选修3-3热力学第一定律教案
粤教版物理选修3-3 热力学第一定律 教学设计
粤教版物理选修3-3 热力学第一定律教学设计教学设计《热力学第一定理》【课题】热力学第一定律【教学时间】5月25号【教学对象】高二学生【教材】粤教版物理选修3-3目录一、课标要求 (2)二、教材分析 (2)三、学情分析 (2)四、教学目标 (2)五、教学重点和难点 (3)六、教学方法 (3)七、教学资源与准备 (3)八、教学流程图 (3)九、设计思想分析 (4)十、教学过程设计 (4)热力学第一定理课标要求要求学生知道热力学第一定律，知道热力学第一定律的内容及表达式明确公式中各物理量的物理意义，能应用热力学第一定律进行简单的计算，知道永动机是不可能制成的，了解第一类永动机的设计思想和模型要求通过介绍热力学第一定律和能量，守恒定律发现的过程，让学生领略自然界的奇妙，体会科学家探索自然规律的艰辛，体会科学探索中的失败对科学发现的意义，学习科学家的坚持真理，勇于创新和实事求是的科学态度与科学精神。
教材分析热力学第一定律位于粤教版选修3-3中的第三章的二节，它的前一节是内能功热量，第二节的学习其实就是对这三个物理量的进一步认识和学习，了解它们之间的关系△U=W+Q和符号代表的物理意义。
学情分析认知层面：同学们在初中时学习过热力学第一定律，了解热力学第一定律的基本概念，但没有对热力学第一定律进行深入的学习，因此对于热力学第一定律的公式理解和运用是难点。
知识层面：要求学生理解公式中的W，Q，△U的意义和正负号的使用，会用△U=W+Q分析和计算题目。
教学目标物理观念通过热力学第一定律的概念学习，使同学们形成自然观，物资观，时空观和能量观科学思维能定量进行科学推理、找出规律、形成结论，并能解释自然现象和解决实际问题科学探究通过小组合作与交流，能准确表述、评估和反思在探究热力学第一定律的过程与结果科学态度与责任学习完后能够理解科学技术社会环境之间的关系，有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任担当。
教学重点和难点热力学第一定律的理解教学方法讲授法和课堂讨论法教学资源与准备需要使用多媒体来播放动画教学流程图设计思想分析先用视频引入吸引学生的注意把学生带入课堂，然后引入热力学第一定律来解析热量与做过的转换和公式△U=W+Q的引入来解决第一个例子的问题然后再通过解析公式中各物理量的意义和其符号表示的意义和物理过程让学生能够记忆并理解它教学过程设计教学课题热力学第一定律教学环节教学过程教师活动学生活动设计意图新课引入多媒体展示：通过多媒体播放动画一个小孩从滑梯上滑下后感到屁股热热的和一瓶与气温相同的汽水然后迅速打开发现有一股比气温低的气体冒出提问：为什么小朋友滑滑梯会感到屁股热热的呢，为什么打开汽水发现里面的气体温度比常温低呢引出新课：介绍热力学第一定律基本概念来解析的做功与与热传递的关系和介绍公式△U=W+Q来简单解析问题观看视频动画进入思考和讨论并回答产生这种现象的问题理解热力学第一定律的基本概念和记忆公式△U=W+Q 让同学们理解和掌握热力学第一定律中做功和热传递之间的关系，可以运用物理公式PV/T=C不仅可以解决课本上的问题还可以来解决生活中的问题新课教学对公式△U=W+Q进行解析其中各物理量的意义和其符号表示的意义和物理过程学习理解和掌握公式让同学们能够理解和掌握公式并能运用公式小结一：理解并掌握热力学第一定律的概念二：理解并掌握公式的物理过程和符号意义作业让同学能够运用公式来解决问题。
(完整版)《热力学第一定律》教学设计 教案
学习科学家们探索自然规律的精神，增强学生开发新能源、合理利用能源、发展节能技术的责任感。同时在学习了第一类永动机不可行后，学生能够建立健康积极的科学观。
三、学习者特征分析
1.知识层面：
1)学生已掌握了内能的定义及其微观解释。
2)本章前两节已经学习了在绝热过程中 ，以及在单纯的热传递过程中 的关系。且建立了在改变系统内能上做功和热传递是等价的观念。
科学思维
会用 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。
科学探究
通过独立分析和思考，理解W、Q、ΔU正负号的意义。能将其运用到生活实际，结合自身体会，理解能量守恒定律。从实际出发体会永动机的不可能性。
2、气体状态变化与物理量对应方法
（1）绝热过程：过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对系统做的功等于系统内能的增加。
（2）等容过程：无做功过程,即W=0,则Q=ΔU,系统吸收的热量等于系统内能的增加。
（3）等温过程：在过程的始末状态,系统的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,表示吸收的热量全部用来做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出。
《热力学第一定律》
教学设计与反思
课题：热力学第一定律
科目：物理
教学对象：高二
选用教材：人教版选修3-3第十章第3节
教师：
师范班 林琬晴
一、教学内容分析
本节内容选自人教版选修3-3第十章《热力学定律》的第3节《热力学第一定律能量守恒定律》。
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（能量守恒定律在人教版必修2第七章第10节已学习，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。
人教版高中物理选修3-3教学案：第十章 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律
第3节热力学第一定律__能量守恒定律1.热力学第一定律：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．热力学第一定律的表达式ΔU＝Q＋W，要熟悉其符号法则。
3．能量守恒定律：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，能量的总量保持不变。
4．第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律。
一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式做功和热传递。
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＝Q＋W。
二、能量守恒定律和永动机1．能量守恒定律(1)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，能量的总量保持不变。
(2)意义：①各种形式的能可以相互转化。
②各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
2．永动机不可能制成(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。
(2)不可制成的原因：违背了能量守恒定律。
1．自主思考——判一判(1)做功和热传递在改变物体内能上是不等效的。
(×)(2)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了。
(×)(3)功和能可以相互转化。
(×)(4)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律。
(√)(5)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。
(√)(6)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。
(√)2．合作探究——议一议(1)快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？图10-3-1提示：无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别。
高中物理选择性必修3 《热力学第一定律 能量守恒定律》教学设计
《热力学第一定律能量守恒定律》教学设计一、教学目标1．理解物体跟外界做功和热传递的过程及W、Q、ΔU的物理意义。
2．理解热力学第一定律ΔU＝W＋Q，会用ΔU＝W＋Q分析和计算有关问题。
3．掌握能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题。
二、教学重难点1.理解热力学第一定律并进行相关分析和计算。
2.运用能量守恒的观点分析、解决问题。
三、教学过程环节教师活动学生活动设计意图新课引入回顾旧知：回顾改变系统内能的两种方式，从而自然过渡到热力学第一定律。
通过回顾旧知引入新课，衔接自然，学生容易把握。
新课教学热力学第一定律热力学第一定律：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：问题一：热力学第一定律中各个物理量的符号如何界定？问题二：做功和热传递的区别？（1）做功：实质上是其它形式的能和内能之间转化；（2）热传递：实质上是各物体间内能的转移；（3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的。
（4）几种特殊情况（气体）①等温过程：内能不变，ΔU＝0②等容过程：体积不变，W＝0③绝热过程：Q＝0做功与否，通常需看气体的体积是否变化。
①若气体体积增大，表明气体对外界做功；1.思考公式为什么有正负两种情况，又该具体如何界定。
2.理解做功和热传递的区别，并掌握气体等温变化、等容变化、绝热过程的含义。
3.完成课堂练习。
内能改变包含增加和减少两种，因此公式中同一物理量包含正负，从内能的增加和减少去理解物理量的正负才是从根本上掌握热力学第一定律。
②若气体体积变小，表明外界对气体做功. 课堂练习：能量守恒定律1.自然界中存在不同形式的能（举例）2.不同形式的能之间可以发相互转化（举例）3.能量守恒定律：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保持不变.4.能量守恒定律的重要性（1）是一个普遍适用的定律（2）将各种现象联系在一起（3）19世纪自然科学三大发现之一（4）与热力学第一定律的关系热力学第一定律是只研究内能与其它形式的能发生转化时的能量守恒关系.1.根据举例生活中的各种有关现象及之前的认知，体会能量守恒定律。
【物理】10.3《热力学第一定律-能量守恒定律》教案(新人教版选修3-3)
10.3热力学第肯定律能量守恒定律教学目的（1）知道热力学第肯定律，理解能量守恒定律（2）对热力学第肯定律的数学表达式有简洁相识（3）知道永动机是不行能的教材分析分析一：本节由变更物体内能的两种方式引出热力学第肯定律及其数学表达式，在此根底上结合以往的学问总结出能量守恒定律，最终通过能量守恒定律阐述永动机是不行能的．分析二：依据热力学第肯定律知，物体内能的变更量，运用此公式时，须要留意各物理量的符号：物体内能增加时，为正，物体内能削减时，为负；外界对物体做功时，为正，物体对外界做功时，为负；物体汲取热量时，为正，物体放出热量．分析三：各种形式的能量在转化与转移过程中保持总量不变，无任何附加条件，而某种或几种能的守恒是要有条件的（例如机械能守恒须要对于系统只有重力或弹力做功）．教法建议建议一：在讲完热力学第肯定律后，给出其表达式，为增进学生对其理解，最好能举出实际例子，应用热力学第肯定律计算或说明．建议二：在讲能量守恒定律后，最好能用它对以往所学学问进展一个简洁的总结．要使学生相识到能量守恒定律是一个普遍的规律，热力学第肯定律是其一个详细表达形式．另外，为激发学生学习爱好，阐述能量守恒定律的重要意义，可以简洁介绍一下19世纪自然科学的三大发觉．教学设计示例教学重点：热力学第肯定律与能量守恒定律教学难点：永动机一、热力学第肯定律变更物体内能的方式有两种：做功与热传递．运用此公式时，须要留意各物理量的符号：物体内能增加时，为正，物体内能削减时，为负；外界对物体做功时，为正，物体对外界做功时，为负；物体汲取热量时，为正，物体放出热量时，为负．例1：下列说法中正确的是：A、物体汲取热量，其内能必增加B、外界对物体做功，物体内能必增加C、物体汲取热量，同时对外做功，其内能可能削减D、物体温度不变，其内能也肯定不变答案：C评析：在分析问题时，要求考虑比拟周全，既要考虑到内能包括分子动能与分子势能，又要考虑到变更内能也有两种方式：做功与热传递．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. 这时空气对外做了多少功？解：依据热力学第肯定律知1.5 ×105J -2.0 ×105J = -0.5 ×105J所以此过程中空气对外做了0.5 ×105J的功．二、能量守恒定律1、复习各种能量的互相转化与转移2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，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．（学生看书学习能量守恒定律内容）．3、能量守恒定律的历史意义．三、永动机永动机的原理违反了能量守恒定律，所以是不行能的．举例说明几种永动机模型四、作业探究活动题目：永动机组织：分组方案：搜集有关永动机的材料，并运用所学学问说明永动机是不行能的评价：材料的丰富性。
热力学第一定律-粤教版选修3-3教案
热力学第一定律-粤教版选修3-3教案一、教学目标1.了解热力学第一定律及其内容。
2.掌握系统内能的概念和计算方法。
3.掌握一定质量的物质热力学过程的热学性质计算方法。
4.了解绝热过程和等温过程的热学性质变化特点。
二、教学重点1.热力学第一定律的概念和内容。
2.内能的定义、计算方法及其在热力学过程中的应用。
3.热力学过程中的热学性质计算方法。
三、教学难点1.热力学第一定律的含义和物理意义。
2.内能的概念和计算方法。
3.热力学过程中热学性质的计算和分析。
四、教学内容1. 热力学第一定律的概念和内容热力学第一定律是热力学的基本定律之一，它是指能量守恒定律在热力学中的具体表现。
热力学第一定律的内容包括：(1)在一个封闭系统中，能量总量是不变的。
(2)一个物体的能量增加或减少可以是该物体对外界发生的热传递或机械功的结果。
(3)热量和功都是能量的形式，它们可以互相转化。
(4)能量守恒是宏观物理学基本原理，适用范围极广，包括一般物理学、化学、生物学和地球科学等领域。
2. 内能的定义、计算方法及其在热力学过程中的应用内能是指系统中分子及其它微观物质所具有的热能总和，通常记作U。
内能的计算方法有：(1)对于理想气体，内能公式为U=(3/2)nRT，其中n为摩尔数，R为气体常数，T为绝对温度。
(2)对于非理想气体，内能的计算方法较为复杂，常用的方法为测定热容、测定热力学函数和运用热化学方程式等方法进行计算。
内能在热力学过程中的应用有：(1)在绝热过程中，内能保持不变。
(2)在等温过程中，内能的增量等于从外界获得的热量。
(3)在多过程中，内能变化量等于外界对系统所做的功与系统向外界做的功和所吸收的热量之和。
3. 热力学过程中的热学性质计算方法热力学过程中的热学性质包括热容、比热容、等压热容、等体热容、焓等概念。
其中，热容和比热容是描述物质对热量的敏感程度的物理量，而等压热容、等体热容和焓则是描述物质在热力学过程中的性质变化的物理量。
选修3-3热力学第一定律教案
第3节热力学第一定律目标导航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诱思导学1.热力学第一定律（1）.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。
其数学表达式为：ΔU=W+Q（2）.与热力学第一定律相匹配的符号法则（3）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。
（4）应用热力学第一定律解题的一般步骤：①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负；②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
2.能量守恒定律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。
3.第一类永动机不可能制成任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。
2.热力学第一定律-教科版选修3-3教案
2. 热力学第一定律-教科版选修3-3教案1. 教学目标1.知道热力学第一定律的内容和表述方式。
2.掌握能量、功以及内能、焓的基本概念。
3.理解热力学系统的热力学过程和状态变化，了解工程实践中的应用。
2. 教学内容2.1 热力学基本概念•系统：指通过选定的边界将物体与其余部分间隔开来的一部分物质。
•热力学状态：描述系统的全部宏观性质的集合。
•热力学过程：一个热力学系统从一个状态到另一个状态的变化。
•热力学定律：热力学第一定律、第二定律和第三定律。
•内能：一个系统的内部能量总和。
•焓：一个系统内的能量加上其所施加的外部压力乘以系统体积。
2.2 热力学第一定律•热力学第一定律：在一个孤立系统中，能量不能被创造或者毁灭，只能由一种形式转化为另一种形式，能量守恒。
•能量转化：机械能→ 动能、潜能→ 动能、热能→ 动能、电能→ 动能、动能→ 热能、动能→ 电能等。
•内能的变化：系统内部能量的变化等于进入系统或离开系统的能量之和和系统所做的功。
$\\Delta U = Q - W$2.3 热力学应用•等压过程: 体积恒定时，压强和温度成正比，Q=W+$\\Delta$U。
•等体过程: 压强恒定时，温度和容积成正比，Q=$\\Delta$U。
•等焓过程: 压强和体积同时变化，Q=$\\Delta$H。
•绝热过程: 系统和环境没有能量交换，Q=0，$\\Delta$U=W。
2.4 热力学第一定律数学公式•内能的变化：$\\Delta U = Q - W$。
•等体过程：$\\Delta U = Q$。
•等压过程：$\\Delta H = Q_p$。
•等温过程：Q=W。
3. 教学重点1.热力学第一定律的内容和表述方式。
2.内能、焓以及能量、功的基本概念。
3.热力学过程和状态变化。
4. 教学难点1.热力学第一定律的数学公式。
2.热量转换和内能变化的关系。
5. 教学方法1.讲述法：通过讲解实例来让学生理解概念。
2.实践法：让学生进行实验操作，观察和感受热力学过程。
教科版高中物理选修3-3《热力学第一定律》参考教案
4.2《热力学第一定律》教案●教学目标一、知识目标１.能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，公用Δu=W+Q分析和计算问题.2.能综合运用学过的知识，有关计算，分析，解决有关问题.二、能力目标１.会用热力学第一定律Δu＝W＋Q分析和计算问题；2.会用能量转化和守恒的观点分析物理现象.三、德育目标通过形形色色的永动机设计方案的失败，使学生明白不可能不付出代价就从自然界创造动力，而只有有效地利用自然界提供的各种能源.●教学重点能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用Δu=W+Q 分析和计算问题.●教学难点如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象，如何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.●教学方法讲练法、分析归纳法、阅读法●教学用具投影仪、投影片●课时安排1课时●教学过程［投影］本节课的学习目标：1.掌握热力学第一定律及其公式表达，能够从能量转化的观点理解这个定律；2.会用公式Δu=W+Q分析和计算问题；●学习目标完成过程一、引入［问］改变物体内能的方式有哪些？［学生］做功和热传递是改变物体内能的两种方式.［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，本节课我们就来研究这个问题.二、新课教学（一）热力学第一定律［投影］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？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？［学生解答思考题］教师总结一个物体，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.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.［问］如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量Q及做的功W之间又有什么关系呢？［板书］Δu=W+Q［介绍］该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律.［投影］定律中各量的正、负号及含义物理量符号意义符号意义W + 外界对物体做功－物体对外界做功Q + 物体吸收热量－物体放出热量Δu + 内能增加- 内能减少［投影］例题一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300 J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？解：由题意知W＝300 J Δu=- 300 J，根据热力学第一定律可得:Q=Δu-W=-300 J-300J=-600 JQ为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量.［强化训练］1.如图所示，用力Ｆ压缩气缸中的空气，力Ｆ对空气做了1800 J的功，同时气缸向外放热2000 J，空气的内能改变了多少？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，内能可能不变参考解答：1.由热力学第一定律：Δu=W+Q得：＋1800 J+(-2000 ) J=Δu∴Δu=-200 J即空气内能减少了200 J2.解析：根据热力学第一定律Δu=W+Q，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，B错；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，C正确.而放热与对外做功是使物体内能减小，所以D错.所以本题正确答案为C［强化训练］1.如图所示，A、B容器中各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定，A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，则在这个过程中，大气压力对水做功是，水的内能增加为（设水的密度为ρ，活塞面积分别为S A、S B，原来A、B中高度差为h）2.如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热Q，气体内能增量为Δu，则.A.Δu=QB.ΔU＜QC.Δu＞QD.无法比较3.光滑的水平桌面上有一块质量M=400 g的木块，被一颗质量m=20g以水平速度v0=500 m/s飞行的子弹击中，子弹射出木块时的速度v=300m/s.若子弹击中木块的过程中，系统损失的机械能全部转化为内能，其中η=41.8%部分被子弹吸收使其温度升高，已知子弹的比热c=125J/kg·℃，试求子弹穿过木块过程中升高的温度.图1参考答案：1.打开阀门Ｋ后，根据连通器原理，最后A 、B 两管中的水面将相平，即A 中的水面下降，B 中的水面上升，设A 中水面下降h 1，B 管水面上升的距离为h 2，由于水的总体积保持不变，故：S A h 1=S B h 2A 管中的水受到向下的大气压力，与水面下降的方向相同，所以大气压力对水做正功，设大气压强为p 0，对水做的功为W １，则：W 1=F 1h 1=p 0S A h 1B 管中的水也受到向下的大气压力，与水面上升的方向相反，所以大气压力对水做负功，用W ２表示大气压力做的功，有：W ２＝－F ２h 2= -p 0S B h 2大气压力对水做的总功为：W =W 1+W 2=p 0S 1h 1-p 0S 2h 2又S 1h 1=S 2h 2 所以W =0即大气压力对水不做功阀门打开后，水从高处流向低处.在这个过程中水的重力做正功，所以水的内能增加量等于水的重力势能的减小量.2.解：A 、B 气体开始的合重心在中线下，混合均匀后重心在中线，所以系统重力势能增大，由能量守恒知，吸收热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能.3.解：子弹穿过木块过程中，水平方向不受外力，由动量守恒可算出木块获得的速度，根据子弹长一木块系统损失的机械能可算出产生的热能，由此可算出子弹所升高的温度.设子弹穿出木块后，木块的速度设为V ,则mV =mV 1+MV 即m/s 10m/s 400)300500(20)(1=-⨯=-=M v v m V ，子弹与木块系统损失的机械能J 1580J )101040021300102021(J 500102021)2121212323232212=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=+-=∆---MV mV L mV E 据能量守恒定律，子弹穿越过程中系统增加的内能为:Δu =ΔE =1580 J设子弹升高温度为Δt ,则：ηΔu =cm Δt∴Δt =310201251580%8.41-⨯⨯⨯℃=264℃ 三、小结本节课我们主要学习了热力学第一定律：热力学第一定律是研究功、热量和内能改变之间关系的. 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所作的功W 加上物体从外界吸收的热量Q 等于物体内能的增加Δu .即Δu =Q +W该定律既适用于外界对物体做功，物体吸热，内能增加的情况，也适用于物体对外做功.向外界散热和内能减少的情况.为了区别以上两种情况，在应用Δu =Q +W 进行计算时，它们的正负号规定如下：W ＞0,表示外界对系统做功；W ＜0,表示系统对外界做功；Q ＞0,表示系统从外界吸热；Q ＜0，表示系统向外界放热；Δu ＞0,表示系统内能增加；Δu ＜0,表示系统内能减少。
《热力学第一定律 能量守恒》 教案 1 (新人教版选修3-3)
3 热力学第一定律能量守恒教学目标：1.知道热力学第一定律，理解能量守恒定律；2.会用热力学第一定律的数学表达式进行简单计算；3.知道永动机不可能。
教学重点和难点：能量守恒定律的理解、热力学第一定律的应用教学方法：分析、讨论、启发式教学教学过程：一、一、新课引入：物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。
改变内能的两种方式：做功和热传递外界对物体做了多少功，物体的内能就增加多少，外界传递给物体多少热量，物体的内能就增加多少，若外界既向物体传热又对物体做功呢？二、新课教学：（一）热力学第一定律用∆U表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，W表示外界对物体做的功：∆U=Q+W例1：一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，外界对气体做了多少功？例2：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了1.6×105J，外界对气体做了多少功？例3：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，同时对外界做了3.6×105J 的功，气体的内能增加了多少？符号法则：对△U：“正（＋）”表示内能增加“负（－）”表示内能减少对Q：“正（＋）”表示吸热“负（－）”表示放热对W：“正（＋）”表示外界对物体做功“负（－）”表示物体对外界做功（二）能量守恒定律做功改变物体的内能是其它形式的能转化成了内能热传递（吸热）改变物体的内能是内能从外界转移到了这个物体、即能的转移。
自然界中，各种形式的能都可以相互转化。
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，在转化和转移过程中其总量不变例：从20米高处落下的水，如果开始时水的势能的20%用来使水的温度升高，水落下后温度升高多少？三、小结：1、了解热力学第一定律，会用其数学表达式进行简单计算；2、理解热力学第一定律公式中各量的正负号的含义3、理解能量守恒定律，能应用其解释一些现象；4、知道第一类永动机是不可能的、它违反了热力学第一定律。
51《热力学第一定律》教案(鲁科版选修3-3)
第三节热力学第必定律能量守恒定律设计教师王庆翠审查教师李广山【学习目标】1．知道热力学第必定律的内容及其表达式2．理解能量守恒定律的内容3．认识第一类永动机不行能制成的原由【要点】热力学第必定律【难点】应用热力学第必定律解决问题【知识导学】1.热力学第必定律<1）。
这个关系叫做热力学第必定律。
其数学表达式为：<2）.与热力学第必定律相般配的符号法例做功W热量Q 。
内能的改变U取正当“+”取负值“－”<3）热力学第必定律说了然做功和热传达是系统内能改变的量度，没有做功和热传达就不行能实现能量的转变或转移，同时也进一步揭露了能量守恒定律。
<4）应用热力学第必定律解题的一般步骤：①依据符号法例写出各已知量 <W 、Q、 U ）的正、负；②依据方程 U=W+Q 求出未知量；③再依据未知量结果的正、负来确立吸热、放热状况或做功状况。
2.能量守恒定律⑴ .自然界存在着多种不一样形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。
如机械运动对应；分子热运动对应；电磁运动对应。
⑵ .不一样形式的能量之间能够。
摩擦能够将机械能转变为内能；火热电灯发光能够将电能转变为光能。
⑶.。
这就是能量守恒定律。
(4>.热力学第必定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的详细表现。
(5>.能量守恒定律合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3.第一类永动机不行能制成任何机器运动时只好将能量从一种形式转变为另一种形式，而不行能惹是生非地创建能量，即第一类永动机是制造出来的。
【典型例题】例 1.必定量的气体在某一过程中，外界对气体做了4 5J，则下8×10 J的功，气体的内能减少了 1.2 ×10列各式中正确的选项是< ）A.W=8×104J， U=1.2 ×105 J， Q=4×104JB.W=8×104J， U= － 1.2 ×105J， Q= － 2×105JC.W= － 8×104J， U=1.2 ×105J， Q=2×104JD.W= － 8×104J， U=－ 1.2 ×105J，Q= －4×104J例 2.必定质量的气体，在压缩过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300J ，问气体在此过程中是吸热仍是放热？汲取<或放出）多少热量？例 3. 必定质量的气体从外界汲取了 4.2 ×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：<1）物体的内能是增添仍是减少？变化量是多少？<2）分子势能是增添仍是减少？<3）分子的均匀动能是增添仍是减少？【稳固练习】1．对于物体内能的变化，以下说法正确的选项是<）A. 物体吸热，内能必定增大 C.物体汲取热量，同时对外做功，内能可能不变B. 物体对外做功，内能可能增大 D. 物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变2．自由摇动的秋千摇动幅度愈来愈小，以下说法正确的选项是<）A. 秋千的机械能守恒B. 秋千的能量正在消逝C.只有动能和重力势能的互相转变D.减少的机械能转变为内能，但总能量守恒3．以下各物体在所经历的过程中，内能增添的有( >A. 在圆滑斜面上由静止开释而下滑的物体B. 水平飞翔并射穿木块的子弹C.在绝热的条件下被压缩的气体D.在圆滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的速度运动4．在热力学第必定律的表达式U=W+Q 中对于U 、W 、 Q各个物理量的正、负，以下说法中正确的是<）A. 外界对物体做功时W为正，吸热时 Q为负，内能增添时U为正B. 物体对外界做功时W 为负，吸热时 Q为正，内能增添时U为负C.物体对外界做功时W 为负，吸热时 Q为正，内能增添时U为正D. 外界对物体做功时W为负，吸热时 Q为负，内能增添时U为负5．对于在一个大气压下100℃的水变为 100℃的水蒸气的过程中，以下说法正确的选项是< ）A. 水的内能增添，对外界做功，必定是吸热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. 水的内能增添，对外界做功，向外界放热6．图 10.3-1所示是必定质量的理想气体从状态A.气体的内能改变B.气体的体积增大C.气体向外界放热D. 气体对外界做功图10.3-1 A 经B 至 C的 P—图线，则在此过程中P.. C. BA<）1/V7．一个透热优秀的气缸，缸壁浸在盛水的容器中，快速下压活塞，压缩中对气体做了2000J的功，稳固后使容器中2千克的水温度高升了0.2℃，假定盛水容器绝热。
热力学第一定律-粤教版选修3-3教案
热力学第一定律-粤教版选修3-3教案教学目标1.了解热力学第一定律的基本概念和原理；2.掌握物体内能和热量的概念；3.理解热量、功和内能的转化关系；4.学会应用热力学第一定律解决相关问题。
教学重点1.热力学第一定律的基本概念和原理；2.热量、功和内能的转化关系。
教学难点1.热量、功和内能的转化关系的理解和应用；2.相关问题的综合解决能力培养。
教学内容知识点一：热力学第一定律热力学第一定律是指能量守恒定律，在物理学上也称为能量守恒定律。
在热力学中，热力学第一定律的表述如下：“一个物体的内能的变化等于物体所吸收的热量与物体所做的功之和。
”即：ΔU = Q + W其中，ΔU 表示物体内能的变化量，Q 表示物体吸收的热量，W 表示物体所做的功。
知识点二：热量热量是一种能量形式，也是物体之间能量传递的一种方式。
在热力学中，热量的单位是焦耳（J）。
热量可以通过传导、对流、辐射等方式传递。
知识点三：功功是物体在力的作用下从一个位置移动到另一个位置所做的功。
在热力学中，除了重力、弹力等传统的力之外，内力也可以产生功。
知识点四：内能内能是指物体所具有的所有分子的运动能量、势能和内在能量之和。
内能是热力学中常用的一个概念，其单位与热量和功相同，均为焦耳（J）。
知识点五：热力学第一定律的应用热力学第一定律在许多方面都有应用。
一些常见的应用包括：1.热机的理论效率推导；2.热量和功的转化计算；3.做功时的内能变化计算；4.热力学循环的热量计算等。
教学方法本课程采用讲授和解题相结合的教学方式。
通过讲述基本概念和原理，帮助学生理解热力学第一定律和内能、热量、功等相关概念；通过解题，培养学生应用热力学第一定律解决实际问题的能力。
教学过程步骤一：介绍热力学第一定律老师首先介绍热力学第一定律的基本概念和原理，并通过案例解释内能、热量、功等概念。
步骤二：讲解热力学第一定律的公式老师向学生详细讲解热力学第一定律的公式：ΔU = Q + W，帮助学生理解内能、热量和功之间的转化关系。
新人教版高中物理选修3-3热力学第一定律 能量守恒定律教案1
热力学第一定律能量守恒定律教学方法讲授教学目的 1.认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式的运动有不同形式的能，各种形式的能在一定条件下可以相互转化2. 进一步掌握能的转化和守恒定律，并了解能的转化和守恒定律的意义3．运用公式△U＝W＋Q分析有关问题并具体进行计算教学重点热力第一定律教学难点能量守恒教具多媒体课件教学过程一、复习提问问：物体做什么样的运动具有机械能？机械能转化和守恒定律的内容是什么？二、新课教学热力学第一定律分析下列特殊情况：①如果物体只与外有热交换，没有做功，外界传给物体4J热量物体的内能增加了多少？物体若向外界传出了4J热量，物体内能如何变化？结论：在没有做功情况下，物体与外界间传递热量Q，物体内能变化为△U，则△U＝Q，为了在此表达式中能反映物体对外界是吸热不是放热，作出规定：吸热Q取正值，放热Q取负值，由此可知：物体吸热，内能增加，放热，内能减少。
②如果物体和外界不发生热交换，当外界对物体做了10J功，物体内能增加了多少？当物体对外做了10J功，物体内能又如何变化？结论：在无热交换情况下，△U＝W（对外做功时，W取负值）③如果物体内能在改变的过程中，既有热传递又有做功，例如外界对物体做了10J 的功，同时物体吸收4J热量，物体的内能如何变化？④又如，外界对物体做10J功，物体放热4J物体内能又如何变化？又物体对外界做了10J功，物体吸热4J，物体放热4J物体内能又如何变化？综上所述：在能的转化转移过程中，一个物体，如果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；如果它既没有对外做功，外界也没有对其做功，则它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少。
用△U表示物体内能的增量，用Q表示吸收的热量，用W表示外界对物体所做的功，那么：△U＝Q＋W上式就是热力学第一定律。
［例］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，外界对物体做了多少功？解：根据热力学第一定律得，W＝△U－Q＝4.2×105J－2.6×105J＝1.6×105J2．能的转化课件展示，举例说明物体的每一种运动形式都有一种对应的能机械运动――机械能热运动――内能电荷运动――电能化学运动――化学能生物运动――生物能原子核内部的运动――原子能各种形式的能可以相互转化：机械能中的动能和势能可互相转化（自由落体运动）机械能可以与内能相互转化（摩擦生热，消耗了机械能通过做功的形式转化为内能；热机中的气体推动活塞做功把气体内能转化为机械能）其它形式有能也可以转化为内能，如电流通过导体时，把电能转化为内能；炽热的灯丝发光，又把内能转化成光能；燃烧时，把化学能转化成内能）3.能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能众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，在转化和转移的过程中其总量不变。
热力学第一定律教案
热力学第一定律教案热力学第一定律教案一、教学目标1.理解热力学第一定律的定义和内涵，掌握能量守恒定律。
2.能够运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题。
3.培养学生分析和解决问题的能力，发展学生的科学素养和实验技能。
二、教学内容热力学第一定律的内容，以及如何运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题。
三、教学过程1.引入：通过实例引入热力学第一定律，让学生感知能量守恒定律在日常生活和工业生产中的重要性。
2.基本概念的讲解：讲解热量、工作和内能的定义，阐述这些概念在热力学中的重要性。
特别强调热量和工作在能量转化过程中的作用。
3.热力学第一定律的表述：讲解热力学第一定律的具体表述，即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或从一个物体传递给另一个物体。
让学生理解这个定律的实质是能量守恒。
4.热力学第一定律的应用：通过实例讲解如何运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题。
例如，通过一个加热器将热量转化为机械能，或者通过一个制冷器将机械能转化为热量。
5.实验操作：通过实验活动，让学生亲自操作实验，观察能量的转化和转移过程，体验热力学第一定律。
6.课堂讨论：组织学生进行小组讨论，分享对热力学第一定律的理解和应用，以及在日常生活中找到的能量转化和转移的例子。
7.总结与回顾：回顾热力学第一定律的定义和内涵，总结能量守恒定律的重要性，强调在日常生活和工业生产中保持能量平衡的重要性。
8.作业布置：布置相关练习题，让学生巩固热力学第一定律的内容，并能够灵活运用该定律解释和计算能量的转化和转移问题。
四、教学评价通过提问、小组讨论和作业检查等方式，评价学生对热力学第一定律的理解和应用情况。
同时，鼓励学生通过自主学习和实验操作进一步加深对热力学第一定律的理解。
《热力学第一定律》 教学设计
《热力学第一定律》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标学生能够准确阐述热力学第一定律的内容，理解其数学表达式。
能够运用热力学第一定律分析和解决简单的热力学问题，如绝热过程、等容过程和等压过程中的能量变化。
2、过程与方法目标通过实验观察和数据分析，培养学生的观察能力和数据处理能力。
引导学生运用逻辑推理和数学方法推导热力学第一定律的表达式，提高学生的逻辑思维和数学应用能力。
3、情感态度与价值观目标使学生体会热力学第一定律在科学研究和实际生活中的重要性，激发学生对科学的兴趣和探索精神。
培养学生严谨的科学态度和实事求是的精神。
二、教学重难点1、教学重点热力学第一定律的内容和数学表达式。
不同热力学过程中能量的转化和守恒关系。
2、教学难点对热力学第一定律中内能、功和热量概念的理解。
运用热力学第一定律解决复杂的热力学问题。
三、教学方法1、讲授法讲解热力学第一定律的基本概念、原理和表达式，使学生对新知识有初步的了解。
2、实验法通过实验演示，让学生直观地观察热力学过程中的能量变化，增强学生的感性认识。
3、讨论法组织学生对一些典型的热力学问题进行讨论，激发学生的思维，培养学生的合作学习能力。
4、练习法通过课堂练习和课后作业，让学生巩固所学知识，提高应用能力。
四、教学过程1、导入新课展示一些与能量转化相关的生活实例，如汽车发动机的工作、电暖器的发热等，引导学生思考能量是如何转化和守恒的。
提出问题：在这些过程中，能量的总量是否发生了变化？从而引出本节课的主题——热力学第一定律。
2、知识讲解内能的概念定义：物体内部分子热运动的动能和分子势能的总和称为物体的内能。
强调内能是物体内部的能量，与物体的宏观运动状态无关。
举例说明内能的变化，如加热物体使其温度升高，内能增加。
功和热量的概念功：当系统与外界之间存在压力差和位移时，系统对外界做功或外界对系统做功。
热量：由于温度差而在系统与外界之间传递的能量。
区分功和热量的本质，功是通过宏观的机械运动传递能量，热量是通过微观的分子热运动传递能量。
新人教版高中物理选修3-3_热力学第一定律 能量守恒教案1
热力学第一定律 能量守恒一、教学目标：1.能从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用△U Q +=ω分析和计算问题.2.理解能量守恒定律的意义,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.二、教学重点：热力学第一定律和能量守恒定律三、教学难点：第一类永动机不可能制成的原因.四、教学方法：阅读、分析归纳、讲授法五、教学过程：（一）引入：前边我们学习了改变物体内能的两种方式，我们知道内能改变的过程也就是内能和其他形式能的转化或内能的转移过程，那么在能的转化和转移中，符合什么规律呢？本节课我们来学习这个问题.（二）新课教学：1.热力学第一定律：（1）我们知道：做功和热传递都可以改变物体的内能，在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体做的功ω加上物体从外界吸收的热量Q 等于物体内能的增加U ∆,即:ω+=∆Q U（2）上述公式表示功、热量跟内能改变之间的关系，叫热力学第一定律.（3）热力学第一定律也适用于物体对外做功向外界散热和内能的减少情况，为了区别上述两种情况，它们的正负号规定如下：外界对系统做功，ω>0；系统对外界做功，ω<0;系统从外界吸热，Q >0；系统向外界放热，Q<0；∆>0系统内能增加U∆<0系统内能减小U（4）巩固训练：一定量的气体从外界吸收热量2.66×105 J，内能增加4.25×105J，气体对外界做了功？还是外界对气体做了功？做了多少功？（外界对系统做了功1.59×105 J）2.能量守恒定律：（1）不同形式能量之间可以相互转化：①在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应.例如物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷运动具有电能等.②不同形式能量之间的转化.a.摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能.b.电流通过电热丝可将电能转化为内能等.上述实例表明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功过程来完成的.（2）能的转化和守恒定律：①简介：人类通过对大量的实践经验进行总结得知：要获得一种能量，一定需要利用另一种能量通过做功的方式进行转化，能量不能被创生，也不能被消灭.②用投影片出示能量转化和守恒定律的内容.③学生阅读课文，并分组阐述能量守恒定律的重要意义.（3）分析永动机不可能制成的原因：据能量守恒定律，能量不能被创生，即不可能设计创造出一种不消耗任何能量而源源不断地对外做功的永动机.（三）巩固训练：关于物体的内能，以下说法中正确的是A.物体吸收热量，内能一定增加B.物体对外做功，内能一定减少C.物体吸热，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，内能可能不变答案：C（四）小结：能量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更普遍，所以它对于解决问题是很有用的.（五）作业：练习六P43（六）板书设计：。
教案高中物理选修3-3热力学第一定律.ppt
不消耗任何能量，却可以源源不断 地对外做功，这种机器叫永动机.人们把 这种不消耗能量的永动机叫第一类永动 机.（不吃草的马）
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结论：
根据能量守恒定律，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制 成的.
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二、能量守恒定律
观察柴油机的工作过程 用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理
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能量守恒定律：
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；在转化和 转移过程中其总量不变，这就是能量守恒 定律.
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三、永动机不可能制成 永动机：
（A ）
A．Q1—Q2=W2—W1
B．Q1=Q2
C．W1=W2
D．Q1>Q2
整个过程的内能不变， ΔE = 0
由热力学第一定律 ΔE=W总+Q总=0
Q总= - W总
∴ Q1—Q2=W2—W1Fra bibliotek优选文档
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Q 物体吸收的热量
ΔU = W + Q 该式表示的是内能的变化量跟功、热 量的定量关系，在物理学中叫做热力学 第一定律.
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总结
热力学 第一定律：
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 的共的和。
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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？
【公开课教案】高二物理鲁科版选修3-3 5.1 热力学第一定律
1 热力学第一定律【教学目的】1．理解热力学第一定律的形式和内涵，并能用热力学第一定律解决有关问题2．知道什么是第一类永动机，能解释第一类永动机不能做成的原因【教学重点】热力学第一定律的内容、符号法则热力学第一定律的应用【教学难点】热力学第一定律的符号法则【教具】“第一类永动机”模型【教学过程】引入1．提出问题问题讨论我们知道做功和热传递都可以改变物体的内能，且作用效果使相同的。
如果在热传递的同时，外界也对物体做功（或做功的同时，和外界有热交换），情形会怎样，我们应该怎样定量处理这类问题呢？——一、热力学第一定律请大家在下面的表格中填入适当的结果（提示性表述中可用总公司和分公司的结算关系、国内贸易和对外贸易来类比…）：以上的穷举讨论可不可以上升到理论的高度，用一个精练的式子表达出来呢？学生寻找关系…教师提示：符号修正→正式板书——ΔU = Q + W符号法则：Q——吸热取“+”，放热取“－”；W——对物体做功取“+”，物体对外界做功取“－”；规定了右边的符号法则之后，右边事实上成了一个代数的表达式，根据我们的经验，等式左边也会出现负值。
下面我们探讨左边的符号法则，在上表中填加一行——由这个补充可知，ΔU的符号法则为（补充板书）——ΔU——增加取“+”，减少取“－”。
我们把以上的结论称之为热力学第一定律，它表征的是内能改变、热传递和做功三者之间的定量关系。
【例1】空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？【解析】选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU ＝W＋Q.由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J．【答案】5×104 J【例2】如下图所示，一定质量理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量420 J，同时膨胀对外做功300 J．当气体从状态B经过Ⅱ回到状态A时，外界压缩气体做功200 J．求过程Ⅱ中气体是吸热还是放热，热量是多少？【解析】气体由状态A经过程Ⅰ过程Ⅱ又回到状态A，初末状态内能不变，由热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，可得：0＝420－300＋200＋Q，Q＝－320 J，所以第二过程中气体放热320 J．【答案】放热320 J二、第一类永动机永动机不可能制成我们把不消耗任何能量而能永远对外做功的机器成为“第一类永动机”。
高中物理教科版选修(3-3)4.2 教学设计 《热力学第一定律》(教科版)
《热力学第一定律》【知识与能力目标】知道热力学第一定律的内容及其表达式。
【过程与方法目标】会用ΔU = Q + W解决一些简单的问题。
【情感态度价值观目标】会用热力学第一定律分析理想气体状态变化时，能量的交换关系。
【教学重点】（1）用热力学第一定律分析内能改变的问题。
（2）掌握ΔU = Q + W的符号法则并熟练应用。
【教学难点】表达式ΔU = Q + W中各物理量的符号及其物理意义。
压缩气体引火仪、铁架台、酒精灯、带软木塞的试管、多媒体设备等。
（一）引入：在本书第一章，我们学习了分子动理论，知道任何物体都具有内能，且永不为零，它的大小由质量、温度、体积来决定。
那在实际操作中，我们可以采用哪些方式来改变物体的内能呢？接下来我们来看两个实验，在观察过程中，大家注意思考它们是采用什么方式改变物体内能的。
教师演示压缩气体引燃棉花实验和加热试管中的水弹出试管软木塞实验。
由上述两个实验我们知道，做功和热传递都可以改变物体内能，那如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量及做功之间有什么关系呢？这就是我们这节课要学习的内容。
（二）新课教学：1、热力学第一定律早在19世纪，克劳修斯就在热力学理论研究方面建树卓著，更在1850年在他发表的论文中首次用数学的形式表达了内能与热量及做功的关系，这就是热力学第一定律。
（1）内容：一个物体的内能增量等于物体吸收的热量与外界对物体所做的功之和。
（2）表达式：ΔU = Q + W其中ΔU表示物体内能的增量，Q表示物体吸收的热量，W表示外界对物体做的功。
教师提问：我们知道功有正负，且正负号所代表的物理意义不同，那么上式中ΔU和Q是否又有正负之分呢？如果有正负号代表的物理意义相同吗？（3）对公式ΔU、Q、W符号的规定：教室引导学生从热力学第一定律的内容来分析上述三物理量的符号的规定。
具体如下：内容中的提到的是内能的增加量，如果物体的内能是减少，则去ΔU的符号为“一”，相反，增加则为“+”；同理，物体放出热量，Q符号取“一”，吸收热量则取“+”；气体对外界做功，W符号取“一”，外界对物体做的功则取“+”。
选修33热力学第一定律教案
Q
由能量守恒定律得： QSt=cmΔt
cm t
则 Q=
St
代入数值得： Q=4.2×104J
4．解：由能量守恒定律得： mgh=cmΔt
gh
Δt=
c
Δt=0.14℃
代入 g=10m/s2,h=3 ×20m=60m,c= 4.2 ×103J/kg ℃·
5．解：要使奶牛的内能不变， 1h提供的热量
E= cm Δt= 4.2 1×03×400×3.5J=5.88 1×06J 故每天提供的热量 E ’=24E=1.4 ×108J
3.第一类永动机不可能制成 任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一
类永动机是不可能制造出来的。
典例探究
例 1.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了 各式中正确的是 （ ）
A.W=8× 104J， ΔU =1.2 ×105J ，Q=4×104J B.W=8×104J， ΔU = － 1.2 ×105J ，Q= －2×105J C.W= － 8×104J，ΔU =1.2 ×105J ，Q=2×104J
（ 2）分子势能是增加还是减少？
（ 3）分子的平均动能是增加还是减少？
解析：（ 1）气体从外界吸热为： Q=4.2×105J
气体对外做功： W= －6×105J
由热力学第一定律： ΔU=W+Q= （－ 6×105）+ （4.2 ×105J） =－ 1.8 ×105J
ΔU为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了
(2)比热容是指单位质量的某种物质温度每升高 1摄氏度所吸收的热量。由于等容过程中，温度 升高，系统所吸收的热全部用来增加内能，而等压过程中，所吸收的热除增加内能外，还要多吸收
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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诱思导学1.热力学第一定律（1）.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。
其数学表达式为：ΔU=W+Q（2）.与热力学第一定律相匹配的符号法则（3）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。
（4）应用热力学第一定律解题的一般步骤：①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负；②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
2.能量守恒定律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。
3.第一类永动机不可能制成任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。
典例探究例1.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了×105J，则下列各式中正确的是（）=8×104J，ΔU =×105J ，Q=4×104J=8×104J，ΔU =－×105J ，Q=－2×105J=－8×104J，ΔU =×105J ，Q=2×104J=－8×104J，ΔU =－×105J ，Q=－4×104J解析：本题主要考查热力学第一定律的应用。
因为外界对气体做功，W取正值，即W=8×104J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU=－×105J；根据ΔU=W+Q，可知Q=ΔU－W=－×105－8×104=－2×105J，即B选项正确。
答案：B友情提示：注意热力学第一定律关系式中各物理量的符号法则。
例2.一定质量的气体，在压缩过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？解析：由题意可知，W=300J，ΔU=－300J，根据热力学第一定律可得Q=ΔU－W=－300J－300J=－600JQ为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量。
友情提示：注意热力学第一定律关系式中各物理量的符号法则及其物理意义。
例3. 一定质量的气体从外界吸收了×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：（1）物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？（2）分子势能是增加还是减少？（3）分子的平均动能是增加还是减少？解析：（1）气体从外界吸热为：Q=×105J气体对外做功：W=－6×105J由热力学第一定律：ΔU=W+Q=（－6×105）+（×105J）=－×105JΔU为负，说明气体的内能减少了。
所以，气体内能减少了×105J。
（2）因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了。
（3）因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。
友情提示：本题以热力学第一定律关系式为起点，结合分子动理论中内能的定义，分析得出：①气体对外做功，体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了②气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。
课后问题与练习点击1.解析：由热力学第一定律ΔU=W+Q有ΔU=900J-210J=690J2.解析：(1)一定质量的封闭气体可以看作是理想气体，由理想气体的状态方程和热力学第一定律可知：两种情况下内能的变化ΔU是相同的，即ΔU=Q1，但ΔU=Q2-W，所以Q2>Q1。
(2)比热容是指单位质量的某种物质温度每升高1摄氏度所吸收的热量。
由于等容过程中，温度升高，系统所吸收的热全部用来增加内能，而等压过程中，所吸收的热除增加内能外，还要多吸收一点热用来对外膨胀做功，所以气体等压下的比热容恒大于等容下的比热容。
3.解：设在阳光直射时地面上每平方米每分钟接受的太阳能量为Q由能量守恒定律得：QSt=cmΔt则Q= cm t St代入数值得：Q=×104J4．解：由能量守恒定律得：mgh=cmΔtΔt=ghc代入g=10m/s2,h=3×20m=60m,c= ×103J/kg·℃Δt=0.14℃5．解：要使奶牛的内能不变，1h提供的热量E= cmΔt= ×103×400×=×106J故每天提供的热量E’ =24E=×108J6．解：物体吸收的能量一部分转化为物体的内能，使物体的内能增加，同时另一部分因物体膨胀要对外界做功。
基础训练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6．为使一个与外界保持良好热交换状态的物体的内能能够明显变化，以下方法可行的是（）A.以较大的功率对物体做功B. .以较小的功率对物体做功C.该物体以较大的功率对外做功D. 该物体以较小的功率对外做功71V图线，则在此过程中（）A.气体的内能改变B.气体的体积增大C.气体向外界放热D.气体对外界做功8．从10m高空由静止开始下落的水滴，在下落的过程中，水滴重力势能的40﹪转化为水的内能使水的温度升高，则水滴落下后温度升高多少？[水的比热容c=×103J/（kg·℃）]9．一个透热良好的气缸，缸壁浸在盛水的容器中，迅速下压活塞，压缩中对气体做了2000J的功，稳定后使容器中2千克的水温度升高了0.2℃，假设盛水容器绝热。
问：压缩前后缸内气体的内能变化了多少？多维链接1．有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。
这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是哪儿来的吗？提示：不是永动机。
能量是通过摆动手臂对表内的转轮做功而储存的。
2．在一间隔热很好的密闭房间里放一台电冰箱，如果把冰箱门打开，开动一段时间后，房内温度是降低还是升高？提示：升高了。
因为电冰箱消耗电能，产生电热，使密闭房间内的空气内能增加，房内温度升高。
3．能的转化和守恒定律的建立能的转化和守恒定律的建立，揭示了机械热、电、化学等各种运动形式之间相互联系并相互转化的统一性，是物理学发展史上继牛顿学将天体运动与地面物体运动的大综合之后的第二次大综合，恩格斯将这一伟大的运动基本定律称为19世纪自然科学的三大发现之一，它不仅是自然科学的基础，而且也给哲学上的不灭运动原理和自然界运动形式的统一性提供了可靠的科学论据。
4．关于太阳能的转化太阳能辐射到地球表面，产生热量和化学能，能量给地球以温暖，推动地表水的循环和空气的流动。
化学能被植物经过化学作用所利用，产生糖类及其其它有机物，成为生命活动的能源，一个活的生命体可以看作是一个利用太阳能以维持自身生命，并延续下一代的化学系统。
太阳能有广泛的应用，其辐射的直接利用基本上有以下四种方式：(1).太阳能——内能转换这是目前技术最为成熟，成本最为低廉，因而应用最为广泛的形式，其基本原理是将太阳辐射能收集起来，利用温室效应来加热物体而获得内能，如地膜、大棚、温室等，目前使用较多的太阳能收集装置有两种，一种是平板式集热器，如太阳能热水器等，另一种是聚集型集热器，如反射式太阳灶、高温太阳炉等。
(2).太阳能——电能转换太阳能与电能转换有两种方式，一种是利用太阳辐射能发电，一般是由太阳能集热器将吸收的太阳能转换成蒸汽，再驱动汽轮机发电，但这一过程效率较低并且成本高，没有实用价值；另一种是太阳能与电能的转换，是利用光电效应，将太阳辐射能直接转化成电能。
(3).太阳能——化学能转换利用太阳辐射能可以转化为化学键中的化学能，进而生成新物质，或利用其分解化学物质生成新物质。
例如直接分解水制氢，是一种很有前途的光能与化学能的转化方式。
(4).太阳能——生物质能的转换主要是通过地球上众多的植物的光合作用，将太阳辐射能转化为生物质能。
生物能又叫绿色能源，是植物体燃烧放出的热能。
此外，叶绿素通过光合作用把二氧化碳和水转化成碳水化合物和氧气，这时太阳能转化成储存在植物内有机物的化学能。