編寫本節(jié)的想法
本節(jié)通過焦耳的代表性實驗介紹本節(jié)討論的主題，并建立熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律。
通過焦耳“熱與功”實驗的闡述，得出絕熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能的變化相當(dāng)于外界對系統(tǒng)做的功，并強調(diào)控制變量是實驗探索的重要方法； 基于熱傳遞和物質(zhì)體內(nèi)能量變化的定量關(guān)系總結(jié)為熱力學(xué)第一定律。 通過焦耳的另一次實驗和第一種永動機的不可制造性的介紹，總結(jié)和總結(jié)了能量守恒定律。 進一步提升熱力學(xué)研究中的能量概念和守恒思想。
在學(xué)習(xí)過程中，需要了解焦耳在實驗中使用了控制變量的思想，即絕熱條件下ΔU=W，無工條件下ΔU=Q。 通過學(xué)習(xí)過程，學(xué)生可以體會到科學(xué)家在科學(xué)探究過程中實事求是、堅持真理的科學(xué)態(tài)度，以及不畏艱難、勇于探索的科學(xué)精神。
文字解讀
焦耳的實驗是熱力學(xué)定律的基礎(chǔ)實驗，在物理學(xué)史上占有重要地位。 本實驗的核心是研究功與內(nèi)能的關(guān)系，要求處于絕熱環(huán)境是為了減少其他因素的影響。 實驗是利用落錘帶動葉片攪拌水，葉片與水之間的摩擦力導(dǎo)致水溫升高，最終得到它們之間的等價關(guān)系。
焦耳在過去的40年里進行了400多項實驗，并將一生奉獻給了科學(xué)研究。 焦耳用精確的實驗數(shù)據(jù)說明了熱運動與機械運動的等價性，成為熱力學(xué)第一定律。 并為能量守恒定律奠定了實驗基礎(chǔ)。
人類對節(jié)能的認(rèn)識經(jīng)歷了一個曲折的探索過程。 介紹第一類永動機設(shè)計人員的歷史事實。 讓學(xué)生牢固樹立能量不可能憑空產(chǎn)生的觀念，知道不存在不消耗能量就能做功的機器，從而引發(fā)對能量守恒定律的研究。 同時焦耳物理學(xué)家，我們也能體會到科學(xué)探索的艱辛，以及科學(xué)家的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)展的意義。
焦耳的實驗與之前的實驗不同。 在這個實驗中，電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量并提高水溫。 正是電流做功來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 可以看出，以不同的方式完成工作會產(chǎn)生相同的結(jié)果。 通過介紹這個實驗，引導(dǎo)學(xué)生了解不同類型的功可以改變物體的內(nèi)能，比如之前的機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換，這里的電能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換。
在此基礎(chǔ)上，通過分析和講解，引導(dǎo)學(xué)生建立比熱力學(xué)第一定律更廣泛的能量守恒定律，理解能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，將自然界中各種物質(zhì)運動和能量轉(zhuǎn)化聯(lián)系起來。更廣闊的領(lǐng)域。 ，進一步深化運動和能量的概念以及守恒的思想。
研究熱量與內(nèi)能關(guān)系時需要滿足的條件是熱力學(xué)過程不做功。 熱量反映了物體在其狀態(tài)變化過程中傳遞的能量。 它是衡量系統(tǒng)在傳熱過程中內(nèi)能變化的物理量。
這里“拓展視野”的目的是讓學(xué)生明白，做功和傳熱雖然本質(zhì)上是不同的物理過程，但它們在改變物體內(nèi)能方面的作用是相同的，是等價的。
在熱力學(xué)第一定律中，應(yīng)該明確的是，ΔU是內(nèi)能的變化量，W是外界對系統(tǒng)所做的功，Q是系統(tǒng)從外界吸收的熱量。 對于物理量正負(fù)號的理解，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在案例分析的基礎(chǔ)上獨立歸納。 對于氣體，應(yīng)該清楚的是，壓縮氣體是外界對氣體做的功，而膨脹氣體是氣體對外界做的功。
這里設(shè)置的“自主活動”是通過簡單的例子進行計算，讓學(xué)生了解熱力學(xué)第一定律中三個物理量正負(fù)號的物理意義。
參考答案：由ΔU = W + Q，可得Q = ΔU – W= 1.6×105 J ? 2.8×105 J = ? 1.2×105 J。因此系統(tǒng)釋放1.2×105 J的熱量。
這里“拓展視野”的目的是讓學(xué)生在研究理想氣體狀態(tài)變化時，明白如何從微觀角度解釋和理解理想氣體內(nèi)能的變化。
這里設(shè)立“大家講”的目的是為了列舉生產(chǎn)、生活中能量轉(zhuǎn)化的例子，讓學(xué)生直觀地感受到各種運動對應(yīng)著各種能量，各種能量可以通過各種類型的運動相互轉(zhuǎn)化。工作。
參考答案：①內(nèi)能——機械能：蒸汽機、摩擦生熱； ②機械能-電能：發(fā)電機、電動機； ③內(nèi)能——電能：溫差發(fā)電、電加熱器； ④內(nèi)能-化學(xué)能：化學(xué)反應(yīng)； ⑤化學(xué)能-電能：化學(xué)電池、電解反應(yīng)； ⑥ 核能——內(nèi)能：核反應(yīng)。
這里“拓展視野”的目的是讓學(xué)生了解能量守恒定律建立的重要性和歷史地位，感受它對人類文明發(fā)展的作用。
問題與想法解讀
1.參考答案：物體是由大量的分子組成的。 物體內(nèi)所有分子的熱運動動能與分子勢能之和，就是物體的內(nèi)能； 熱量是傳熱過程中內(nèi)部能量傳遞的量度，是一個過程量； 溫度是分子熱遙動平均動能的量度。 溫度越高，分子的熱運動越劇烈焦耳物理學(xué)家，分子的平均動能越大。 因此，這三個量的物理意義是完全不同的。
當(dāng)兩個物體之間存在溫差時，熱量就會從高溫物體傳遞到低溫物體，兩個物體的內(nèi)能可能會發(fā)生變化。 如果兩個物體之間只有熱傳遞，不與外界進行能量交換，那么它們之間傳遞的熱量就等于其內(nèi)能的增加或減少。
命題目的：鞏固對內(nèi)能、熱、溫度三個物理量概念的理解。
主要素養(yǎng)和水平：能源概念（一）。
2、參考答案：氣體絕熱膨脹，氣體與外界之間傳遞的熱量Q=0，氣體體積的增加意味著氣體對外做功W<0物理資源網(wǎng)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W + Q，ΔU < 0，因此氣體的內(nèi)能減小 小。
氣體吸熱膨脹，Q>0。氣體體積的增加意味著氣體對外做功W<0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，當(dāng)吸收的熱量大于對外做功時完成后，氣體的內(nèi)能增加； 當(dāng)吸收的熱量小于外界所做的功時，氣體的內(nèi)能減少。
命題意圖：利用熱力學(xué)第一定律分析氣態(tài)變化過程中內(nèi)能的變化。
主要素養(yǎng)和水平：科學(xué)推理（二）。
3、參考答案：木塊勻速沿斜坡滑下時，受到重力、斜坡的支撐力和摩擦力的影響。 其中，重力做正功，木塊的重力勢能減??； 木塊勻速下滑，說明其動能不變，因此木塊的機械能減小。 并且由于木塊克服摩擦力做功，部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以木塊的機械能減少，內(nèi)能增加。
命題目的：分析實際機械運動情況下物體內(nèi)能的變化，鞏固對能量守恒定律的理解。
主要素養(yǎng)和水平：科學(xué)推理（二）。
4、參考答案：在物體物理狀態(tài)不變的前提下，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，在物體放出熱量的同時（Q<0），對物體做相等的正功(W>0)，可以保持物體的內(nèi)能恒定。 也就是說，物體的溫度保持恒定。
命題意圖：用熱力學(xué)第一定律解決實際問題。
主要素養(yǎng)和水平：科學(xué)推理（二）。
5、參考解：他消耗的能量E = (frac{{110}}{{100}})×500 kJ = 550 kJ。 假設(shè)高中生感受到的重力為G=mg=550N。他們需要爬上h高的建筑物來消耗這個能量。 從 E = mgh，我們得到 h = (frac{E}{{mg}})= (frac{{550 times {{10}^3}}}{{550}})m = 1 000 米。 假設(shè)一般住宅樓每層高度為h1 = 3 m，那么他需要爬n = (frac{h}{{{h_1}}})= (frac{{1000} }{3}) ≈ 需要333層樓才能消耗這段時間所消耗的能量。
命題意圖：計算并解決實際問題，理解能量守恒定律的重要性。
主要能力和水平：模型構(gòu)建（二）； 科學(xué)推理（三）．