热力学第一定律优质课比赛
《大学物理》课件-热力学第一定律
21
例1 理想气体准静态等温膨胀做的功。并思考如何实现这 一准静态过程。
22
假设缸中由v mol气体，等温膨胀的温度为T，体积
变化为：
V1 →V2
则
V2
A=
V1
pdV
= V2RT
绝热壁
C
向真空中自由膨胀。测量 膨胀前后水温的变化。
气体
真空 水
实验结果：水温不变，
验证了理想气体的内能与体积无关。为什么？
dQ = 0,dA = 0 dE = 0 (V1 →V2 )
但水的热容比气体的大得多，焦耳实验中气体温度变化不 易测出。实验进一步改进。1852年焦耳和汤姆逊用节流方法重 新做了实验。
11
4.热力学第一定律 机械能守恒： Aex + Ain,n-cons = EB - EA 对保守系统： Aex = EB - EA = ΔE 质心参考系下：Aex = Ein,B - Ein,A
对单一组分的热力学系统(保守系统),外界对系统做 功可分为：①与系统的边界具有宏观位移相联系的宏观功； ②没有宏观位移的热传递型微观功。
Aex = A + Q 则机械能守恒在热力学系统的新形式： A + Q = ΔE
12
对于任何宏观系统的任何过程，系统从外界吸收的热
量等于系统内能的增量和系统对外做的功之和。
Q = E2－E1 + A
A = -A表示系统对外界做功。对初、末态为平衡态的无
限小过程
dQ = dE + dA
——涉及热现象的能量守恒定律的表述。 ——不需要能量输入而能继续做功的“第一类永动机”不 存在。
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•
U＝U（T）
• H＝H（T）
第17页
抱负气体温标
T=pV/nR
•实际气体由于分子之间存在作用势能, 且分子 体积不为零, 故实际气体不遵守抱负气体方程式. 但:
• 实际气体 → 抱负气体 (当p→0时)
• 此时实际气体将遵守抱负气体方程式. 热力学 温标T与抱负气体温标在数值上相同, T准确值在 实际操作上, 需用气体温度计来校准.
•
U=U(T)
• 并有下式成立: (U/V)T=0 (内能与体积无关)
•
(U/p)T=0 (内能与压力无关)
第16页
• 同样能够证实，抱负气体焓也只是温度函数：
• • 注意：
(H/V)T = ((U+pV)/V)T = (U/V)T+ (pV/V)T =0
恒温下pV乘积为一常数
• 同理 ： (H/p)T = 0
第8页
1840年 ，英国科学家Joule做了一系列试验，证 实了热量就是能量。并从试验数据得出了热功当 量：Joule发觉把一磅水提升一华氏度，需消耗 772英尺－ 磅机械能，相称于1cal=4.157 J。
惯用热量单位是卡(cal)：
一克纯水从14.50C升至15.50C所需热量
热力学所采用热功当量为: 1cal = 4.184 J
•注意：可逆过程定义不是直接依据过程本身某性质来定 义，而是通过能否找到一条适当还原路径来定义。
第20页
p A(p1V1)
体系环境 同时还原
B(p2V2)
V
等温可逆过程：
膨胀：Q1=-W1=nRTlnV2/V1
压缩：Q2=-W2=nRTlnV1/V2=-Q1
第21页
热力学第一定律ppt课件
始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电
阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（
）
A．h中的气体内能增加
B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等
D．f与h中的气体压强相等
6、如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距
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—
焦耳
—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。
焦耳的实验
绝热过程
系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它
不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。
为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质
量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸
壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气
体压强均为p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活
塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做
增加，A 项正确；ab 过程发生等容变化，气体对外界不做功，
C 项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc 过程发
的功。（重力加速度大小为g）
7、如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，下列
说法正确的有(
)
A．外界对气体做功
B．气体对外界做功
√
C．气体向外界放热
D．气体从外界吸热
√
BD
物理化学及实验褚莹热力学第一定律公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
等温过程
100℃,105Pa
100℃,106Pa
第12页
1.2 热力学第一定律
▪ 1.2.1 热力学第一定律表述 ▪ 1850年，能量守恒与转化定律：“在任何过
程中，能量既不能创造，也不能毁灭，只能 从一个形式变为另一个形式，而不同形式能 量在相互转化时，数量永远是相称。”
▪ “热质说” ▪ “热运动学” ▪ 1840年，焦耳（Joule）和迈耶（Mayer）确
[思考题] 若 δW 0 ，则等压过程 ΔH ?
第27页
▪ 1.4.3 热容
平均热容: C Q
T
定义温度T时热容：
def
Q δQ
C = lim
T 0 T dT
热容单位：J·K-1，容量性质，
摩尔热容Cm:J·K-1·mol-1。 定容热容和定压热容：
CV
def
δQV dT
Cp
def
δQp dT
[思考题] 试讨论等温压缩过程体积功
图1-2 准静态过程 第21页
准静态过程：由一系列无限靠近于平衡状态 所构成过程。 (1) 准静态过程并非局限于膨胀或压缩； (2) 是一个抱负化过程。
第22页
▪ 2、可逆过程 可逆过程是指每一步都可向相反方向进行，并且当体系回 到本来状态后环境不留下任何改变过程。
第10页
过程：状态改变方式。涉及中间态和环境 作用。
(1) 等温过程：T1=T2=T环，T环=常数 (2) 等压过程：p1=p2=p环，p环=常数
(3) 等容过程：dV=0 (4) 绝热过程：δQ 0
第11页
路径：完毕某一改变详细环节或路线。
25℃，105Pa 等温过程 25℃,106Pa
等压过程 等压过程
获奖说课PPT热力学第一定律
根据实验数据，计算纯水吸收的热 量以及质量的变化，验证热力学第 一定律。
实验结果与数据分析
结果
实验数据显示，纯水在加热过程中吸收 了一定量的热量，同时质量有所增加。
VS
数据分析
通过计算，可以得出纯水吸收的热量与质 量增加之间的关系。根据热力学第一定律 ，吸收的热量应等于质量增加所对应的能 量。通过对比实验数据和理论值，可以验 证热力学第一定律的正确性。
获奖说课ppt热力学第一定律
目录 Contents
• 热力学第一定律的概述 • 热力学第一定律的表述与理解 • 热力学第一定律的实验验证 • 热力学第一定律的应用实例 • 热力学第一定律的挑战与展望
01
热力学第一定律的概述
定义与公式
定义
热力学第一定律，也称为能量守 恒定律，指出在一个封闭系统中 ，能量不能被创造或消失，只能 从一种形式转化为另一种形式。
确保所有设备正常工作，准备好所 需材料。
2. 称量与记录
使用天平称量一定质量的纯水，记 录其初始质量。
3. 加热与测量
将纯水放入恒温水槽中，开启加热 器加热。同时，使用温度计记录水 温变化，计时器记录加热时间。
4. 热量测量
使用热量计测量加热过程中纯水吸收 的热量。
5. 结果记录
加热完成后，再次使用天平测量纯 水的质量，记录其最终质量。
内能与热量的关系
内能的变化量等于吸收或释放的热量和外界对系统所做功的和，即ΔU=Q+W。当 系统从外界吸收热量时，内能增加；当系统向外界放出热量时，内能减少。
热力学第一定律在封闭系统中的应用
封闭系统的概念
封闭系统是指与外界只有能量交换而没有物质交换的系统。在封闭系统中，系统的状态变化只受到内部因素和外 界作用的影响。
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解析：压缩过程中，活塞（外界）对气体（系统）做功，W是正值：
W1= F1l1= 2×103×0.1 J = 200 J
请你通过这个例子讨论总结功和热量取 正、负值的物理意义。
物理量
功W 热量Q 内能变化量ΔU
取正号（＋）的 取负号（－）的
意义
意义
外界对系统做功 系统对外界做功
系统吸热
系统放热
内能增加
内能减少
ΔU＝Q + W
ΔU＝－135J + －85J
ΔU＝－220J
气体内能减少了220J
练习
1.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶 口越近水的温度越高。一开口向下、导 热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中 封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下 沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请 分析上浮过程中：
科学推理
单纯地对系统做功做功（绝热过程）：ΔU=W 单纯地对系统传热： ΔU＝Q 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能 的变化量就应该是：
ΔU＝Q+ W
归纳总结 热力学第一定律
ΔU＝Q+ W
一个热力学系统的内能变化量等于外界向它 传递的热量与外界对它所做的功的和.
物理量 ΔU Q W
物理意义 内能的变化量 外界向系统传递的热量 外界对系统所做的功
（2）是小瓶内气体对外界做功？还是外 界对小瓶内气体做功？
小瓶上升过程中，瓶内气 体的温度逐渐升高，压强 逐渐减小，根据理想气体 状态方程
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热力学第一定律 能量守恒定律1．掌握热力学第一定律及其公式表达，会用表达式分析和计算问题．2．掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义，会用能量转化和守恒的观点分析物理现象．3．能综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题．4．了解第一类永动机不可能制成的原因．1．热力学第一定律(1)热力学第一定律表示的是功、热量跟内能之间的定量关系．(2)表达式为 ：U Q W ∆=+(3)W 、Q 、ΔU 正负号确定．①W ：外界对物体做功，W 取正值；物体对外界做功，W 取负值．②Q ：物体吸热，Q 取正值；物体放热．Q 取负值．③ΔU ：物体内能增加，ΔU 取正值；物体内能减少，ΔU 取负值．2．能量守恒定律(1)定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变．(2)能量守恒定律是自然界的普遍规律，是人们认识自然、改造自然的有力武器．3．永动机不可能制成人们把设想中的不消耗任何能量却可以源源不断地对外做功的机器叫做永动机，能量守恒定律的发现使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能造成的．1．热力学第一定律的几种典型应用：(1)若过程是绝热的，即Q ＝0，则W =ΔU ，外界对物体做的功等于物体内能的增梅-(2)若过程中不做功。
即W ＝0，则Q ＝ΔU ，物体吸收的热量等于物体内能的增加．(3)若过程的始末物体的内能不变，即,ΔU=0，则W+Q ＝0，外界对物体做的功等于物体放出的热量，或者物体对外界做的功等于物体吸收的热量．2．对能量守恒定律的理解(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等．(2)不同形式的能量之间可以相互转化：“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起．表明内能转化为机械能；电流通过问题讨论 课堂笔记 学习要求电热丝做功可将电能转化为内能等等”．这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化．且是通过做功来完成的这一转化过程．(3)某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．(4)由能量观点解题的步骤：①对一个过程分析有哪些形式的能在变化，如何变化?②由E E ∆=∆增列方程求解． [例1]气体膨胀对外做功100J ，同时从外界吸收了120 J 的热量．它的内能的变化可能是[ ]A ．减小20J B ．增大20JC. 减小220J D ．增大220J【解析】研究对象为气体．依符号规则，对外做功W ＝－100J ，吸收热量Q ＝＋120J,由热力学第一定律有10012020U W Q J ∆=+=-+=U ∆＞0，说明气体的内能增加．故选项B 正确．(说明)(1)要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统． (2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号规则代入数据． 对结果的正、负，也同样依照符号规则来解释其意义．[例2]关于物体内能的变化，以下说法中正确的是……( )A ．物体吸收热量，内能一定增大B ．物体对外做功，内能一定减少C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D ．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变(解析)根据热力学第一定律U W Q ∆=+知，物体内能的变化与外界对气体做功(或气体对外界做功)、气体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关．物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故选项A 错．同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，选项B 错．若物体吸收的热量与对外做功相等，内能不变，选项C 正确．而放热与对外做功均使物体内能减小，选项D 错．故本题的正确答案为C ． 1. 关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是…( )A ．吸热的物体，其内能一定增加B ．体积膨胀的物体，其内能一定减少C.放热的物体，其内能也可能增加 D ．绝热压缩的物体，其内能一定增加2. 当物体的温度没有改变时，下列说法中比较确切的是( )A ．物体一定没有吸热B ．物体的内能有可能改变C ．物体的内能一定没有改变D ．物体与外界可能有热交换3. 气缸中的气体膨胀时推动活塞向外运动，若气体对活塞做的功是6×103J ，气体的内能减少了8×103J ，则在此过程中气体_____热，吸收或放出的热量是_______J.4.100℃的水完全变成100℃的水蒸气的过程中…( )A. 水分子的平均动能增加例题分析 同步练习B ．水分子的势能增加C. 水所增加的内能小于所吸收的热量D ．水所增加的内能等于所吸收的热量5．有上下摆动且高度越来越低的滚摆，则下列关于能量的说法正确的有( )A .滚摆的机械能守恒B ．能量正在消失C ．只有动能和势能的相互转化D ．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒6．关于物体的内能变化，以下说法中正确的是( )A ．物体吸收热量，内能一定增加B ．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变C ．物体对外做功，内能一定减小D ．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变7．用步枪射出一颗质量为10－2㎏的子弹，设火药在燃烧时产生0.75kcal 的热量，且有30％转变为子弹动能，则子弹出口的速度是多少?(j=4.2×103J ／kcal)8.汽车关闭发动机后，沿斜坡匀速下滑的过程中( )A ．汽车的机械能守恒B ．汽车的动能和势能相互转化C. 汽车的机械能转化为内能，总能量减少D. 机械能转化为内能，总能量守恒9．永动机是不可能制成的，这是因为永动机( )A. 不符合机械能守恒定律B. 违背了能的转化和守恒定律C ．做功产生的热不符合热功当量D ．找不到合适的材料和合理的设计方案10．下列各物体在历经历的过程中，内能增加的有( )A ．在光滑斜面上由静止释放而滑下的物体B ．水平飞行并射穿木块的子弹C ．在绝热的条件下被压缩的气体D ．在光滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的连度运动．11．质量为M 的小车，以速度0v 在光滑水平面上匀速行驶，在小车上方有一质量为m 的木块，轻轻落在车上，其速度可忽略，由于木块和车间有摩擦，而使木块滑行一段距离后与车保持相对静止，求木块在车上滑行中产生的热量?12．质量为2㎏的木块置于光滑水平桌面上，质量为10g 的铅弹从水平方向射入木块后，与木块一起向前运动，落地点与桌子边缘的水平距离是0.4m ，在入射过程中内能增加量的60％被铅弹吸收，使铅弹的温度升高了92.6ºC ，已知铅的比热是130.2J ／(㎏.ºC)210/g m s ，求桌面的高度．。
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2.0
t2时 nB/mol 1.5 5.5
3.0
1
n1N2 N2
(2.0
3.0)mol 1
1.0mol
1
n1H2 H2
(7.0
10.0)mol 3
1.0mol
1
n1NH3 NH3
(2.0
0)mol 2
1.0mol
2 1.5mol
rHm = 92
1 ? 2 ?
第14页
t0
•若外压p＝0或体积改变量ΔV＝0时, 体积功W ＝0。 •本章研究体系都是只作体积功, 不做非体积功过程。
对于恒温(T)恒压(p)下抱负气体参与反应: W =－p外ΔV = － ngRT
16第16页
例: 2H2(g)+O2(g) =2H2O(l) ，求298K时原则状态下2molH2 与1mol O2生成2mol H2O(l) 反应所作体积功W。
解: W= -ngRT = 3 ×8.314 ×298 = 7.4 (kJ) 体系体积减小, 系统得到正功。
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例: 在78.3℃及1×105Pa下，1g乙醇蒸发变成 620cm3乙 醇蒸气时，吸热 854J，求内能改变△U是多少焦耳。
解: 体系吸取热量 Q＝＋854J 体系做功是指液态乙醇气化时所做恒压体积膨胀功:
=注意n:产ΔrHmfΘH(T)≈mΔr(H产m)Θ(298.n15反K) f H m (反)
应用公式时注意: 反应焓变计算是终态减始态，勿颠倒 公式中各种物质一定要考虑其汇集状态 ΔrH m (T)≈ΔrH m(298.15K) ΔfH m(298.15K)是热力学基本数据，可查表取得。
26
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注意: r Hm数值与反应方程式写法相关。
热力学第一定律优质课
热力学第一定律优质课哎呀，今天我们聊聊热力学第一定律，听起来很高深，但其实和我们日常生活息息相关，简直是个神奇的家伙。
想象一下，你在厨房忙活，锅里炖着肉，突然锅盖一打开，那香味立马飘了出来，让你口水直流。
这就是能量在你身边悄悄流动，没错，热力学的奥秘就在于此。
热力学第一定律，说白了就是能量守恒定律，能量既不会凭空出现，也不会无缘无故消失。
就像我们常说的“光阴似箭，日月如梭”，时间在流逝，但能量始终在转移。
比如说，你把火点着了，锅里的水被加热，水分子开始活跃，嘿，瞬间就沸腾了。
可别小看这水，里面的能量可多得很，它像个活力四射的小精灵，把热量转化为蒸汽，哇，这一过程可真是神奇。
再说说我们生活中的其他例子。
想想你骑自行车，踩踏板的时候，腿上的力量转化成车轮的转动，这个过程简直像魔法一样！骑得越快，风迎面扑来，爽快得不得了。
这就是能量的转化，正是热力学第一定律在你的骑行中默默运作。
能量一会儿在你腿上，一会儿在车轮上，玩得不亦乐乎。
如果把能量比作一位小朋友，那它就是个好动的家伙，永远都在不同的地方跑来跑去。
举个例子，太阳光照在大地上，植物吸收这些光能，进行光合作用，变成养分，哇，这可是个大团圆的结局！能量从太阳到植物，再到我们吃的美食，真是个美妙的循环。
你看，这第一定律让我们生活变得丰富多彩，就像菜市场里的各种新鲜水果一样，让人眼花缭乱。
这个定律还有个很重要的概念，叫做内能。
可以把内能想象成你家冰箱里的食物。
冰箱里保持着食物的新鲜，里面的温度变化，能量的转移，全都与内能有关。
想象一下，放进冰箱里的热饭菜，哎呀，刚开始时热乎乎的，过了一段时间，哗，冷了，能量悄悄跑掉了。
没错，这就是能量在变动，它从热的状态转向冷的状态，真是个聪明的小家伙。
再聊聊热机，热机可是一项伟大的发明。
想象一下，汽车发动机就像一个能量的转化工厂，燃料在里面燃烧，产生热量，这些热量又转化为动能，让车子飞驰而去，简直快得飞起！每一次启动，都是能量在做大秀。
教育科学出版社高中物理选修- 热力学第一定律-“黄冈赛”一等奖
第二节热力学第一定律（第一课时）教学目标：（一）物理观念让学生能够构建内能的概念，知道理解内能微观和宏观的意义。
（二）科学思维学生了解焦耳实验的设计思路，帮助提高学生的模型构建能力（三）科学探究锻炼学生对实际问题进行研讨的能力（四）科学态度与责任培养学习物理的兴趣，增强对大自然的好奇心教学重点：理解物体内能的概念，知道功与内能改变的关系。
教学难点：内能的改变与做功的方式无关，仅与做功的数量有关。
教学方法：观察、实验、阅读、讨论和讲解法教学用具：气球，无色玻璃瓶，橡胶瓶塞，打气筒等。
投影仪、投影片。
教学过程设计与目标（一）有关气球的小活动引课内容：通过反复拉伸气球，可以造成气球熔断解释：反复对气球做功，可以使气球温度升高，内能增大，进而熔断气球。
达成目标：让学生体验并知道做功可以改变物体的温度，改变物体的内能。
（二）内能：（1）从第七章分子动理论入手，复习并给出内能的微观含义（2）从影响内能的宏观条件入手，让学生了解内能的宏观含义。
（3）明确理想气体的内能，对接高考。
达成目标：让学生了解本节课的内能和之前分子动理论提到内能的一致性，并明确高考中常见理想气体的内能只与温度有关。
（三）焦耳的实验阅读教材自主学习和观看微课相结合形式让大家清楚焦耳的两个实验，并完成下列问题：a.焦耳的两个实验实在什么条件下完成的，为什么要满足上述条件（绝热条件，避免外界环境对物体的内能影响）b.焦耳的两个实验分别是由什么形式能量转化成了内能，如何实现的转化（1、重力势能转化为内能，通过重物的下落，带动叶片旋转，叶片与水摩擦进而使水的内能增大。
2、重力势能转化为电能，电能转化为内能。
重力下落做功，带动发电机发电，电阻丝发热，进而使水的内能增加）c. 焦耳的两个实验的结论是怎样的（热力学系统从1个状态到另一个状态，所需的功的数值是相同，与做功的方式和过程无关。
）达成目标：让学生通过焦耳的实验的学习深刻理解做功和改变内能的关系（四）通过焦耳的两个实验进一步得出做功和内能变化的关系：在绝热的过程中：W U =∆。
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《热力学第一定律》教学设计与反思科目：物理教学对象：高二选用教材：科教版教师：黄健亮一、教学内容分析本节内容选自科教版从教材结构上来看，本章从研究绝热过程中功和内能关系开始，到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系，逐步剖析功、热量以及内能三者之间的关系，引出了热力学第一定律以及能量守恒定律的内容（能量守恒定律在科教版已学习，因此并未在本课的设计范围内）。
在学习了守恒律后，学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性，认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律。
从课程标准来看热力学第一定律在高考中是I级要求，了解其内容及含义并且能进行简单运用即可。
热力学第一定律为同学们建立了“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”这一图像，是高中教学的重点但非难点。
从教材内容来看，教材的思路是从焦耳的实验出发得到“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”的观念，从而总结出?U=Q+W的规律，进而推广得到能量守恒定律，并介绍永动机的不可能性。
而本节课的教学设计是在教材的基础上，用一个新颖的实验作为引入，承接原来学过的“单纯做功／热传递改变系统内能”引出“做功与传热在改变系统内能方面的等价性”，激发学生乐趣，有助学生理解物理图像。
从功能上讲，学习热力学第一定律完善了学生对于能量及其规律的知识体系，且让学生能更深一步了解热与内能，并且为下一节学习熵的原理打下基础。
二、教学目标物理观念能够从能量转化的角度理解热力学第一定律的形式和内涵。
理解、掌握能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析物理现象，明确其优越性。
了解第一类永动机不能制成的原因。
科学思维会用?U=Q+W解决一些简单的问题。
了解建立热力学第一定律的历史过程、事实依据以及科学方法。
通过教材中J.R.迈尔船医的故事让学生对创造性思维中最活跃因素——“猜想与假设”有一定的启发。
锻炼学生能从抽象公式内化为思维从而解释生活中现象的能力，让学生能够学以致用。
热力学第一定律优质课比赛共25页文档
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
热力学第一定律优质课比赛
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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热力学第一定律优质课比赛课件
著名科学家达· 芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能 的思想，他曾设计过一种转轮，如图1所示，
图1 达·芬奇设想的永动机 芬奇设想的永动机
在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银， 他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经 过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设 计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道： “永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是 去做淘金者吧！”
四、做功、热传递、内能变化的判断 做功、热传递、
二）内能变化的判断 若题目涉及的系统是一定质量的特定理想 气体，由于它只有分子动能，故看它的 内能就只需要看它的温度。温度升高内 能增加，温度降低内能减少。
实际气体若是温度不变，体积增大，内能增加。 冰 熔化成水的过程中，因为要从外界吸热且外界对系统做 功，所以内能增加。 故对于非理想气体一般不能根据温 度判断内能的变化。
3、与热力学第一定律的关系 、 热力学定律是能量守恒定律的特例
4、能量守恒定律的历史意义 。
能的转化和守恒定律是分析解决问题的一个极为重 要的方法，它比机械能守恒定律、热力学第一定律更普 遍。例如：物体在空中下落受到阻力作用时，物体的机 械能不守恒，但包括内能在内的总能量是守恒的。 能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发 现之一，也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭。
滚球永动机 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔 基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图2所示。
图2
滚球永动机
转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼 外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向 中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国 王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维 持短时运动的。
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能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这 个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域 的科学工作者有一系列的共同语言。
三、永动机不可能制成
1、 第一类永动机
概念：不消耗能量的机器。 结果：无一例外地归于失败。 原因：违背了能量守恒定律。
B、外界对物体做功，物体内能必增加
C、物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少
D、物体温度不变，其内能也一定不变
评析：在分析问题时，要求考虑比较周全，既要考虑到 内能包括分子动能和分子势能，又要考虑到改变内能也有两 种方式：做功和热传递
例题2：空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的 热量2.0 ×105J，同时空气的内能增加了1.5 ×105J. 这时， 在压缩空气的过程中，外界对空气做了多少功？
图5 磁力永动机
A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到 上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸 引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没 有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变 化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。
就在一些人热衷于制造永动机的同时， 科学家们从力学基本理论的研究中逐步认 识到了自然界的客观规律性。继达·芬奇之 后，斯蒂文于1568年写了一本《静力学基 础》，其中讨论斜面上力的分解问题时， 明确地提出了永动机不可能实现的观点。
2、能量守恒定律：
记住能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，
也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形 式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转 移的过程中其总量不变．
3、与热力学第一定律的关系
热力学定律是能量守恒定律的特例
4、能量守恒定律的历史意义 。
能的转化和守恒定律是分析解决问题的一个极为重 要的方法，它比机械能守恒定律、热力学第一定律更普 遍。例如：物体在空中下落受到阻力作用时，物体的机 械能不守恒，但包括内能在内的总能量是守恒的。
2、永动机给我们的启示
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。
下面让我们来看看几种永动机模型 。见识一下人 们对永动机的研究情况：
著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能 的思想，他曾设计过一种转轮，如图1所示，
图1 达·芬奇设想的永动机
在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银， 他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经 过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设 计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道： “永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是 去做淘金者吧！”
滚球永动机 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔 基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图2所示。
图2 滚球永动机 转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼 外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向 中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国 王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维 持短时运动的。
解：根据热力学第一定律W + Q = ΔU 知： W= ΔU－Q = +1.5 ×105J -（- 2.0 ×105J） = +3.5 ×105J
所以此过程中外界对空气做了3.5 ×105J的功 。
二、能量守恒定律
1、复习各种能量的相互转化和转移
（1）各种机器的作用是什么？ 各种机器都是能量转化器。 （2）风力发电是什么能转化为什么能？ （3）化学上电解食盐的过程中是什么能转化为什么能？
复习提问
1：分子动理论的内容是什么？ 2：什么是内能？改变物体内能的方式是什么？ 3：改变物体内能的方式有何本质的区别？
本节课来讨论做功和热传递在改变内能的过程中 所遵守的规律。
3热力学第一定律 能量守恒定律
一、热力学第一定律
1、热力学第一定律的研究对象和问题
研究的对象是一个系统，它研究功、热量和内能的变 化之间的定量关系。
2、热力学第一定律的表达式
记住：写成公式为：W + Q = ΔU 理解；公式中W表示做功，Q表示热量，ΔU表示内能的变化 注意：公式中的功是能够改变内能的功，不是所有 的功。
3、热力学第一定律的内容
一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递
的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热 力学第一定律。
软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如图3所示。
图3 软臂永动机 它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的 臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心 靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没 有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在 原地。
阿基米得螺旋永动机 1681年，英国有一位著名的医生 弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋（图4）
注意：它适用于单体系统，对于多体系统不一定适用。
4符号规定
运用此公式时，需要注意各物理量的符号：物体内能增 加时， ΔU 为正，物体内能减少时， ΔU 为负；外界对物 体做功时，W 为正，物体对外界做功时，W为负；物体吸收 热量时，Q为正，物体放出热量时，Q为负．
例1：下列说法中正确的是：（ C ） A、物体吸收热量，其内能必增加
1.水沟 2.阿基米得螺旋 3.水轮 4.水磨
图4 阿基米得螺旋永动机
把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机 除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水， 如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间， 响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟 出 现了热潮。
磁力永动机 大约在1570年，意大利有一位教授叫泰 斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计 如图5所示，
右图6为 “神奇其实并不神奇”
他所用的插图画在该书扉页上，见图6，图的上方写着： “神奇其实并不神奇。”将14个等重的小球均匀地用线穿起 组成首尾相连的球链，放在斜面上，他认为链的“运动没有 尽头是荒谬的”，所以两侧应平衡。
如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就 是人们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律 等自然规律的“创造”都是注定要失败的