10.3 热力学第一定律 能量守恒定律教案

第三节热力学第一定律能量守恒定律

一、教学目标

1、知道热力学第一定律的内容及其表达式

2、理解能量守恒定律的内容

3、了解第一类永动机不可能制成的原因

二、教学重点与难点

从能量转化的观点理解热力学第一定律，会用ΔU = W + Q 分析和计算有关问题是本节的重点。热力学第一定律ΔU = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定，如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象是本节的难点。

三、教学方法与建议

问题讨论法、阅读法

四、学情分析

通过对上两节课内容的归纳，即做功和热传递都可以改变物体的内能，并且二者是等效的。在此基础上，提出当外界对物体既做功又热传递时，物体的内能如何改变？学生通过分析讨论，自然得出热力学第一定律。能量守恒定律的知识，学生一直都有，故不存在什么问题。永动机学生虽然比较陌生，但通过影片的播放介绍，学生应该能够有所了解。

五、教学过程

（一）引入新课

[问题]：改变物体内能的方式有哪些？

学生回答：做功和热传递。

教师：既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种联系，我们就来研究这个问题。

（二）新课讲授

一、热力学第一定律

1、思考与讨论

（1）一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：

①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？

②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？

学生思考回答：一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少。

（2）一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：

①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？

②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？

学生思考回答：如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少.

（3）如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化ΔU与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？

学生思考后应该能够得出ΔU = W + Q的结论。由此引出对热力学第一定律的学习。2、热力学第一定律

（1）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。（2）表达式：ΔU = W + Q

（3）Δu=W+Q中各量的正、负号及含义

结合以上问题，讨论不同情况下各量的正、负号及含义，作如下归纳：

（4）应用

例题：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2 ×105J。

问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？

②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况怎样？

解：①根据ΔU = W + Q 得

W = ΔU －Q = 4.2 ×105J －2.6×105J= 1.6×105J

W为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J 的功。

②同理可得：W =ΔU －Q = 1.6 ×105J －2.6×105J= －1.0×105J

W为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的功。

教师：热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。

二、能量守恒定律

首先通过多媒体向学生播放一段关于自然界中能量转化的影片，然后请学生阅读课本，作如下归纳：

⑴自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。

⑵不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。

⑶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另一种形式，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。这就是能量守恒定律。

(4) 热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。

(5) 能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。

(6) 能量守恒定律的重要意义

第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。

三、永动机不可能制成

学生阅读课本，了解第一类永动机的相关知识以及不可能制成的原因。

向学生播放一段关于永动机的影片。

四、课堂练习

1．关于物体内能的变化，以下说法正确的是（）

A.物体吸热，内能一定增大

B.物体对外做功，内能可能增大

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

2．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是（）

A.秋千的机械能守恒

B.秋千的能量正在消失

C.只有动能和重力势能的相互转化

D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒3．下列各物体在所经历的过程中，内能增加的有 ( )

A.在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体

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，碰撞后以共同的速度运动

4．在热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q中关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是（）

A.外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正

B.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负

C.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正

D.外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负

5．对于在一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是（）

A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热

B.水的内能不变，对外界做功，从外界吸热

C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热

D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热

五、课堂总结

请学生总结本节课所学的内容。

六、课后作业

课后“问题与练习”第1、4题书面作业，其余课后思考。