熱力學(xué)第一定律教案

1、熱力學(xué)第一定律信豐縣第六中學(xué)朱永輝教學(xué)目標(biāo)1、理解物體跟外界做功和熱傳遞的過(guò)程中 W、Q、4U的物理意義。2、會(huì)確定 W、Q、4U的正負(fù)號(hào)。3、理解、掌握熱力學(xué)第一定律，從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)理解熱力學(xué)第一定律。4、會(huì)用AU = W + Q分析和計(jì)算問(wèn)題。5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。6、要有能量意識(shí)，會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決有關(guān)問(wèn)題，明確它的優(yōu)越性。7、知道第一類永動(dòng)機(jī)不可能成功的原因。8、人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)是不斷深入的。重點(diǎn)、難點(diǎn)分析重點(diǎn)：能量守恒定律難點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律4 U = W+Q中各物理量的意義及正負(fù)號(hào)的確定，這對(duì)學(xué)生是很困難的，要用收入、支出和結(jié)存的觀點(diǎn)去分析，要

2、抓住研究對(duì)象。另一難點(diǎn)是用能量守恒的觀點(diǎn)去分析和解決問(wèn)題，它的優(yōu)越性是不管中間過(guò)程細(xì)節(jié)問(wèn)題，要逐漸培養(yǎng)學(xué)生用能量觀點(diǎn)解題。課時(shí)安排：一課時(shí)課前準(zhǔn)備：教師：柴油機(jī)模型、電動(dòng)機(jī)、電爐子、燈泡、電池、打氣筒、投影儀、膠片、多媒體學(xué)生： 電動(dòng)玩具、利用機(jī)械能守恒定律制成的小玩具、植物標(biāo)本 （如玉米粒）教學(xué)設(shè)計(jì)（教學(xué)過(guò)程）引入新課我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)了改變內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞，即通過(guò)對(duì)物體做功或者經(jīng)過(guò)熱傳遞的過(guò)程都能改變物體內(nèi)能，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(guò)電能、化學(xué)能等各中形式的能，它們?cè)谙嗷マD(zhuǎn)化的過(guò)程中遵守什 么樣的規(guī)律呢？今天我們就來(lái)研究這些問(wèn)題。板書(shū)：第六節(jié)熱力學(xué)第一定律能量

3、守恒定律同學(xué)們帶著下列問(wèn)題看課本，看到 U = W+ Q板書(shū)：（投影片）1、一個(gè)物體，如果它跟外界不發(fā)生熱交換，那么外界對(duì)它做功與物體對(duì)外 做功，會(huì)引起物體內(nèi)能怎樣的變化？2、一個(gè)物體，如果外界與物體之間沒(méi)有做功，那么物體吸熱與放熱會(huì)引起 物體內(nèi)能的怎樣的變化？3、如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程，W、Q、4U的正負(fù)號(hào)如何確定？4、W、Q、4U三者都有正負(fù)，它們的關(guān)系怎樣？讓同學(xué)們前后座四人為一小組，互相交流一下，得出正確結(jié)論。讓同學(xué)舉手發(fā)言，代表自己小組發(fā)言，其他小組補(bǔ)充，老師給以適當(dāng)點(diǎn)撥。答案：（膠片給出）1、外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少。2、物體

4、吸熱，物體的內(nèi)能增加；物體放熱，物體的內(nèi)能減少。3、外界對(duì)物體做功 W為正，物體對(duì)外做功 W為負(fù)；物體吸熱Q為正，物 體放熱Q為負(fù)；物體內(nèi)能增加 U為正，物體內(nèi)能減少 U為負(fù)。4、AU = W + Q這就是熱力學(xué)第一定律，它表示了功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系。例：一定量的氣體從外界吸收了 X 105J的熱量，內(nèi)能增加了 X 105J。是氣體 對(duì)外界做了功，還是外界對(duì)氣體做了功？做了多少焦耳的功？如果氣體吸收的熱 量仍為X 105J不變，但是內(nèi)能只增加了 X 105J,這一過(guò)程做功情況怎樣？解：根據(jù)題意得出：Q = X105J, AU =X1O5J,求：W = ?根據(jù)AU = W + Q 代

5、入可得：X 105J = W + X105JW = X105JW為正值，外界對(duì)氣體做功，做了 x 105J功第二問(wèn)中：Q/= X105J, U/=X105J,計(jì)算結(jié)果 W'= - X105J。這說(shuō)明氣體對(duì)外界做功（氣體體積變大），做了 X105J。讓同學(xué)們觀看柴油機(jī)模型，用熱力學(xué)第一定律解釋柴油機(jī)正常工作時(shí)壓燃的原理。活塞壓縮氣體，活塞對(duì)氣體做功，由于時(shí)間很短，散熱可以不計(jì)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，溫度升高，達(dá)到柴油燃點(diǎn)，可“點(diǎn)燃”柴油。做功和熱傳遞都能使物體的內(nèi)能改變，能量在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中守恒，不僅機(jī)械能， 其它形式的能也可以與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化，如電流通過(guò)電爐子發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（演示電

6、爐子）；燃料燃燒生熱，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。實(shí)驗(yàn)證明：在這些轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量都是守恒的。由此引發(fā)了我們更深刻的思考。同學(xué)們把剩下的課文看完再看一段錄象：風(fēng)力發(fā)電，電鍍， 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵抽水，汽車在公路上行駛，水電站，植物生長(zhǎng)，風(fēng)云雷電等，再觀看準(zhǔn)備的教具及學(xué)生帶來(lái)的玩具。投影儀再次打出討論的題目：1、能量守恒定律的內(nèi)容是什么？2、各種機(jī)器的作用是什么？3、風(fēng)力發(fā)電是什么能轉(zhuǎn)化成什么能？4、化學(xué)上電解食鹽的過(guò)程，是什么能轉(zhuǎn)化成什么能？5、為什么說(shuō)能量守恒定律是偉大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律？6、第一類永動(dòng)機(jī)為什么不能成功？7、舉出一些生活中能量守恒的實(shí)例讓同學(xué)們前后座四人為一小組，互相交流一下，得出正確結(jié)論。讓

7、同學(xué)舉手發(fā)言，代表自己小組發(fā)言，其他小組補(bǔ)充，老師給以適當(dāng)點(diǎn)撥。答案：（膠片給出）1、見(jiàn)課本。2、各種機(jī)器都是能量轉(zhuǎn)化器。3、是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。4、是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。5、能夠把各個(gè)領(lǐng)域聯(lián)系起來(lái)，具有共同語(yǔ)言。6、它違背了能量守恒定律。7、舉不勝舉。能量守恒定律是自然界最普遍的規(guī)律之一。教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明1、熱力學(xué)第一定律4 U= Q + W中各字母正負(fù)值的確定是個(gè)難點(diǎn)，難就難在 物理意義不清楚，設(shè)計(jì)的前半部分都是圍繞著這一難點(diǎn)展開(kāi)的。2、各種能量在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化， 轉(zhuǎn)化過(guò)程中總能量守恒。這是一個(gè) 意識(shí)的問(wèn)題，或者說(shuō)是悟性，從內(nèi)心深處感覺(jué)到總能量不變， 這是很重要 的物理思想。3、以前我們

8、學(xué)習(xí)的機(jī)械能守恒定律、 動(dòng)能定理等，還有剛學(xué)的熱力學(xué)第一定 律，它們都是能量守恒定律的特例，都可以統(tǒng)一在能量守恒定律之中， 比 如說(shuō)，汽車剎車直到停下來(lái)的過(guò)程中，動(dòng)能減少，內(nèi)能增加，也可以說(shuō)， 汽車克服摩擦力做功等于汽車減少的內(nèi)能。隨堂練習(xí)：1、一家庭用高壓鍋煮飯，當(dāng)水煮沸時(shí)跑氣了，大量熱氣噴到了距離高壓鍋3米以外的小張手上，但并沒(méi)有燙傷，為什么？2、一定質(zhì)量的氣體，氣體受熱膨脹對(duì)外界做了 X 105J功，同時(shí)它的內(nèi)能增加了 X105J,氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量為多少？3、如圖中ABCD是一條長(zhǎng)軌道，其中AB段是傾角為9的斜面，CD段是水平 的。BC是與AB和CD都相切的一小段圓弧

9、，其長(zhǎng)度可略去不計(jì)。一質(zhì)量為m的 小滑塊在A點(diǎn)從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，沿軌道滑下，最后停在 D點(diǎn)，A點(diǎn)和D點(diǎn)的位 置如圖所示?，F(xiàn)用一沿著軌道方向的力推滑塊，使它緩慢地由 D點(diǎn)推回到A點(diǎn) 時(shí)停下。設(shè)滑塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為j則推力對(duì)滑塊做的功等于（）Ah ,B CDAJ卜S-A、mghB、2mghC、n mg （s+h / sin 8）D、（imgs+p mghcot 84、炮兵打靶時(shí)，炮彈在炮膛中加速飛出炮口的過(guò)程中，炮膛中的火藥氣體溫度是變化很大還是很?。空f(shuō)明理由5、一瀑布，落差30 m,假如在下落過(guò)程中機(jī)械能的減少量全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，水的溫度升高多少？（水的比熱容 C =X103J / kgk

10、 ）6、說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。A、 水電站發(fā)電時(shí)，水輪機(jī)被水流沖擊轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。B、利用地?zé)岚l(fā)電。C、化學(xué)上的電鍍過(guò)程。D、植物生長(zhǎng)過(guò)程。7、 “和平號(hào)”空間站已于2001 年 3 月 23 日成功地墜落在南太平洋海域，墜落過(guò)程中可簡(jiǎn)化為從一個(gè)近圓軌道（可近似看作圓軌道）開(kāi)始， 經(jīng)過(guò)與大氣摩擦，空間站的絕大部分經(jīng)過(guò)升溫、熔化，最后汽化而銷毀，剩下的殘片墜入大海。此過(guò)程中， 空間站原來(lái)的機(jī)械能中，除一部分用于銷毀和一部分被殘片帶走外，還有一部分能量E，通過(guò)其它方式散失，（不考慮墜落過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)的能量）。（1）試導(dǎo)出與下列各物理量的符號(hào)表示散失能量E /的公式。（2）算出E，的數(shù)值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）墜落開(kāi)始時(shí)空間站的質(zhì)量 M = X 105Kg;軌道