熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

1、11 5 熱力學(xué)第一定律能量守恒定律一、教案目標(biāo)1理解和掌握物體跟外界做功和熱傳遞的過程中W 、Q、U 的物理意義。2會(huì)確定的W 、Q、U 正負(fù)號(hào)。3理解熱力學(xué)第一定律U =W+Q4會(huì)用U =W+Q 分析和計(jì)算問題。5理解能量守恒定律，能列舉出能量守恒定律的實(shí)例；6理解“永動(dòng)機(jī)”不能實(shí)現(xiàn)的原理。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1重點(diǎn)內(nèi)容是熱力學(xué)第一定律和 能量守恒定律，強(qiáng)調(diào)能量守恒定律是自然科學(xué)中最基本的定律。學(xué)會(huì)運(yùn)用熱力學(xué)第一定律和 能量守恒定律分析、計(jì)算一些物理習(xí)題。2運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律對(duì)具體的自然現(xiàn)象進(jìn)行分析，說(shuō)明能是怎樣轉(zhuǎn)化的，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是有難度的。三、教案方法：教師講解，課件演示，指導(dǎo)學(xué)生看書

2、四、教具： 計(jì)算機(jī)、大屏幕、自制多媒體課件五、教案過程（）引入新課上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了改變內(nèi)能的兩種方式，做功和熱傳遞，那么它們之間有什么數(shù)量關(guān)系呢？以前我們還學(xué)習(xí)過電能、化學(xué)能等各種形式的能，它們?cè)谵D(zhuǎn)化過程中遵守什么規(guī)律呢？這節(jié)課我們就來(lái)研究這些問題。【板書】第六節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律（二）進(jìn)行新課【板書】一、做功W 、熱傳遞Q、內(nèi)能變化U 的物理意義1做功：做功使物體內(nèi)能發(fā)生變化，實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化，是一種形式的能量向另一種形式的能轉(zhuǎn)化。功是能量轉(zhuǎn)化的量度。2熱傳遞：是能量的轉(zhuǎn)移，內(nèi)能由一個(gè)物體傳遞給給另一個(gè)物體，傳遞的能量用Q表示。3內(nèi)能的改變：是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能之和發(fā)生了變化，

3、宏觀表現(xiàn)在溫度和體積上的變化?！景鍟慷?、W、 Q、U 正負(fù)號(hào)的確定1 W ，外界對(duì)物體做功，W 取正值；物體對(duì)外界做功，W 取負(fù)值。1 / 52 Q，物體吸熱， Q 取正值；物體放熱，Q 取負(fù)值。3，U ，物體內(nèi)能增加，U 取正值；物體減少，U 取負(fù)值?！景鍟咳?、W、 Q、U 之間的關(guān)系一個(gè)物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對(duì)它做多少功，它的內(nèi)能就增加多少一個(gè)物體，如果它既沒有對(duì)外做功，也沒有其他物體對(duì)它做功，那么，它從外界吸收多少熱量，它的內(nèi)能就增加多少如果外界既向物體傳熱又對(duì)物體做功，那么物體內(nèi)能的增加量就等于物體吸收的熱量和外界對(duì)物體做的功之和用U 表示物體內(nèi)能的增

4、加量，用Q 表示物體吸收的熱量，用W表示外界對(duì)物體做的功，那么U=Q+W這個(gè)式子所表示的，內(nèi)能的變化量跟功、熱量的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律【例題】一定量的氣體從外界吸收了2.6 ×10 5J 的熱量，內(nèi)能增加了4.2 ×10 5J外界對(duì)氣體做了多少功？解：由 (1) 式得W= UQ=4.2 ×10 5J2.6 ×10 5J=1.6 × 105J外界對(duì)氣體做的功是1.6 ×10 5J思考與討論上題中，如果氣體吸收的熱量仍為2.6 ×10 5J，但是內(nèi)能只增加了1.6 ×10 5J，計(jì)算結(jié)果 W將為負(fù)值怎

5、樣解釋這個(gè)結(jié)果？一般地講，U、 Q、W的正值和負(fù)值各代表什么物理意義？【板書】四、能量守恒定律【課件演示】讓學(xué)生先看幾個(gè)能量轉(zhuǎn)化的例子（增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)）1機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程中能量守恒（ 1）運(yùn)動(dòng)的汽車緊急剎車，汽車最終停下來(lái)。這過程中汽車的動(dòng)能（機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為輪胎和路面的內(nèi)能（假定這過程沒有與周圍物體有熱交換，既不散熱也不吸熱）。摩擦力做了多少功，內(nèi)能就增加多少。公式 W= E 表示了做功與內(nèi)能變化的關(guān)系，這公式也反映出做功過程中，機(jī)械能的損失數(shù)量恰好等于物體內(nèi)能增加的數(shù)量。2 / 5（ 2）把一鐵塊放入盛有水的燒杯中，用酒精燈加熱燒杯內(nèi)水，直至水沸騰。在這一過程中，鐵塊從周圍水中吸收了熱量使

6、它溫度升高，內(nèi)能增加。這過程中水的一部分內(nèi)能通過熱量傳遞使鐵塊內(nèi)能增加。鐵塊吸收多少熱量，它內(nèi)能就增加多少。公式Q=E 表示吸收的熱量與內(nèi)能變化量的關(guān)系，也反映出鐵塊增加的內(nèi)能數(shù)量與水轉(zhuǎn)移給鐵塊的內(nèi)能數(shù)量相等。一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞過程，那么，外界對(duì)物體所做的功 W加上物體從外界吸收的熱量Q，等于物體內(nèi)能的增加E，即W+Q= E上式所表示的是功、熱量和內(nèi)能之間變化的定量關(guān)系，同時(shí)它也反映了一個(gè)物體的內(nèi)能增加量等于物體的機(jī)械能減少量和另外物體內(nèi)能減少量（內(nèi)能轉(zhuǎn)移量）之和。進(jìn)而說(shuō)明，內(nèi)能和機(jī)械能轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的。2其他形式的能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化（ 1）介紹其他形式能

7、：我們學(xué)習(xí)過機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，實(shí)際上自然界存在著許多不同形式的運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)都有一種對(duì)應(yīng)的能量，如電能、磁能、光能、化學(xué)能、原子能等。（ 2）不僅機(jī)械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，其他形式能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化，舉例說(shuō)明：（同時(shí)放映幻燈片）電爐取暖：電能內(nèi)能煤燃燒：化學(xué)能內(nèi)能熾熱燈燈絲發(fā)光：內(nèi)能光能（ 3）其他形式的能彼此之間都可以相互轉(zhuǎn)化。畫出圖表讓學(xué)生回答分析：3能量守恒定律大量事實(shí)證明：各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒。3 / 5能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變這就是能量

8、守恒定律。在學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)時(shí)，學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律。機(jī)械能守恒定律是有條件限制的定律，而且實(shí)際現(xiàn)象中是不可能實(shí)現(xiàn)的。而能量守恒定律是存在于普遍自然現(xiàn)象中的自然規(guī)律。這規(guī)律對(duì)物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的研究，如力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等都有指導(dǎo)意義。它也對(duì)化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)的研究都有指導(dǎo)作用。4永動(dòng)機(jī)不可能制成歷史上不少人希望設(shè)計(jì)一種機(jī)器，這種機(jī)器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功。這種機(jī)器被稱為永動(dòng)機(jī)。雖然很多人，進(jìn)行了很多嘗試和各種努力，但無(wú)一例外地以失敗告終。失敗的原因是設(shè)計(jì)者完全違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，任何機(jī)器運(yùn)行時(shí)其能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。如果它對(duì)外做功必然消耗能量，不消耗能量

9、就無(wú)法對(duì)外做功，因而永動(dòng)機(jī)是永遠(yuǎn)不可能制造成功的。5運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律進(jìn)行物理計(jì)算例題：用鐵錘打擊鐵釘，設(shè)打擊時(shí)有80的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能的50用來(lái)使鐵釘?shù)臏囟壬?。問打?0 次后，鐵釘?shù)臏囟壬叨嗌贁z氏度？已知鐵錘的質(zhì)量為1.2kg ，鐵錘打擊鐵釘時(shí)的速度是10m/s，鐵釘質(zhì)量是40g，鐵的比熱是5.0 × 102J/ （kg·）。首先讓學(xué)生分析鐵錘打擊鐵釘?shù)倪^程中能量的轉(zhuǎn)化。歸納學(xué)生回答結(jié)果，指出鐵錘打擊鐵釘時(shí)，鐵錘的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而且內(nèi)能中的一半被鐵釘吸收，使它的溫度升高。如果用E 表示鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量，鐵錘和鐵釘?shù)馁|(zhì)量分別用M和 m表示，鐵錘打擊鐵

10、釘時(shí)的速度用v 表示。依據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，有：20× 1 Mv 2 × 80%×E2鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量不能直接計(jì)算鐵釘?shù)臏囟?，我們把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的數(shù)量等效為以熱傳遞方式完成的，因此等效為計(jì)算打擊過程中鐵釘吸收多少熱量，這熱量就是鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量。因此有：Q=cmt上式中 c 為鐵釘?shù)谋葻?，t 表示鐵釘?shù)臏囟壬吡?。將上面兩個(gè)公式聯(lián)立，得出：20Mv2t80% 50% 24 2cm4 / 5經(jīng)計(jì)算得出鐵釘溫度升高24。在這個(gè)物理計(jì)算過程中突出體現(xiàn)了如何應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律這一基本原理。應(yīng)該注意，有的同學(xué)把上述題目中鐵錘打擊鐵釘過程中的能量轉(zhuǎn)化，說(shuō)成“鐵錘做功轉(zhuǎn)化為熱量”是不正確的。只能說(shuō)做功與熱傳遞在使物體內(nèi)能改變上是等效的。（三）課堂小結(jié)熱力學(xué)第一定律表示的是功、熱量和內(nèi)能之間變化的定量關(guān)系；自然界各種形式的能存在著相互轉(zhuǎn)化過程，轉(zhuǎn)化過程中總量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。同學(xué)們要會(huì)分析一些自然現(xiàn)象中能是怎樣轉(zhuǎn)化的。應(yīng)該知道，根據(jù)能量守恒定律，永動(dòng)機(jī)是不可能制造成功的。通過課上的例題計(jì)算，學(xué)會(huì)運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決