用嘴對手呵氣給手取暖用嘴對手呵氣給手取暖【解析】雙手摩擦做功【解析】雙手摩擦做功,使手的內(nèi)能增加使手的內(nèi)能增加,感到暖和感到暖和,所以所以B選項正確選項正確;A、C、D都是通過熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能。都是通過熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能?！军c評】正確認(rèn)識熱量、功和內(nèi)能三者的關(guān)系【點評】正確認(rèn)識熱量、功和內(nèi)能三者的關(guān)系,熱傳遞和做功均可引起內(nèi)能熱傳遞和做功均可引起內(nèi)能的變化的變化,而且是等效的。而且是等效的。4.(考查功能關(guān)系的實例分析考查功能關(guān)系的實例分析)在墻壁與外界無熱傳遞的封閉房間里在墻壁與外界無熱傳遞的封閉房間里,夏天為了降夏天為了降低室溫低室溫,同時打開電冰箱和電風(fēng)扇同時打開電冰箱和電風(fēng)扇,兩電器在工作較長時間后兩電器在工作較長時間后,房間內(nèi)的氣溫將會房間內(nèi)的氣溫將會怎樣變化怎樣變化?并說明原因。并說明原因?！窘馕觥侩姳涔ぷ鲿r只是把箱內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到箱外【解析】電冰箱工作時只是把箱內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到箱外,起到對箱內(nèi)降溫的作起到對箱內(nèi)降溫的作用用;電風(fēng)扇的扇頁轉(zhuǎn)動帶動空氣流動電風(fēng)扇的扇頁轉(zhuǎn)動帶動空氣流動,加快空氣對流加快空氣對流,不能起到降溫作用。如把不能起到降溫作用。如把房間及其內(nèi)的所有物品房間及其內(nèi)的所有物品(包括電冰箱和電風(fēng)扇包括電冰箱和