魯科版選修33 熱力學(xué)第一定律 第1課時 教案.docx

熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律新課標(biāo)要求（一）知識與技能1能夠從能量轉(zhuǎn)化的觀點理解熱力學(xué)第一定律及其公式表達(dá)，會用u=w+q分析和計算問題。2掌握能量守恒定律，理解這個定律的重要意義。會用能量守恒的觀點分析物理現(xiàn)象。3能綜合運用學(xué)過的知識，用能量守恒定律進行有關(guān)計算，分析、解決有關(guān)問題。4了解第一類永動機不可能制成的原因。（二）過程與方法通過用定量計算的例題講解及課件展示來加深大家對知識的理解。（三）情感、態(tài)度與價值觀1學(xué)習(xí)眾多科學(xué)家孜孜以求、勇于探索自然規(guī)律的精神，進一步進行辯證唯物主義教育，為將來能在開發(fā)新能源、合理利用能源、發(fā)展節(jié)能技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)作出貢獻(xiàn)而努力。2感受英國科學(xué)家焦耳勤奮、刻苦，40年如一日研究電流熱效應(yīng)，測定熱功當(dāng)量的頑強意志體現(xiàn)出來的人格美。教學(xué)重點能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的理解及綜合應(yīng)用，涉及熱力學(xué)第一定律的定性分析和定量計算。教學(xué)難點熱力學(xué)第一定律的正確運用（定性分析和定量計算）及對第一類永動機不可能制成的具體分析探究過程的理解。教學(xué)方法講練法、分析歸納法、閱讀法教學(xué)用具：投影儀、投影片。教學(xué)過程（一）引入新課教師：（復(fù)習(xí)提問）改變物體內(nèi)能的方式有哪些？學(xué)生：做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式。教師：既然做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，那么功，熱量跟內(nèi)能的改變之間一定有某種聯(lián)系，本節(jié)課我們就來研究這個問題。（二）進行新課1熱力學(xué)第一定律投影1一個物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：如果外界做的功為w，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？如果物體對外界做的功為w，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？2一個物體，如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么：如果物體吸收熱量q，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？ 如果放出熱量q，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？學(xué)生解答思考題教師總結(jié)：一個物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對它做多少功，它的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功，它的內(nèi)能就減少多少。如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么物體吸收了多少熱量，它的內(nèi)能就增加多少，物體放出了多少熱量，它的內(nèi)能就減少多少。問如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化與熱量q及做的功w之間又有什么關(guān)系呢？板書u=w+q介紹該式表示的是功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律。投影定律中各量的正、負(fù)號及含義物理量符號意義符號意義w+外界對物體做功物體對外界做功q+物體吸收熱量物體放出熱量u+內(nèi)能增加內(nèi)能減少投影例題一定質(zhì)量的氣體，在被壓縮的過程中外界對氣體做功300j，但這一過程中氣體的內(nèi)能減少了300 j，問氣體在此過程中是吸熱還是放熱？吸收（或放出）多少熱量？解：由題意知w=300 j u = - 300 j，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得：q=u-w = -300 j-300 j= -600 jq為負(fù)值表示氣體放熱，因此氣體放出600j的熱量。強化訓(xùn)練1如圖所示，用力f壓縮氣缸中的空氣，力f對空氣做了1800 j的功，同時氣缸向外放熱2000 j，空氣的內(nèi)能改變了多少？2關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說法中正確的是 .a物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大b物體對外做功，內(nèi)能一定減少c物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變d物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變參考解答：1由熱力學(xué)第一定律：u=w+q得：1800 j+(-2000 )j=u u= -200 j即空氣內(nèi)能減少了200 j2解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律u=w+q，物體內(nèi)能的變化與外界對氣體做功（或氣體對外界做功），氣體從外界吸熱（或向外界放熱）兩種因素有關(guān)，物體吸收熱量，但有可能同時對外做功，故內(nèi)能有可能不變甚至減小，故a錯，同理，物體對外做功的同時有可能吸熱，故內(nèi)能不一定減小，b錯；若物體吸收的熱量與對外做功相等，則內(nèi)能不變，c正確。而放熱與對外做功是使物體內(nèi)能減小，所以d錯。所以本題正確答案為c2能量守恒定律教師：通過前邊的學(xué)習(xí)我們知道：做功改變物體內(nèi)能的過程是內(nèi)能和其他形式的能的轉(zhuǎn)化過程，熱傳遞改變物體內(nèi)能的過程是內(nèi)能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體的過程?？偨Y(jié)：能量可以由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，也可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。教師：做功改變物體的內(nèi)能時，對物體做多少功就有多少機械能轉(zhuǎn)化為等量的內(nèi)能，物體對外界做多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為等量的機械能；在熱傳遞過程中，物體吸收多少熱量，內(nèi)能就增加多少，物體放出多少熱量，內(nèi)能就減少多少。熱力學(xué)第一定律表示，做功和熱傳遞提供給一個物體多少能量，物體的能量就增加多少，能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移中守恒。投影能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變，這就是能量守恒定律。學(xué)生閱讀課文，并敘述能量守恒定律發(fā)現(xiàn)的意義3永動機不可能制成介紹什么是第一類永動機永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機。人們把這種不消耗能量的永動機叫第一類永動機。多媒體展示常見的永動機模型介紹永動不可能制成的原因根據(jù)能量守恒定律，任何一部機器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動機是不可能制成的。對學(xué)生進行思想教育人類利用自然，必須遵循自然規(guī)律，而不是去研制永遠(yuǎn)無法實現(xiàn)的永動機。強化訓(xùn)練1如圖1所示，a、b容器中各有一個可自由移動的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定，a、b底部由帶有閥門k的管道相連，整個裝置與外界絕熱，原先a中水面比b中高，打開閥門，使a中的水逐漸向b中流，最后達(dá)到平衡，則在這個過程中，大氣壓力對水做功是 ，水的內(nèi)能增加為 （設(shè)水的密度為，活塞面積分別為sa、sb，原來a、b中高度差為h）2如圖2所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的a、b兩部分氣體，a的密度小，b的密度大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程中氣體吸熱q，氣體內(nèi)能增量為u，則 。 a.u=q b.uq c.uq d.無法比較參考答案：1打開閥門k后，根據(jù)連通器原理，最后a、b兩管中的水面將相平，即a中的水面下降，b中的水面上升，設(shè)a中水面下降h1，b管水面上升的距離為h2，由于水的總體積保持不變，故：sah1=sbh2a管中的水受到向下的大氣壓力，與水面下降的方向相同，所以大氣壓力對水做正功，設(shè)大氣壓強為p0，對水做的功為w1，則：w1=f1h1=p0sah1b管中的水也受到向下的大氣壓力，與水面上升的方向相反，所以大氣壓力對水做負(fù)功，用w2表示大氣壓力做的功，有：w2=f2h2= -p0sbh2大氣壓力對水做的總功為：w=w1+w2=p0s1h1-p0s2h2又s1h1=s2h2 所以w=0即大氣壓力對水不做功閥門打開后，水從高處流向低處。在這個過程中水的重力做正功，所以水的內(nèi)能增加量等于水的重力勢能的減小量。2解：a、b氣體開始的合重心在中線下，混合均勻后重心在中線，所以系統(tǒng)重力勢能增大，由能量守恒知，吸收熱量一部分增加氣體內(nèi)能，一部分增加重力勢能。（三）課堂總結(jié)、點評本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了1熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律是研究功、熱量和內(nèi)能改變之間關(guān)系的.如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么，外界對物體所作的功w加上物體從外界吸收的熱量q等于物體內(nèi)能的增加u即u=q+w該定律既適用于外界對物體做功，物體吸熱，內(nèi)能增加的情況，也適用于物體對外做功.向外界散熱和內(nèi)能減少的情況。為了區(qū)別以上兩種情況，在應(yīng)用u=q+w進行計算時，它們的正負(fù)號規(guī)定如下：w0，表示外界對系統(tǒng)做功；w0，表示系統(tǒng)對外界做功；q0，表示系統(tǒng)從外界吸熱；q0，表示系統(tǒng)向外界放熱；u0，表示系統(tǒng)內(nèi)能增加；u0，表示系統(tǒng)內(nèi)能減少。2能量守恒定律（1）能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，這就是能的