熱力學(xué)第一定律能量守恒定律參考資料

1、熱力學(xué)第一定律能量守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)1.1知識(shí)和技能（1）理解熱力學(xué)第一定律。（2）能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題。（3）理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律。（4）通過能量守恒定律的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。（5）知道第一類永動(dòng)機(jī)是不能實(shí)現(xiàn)的。2 過程和方法促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與、樂于探究、勇于實(shí)驗(yàn)、勤于思考，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。1.3 情感、態(tài)度和價(jià)值觀（D學(xué)習(xí)眾多科學(xué)家孜孜以求探索自然規(guī)律的精神。（2）注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的情趣和社會(huì)責(zé)任感、使命感的教育。（3）體會(huì)能量守恒定律對(duì)于人類的指導(dǎo)意義。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1

2、重點(diǎn)熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用2.2 難點(diǎn)能量守恒定律的理解設(shè)計(jì)思路與教學(xué)流程3.1 設(shè)計(jì)思路課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)內(nèi)容的要求是“能夠從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解熱力學(xué)第一定律及其公式表達(dá)，會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象”。本節(jié)知識(shí)是在 學(xué)習(xí)了功和內(nèi)能、熱和內(nèi)能之后的一節(jié)內(nèi)容，首先在復(fù)習(xí)改變內(nèi)能兩種方 設(shè)問歸納提煉規(guī)律式的基礎(chǔ)上，給出了熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式 U=W+Q,理解各個(gè)字母 的含義以及各個(gè)量取正、負(fù)的意義，對(duì)氣體來說，要使學(xué)生知道：壓縮氣 體時(shí)外界對(duì)氣體做功，氣體膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做功。對(duì)于能量守恒定律，教學(xué)中應(yīng)該使學(xué)生掌握這個(gè)規(guī)律，理解這個(gè)定律的 重要意義，特別是要讓學(xué)生感知人類對(duì)能量守恒定律的認(rèn)識(shí)

3、經(jīng)歷了一個(gè)由 淺入深、由含糊到清晰的過程，它是在眾多科學(xué)家從不同領(lǐng)域研究、總結(jié) 發(fā)現(xiàn)的重要規(guī)律，其中，邁爾、焦耳和亥姆霍茲做出了突出的貢獻(xiàn)。永動(dòng)機(jī)不可能制成，是導(dǎo)致能量守恒定律發(fā)現(xiàn)的一條重要線索，為使學(xué) 生理解這一點(diǎn)，教材介紹永動(dòng)機(jī)不可能制成時(shí)，舉出一個(gè)實(shí)例來讓學(xué)生分 析，這個(gè)永動(dòng)機(jī)方案是13世紀(jì)時(shí)法國人亨內(nèi)考提出的，是早期的一個(gè)著 名方案，教學(xué)時(shí)通過分析以幫助學(xué)生理解永動(dòng)機(jī)不可能制成對(duì)能量守恒定 律的建立所起的重要作用。3.2復(fù)習(xí)提問引入新課深入理解實(shí)踐應(yīng)用漫步科學(xué)感知?dú)v程回顧總結(jié)作業(yè)嘰固圖1教學(xué)流程（如圖1）教學(xué)實(shí)錄4.1 引入新課設(shè)問：改變物體內(nèi)能的方式有那些？它們對(duì)改變物體的內(nèi)能效果怎

4、樣?分析：做功和熱傳遞，改變內(nèi)能的效果是等效的,設(shè)問：這兩種方式的實(shí)質(zhì)一樣嗎？如果不一樣分別是什么呢?分析：這兩種方式改變內(nèi)能的實(shí)質(zhì)不一樣。做功的過程是其他形式的能 和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化例如：一質(zhì)量為lkg物體從10m高處往下落，到地面的速度為10m/s,物體的機(jī)械能減少了多少？減少的機(jī)械能到那里去了？熱傳遞是內(nèi)能在物體之間的轉(zhuǎn)移過程。能量的形式?jīng)]有發(fā)生變化。只是 熱量從一物體轉(zhuǎn)移到另一物體。這節(jié)課我們具體來研究功、熱量和內(nèi)能之間的關(guān)系。4.2熱力學(xué)第一定律設(shè)問：一物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：如果外界對(duì) 它做了W的功，則它的內(nèi)能如何改變？改變了多少？如果它對(duì)外界做了W 的功，則它的

5、內(nèi)能又如何改變呢？改變的又是多少？分析：外界對(duì)它做功，則內(nèi)能增加，做了多少功，內(nèi)能增加多少；它對(duì) 外界做功，內(nèi)能減少，對(duì)外做多少功，內(nèi)能就減少多少。W二；（外界對(duì)物 體做 功，w為正；物體對(duì)外界做功，W為負(fù)；內(nèi)能增加，AU為正，內(nèi)能 減少，為負(fù)）設(shè)問：一物體，外界沒有對(duì)它做功，它也沒有對(duì)外界做功，那么：如果 它吸收熱量Q,則內(nèi)能如何變化，變化多少？如果它放出熱量Q,則內(nèi)能如 何變化，變化多少？分析：物體吸收熱量，則內(nèi)能增力口，吸收了多少，內(nèi)能增加多少；物體 放出熱量，則內(nèi)能減少，放出了多少，則內(nèi)能減 少多少。Q二（；（物體吸 收熱量，Q為正；物體放出熱量，Q為負(fù)；內(nèi)能增加，AU為正，內(nèi)能減少，

6、U為負(fù)）探討：如果物體內(nèi)能在改變的過程中，既有熱傳遞又有做功，內(nèi)能怎 樣改變。例如：外界對(duì)物體做了 10J的功，同時(shí)物體吸熱4J,物體內(nèi)能如何變化?乂如：外界對(duì)物體做了 10J的功，同時(shí)物體放熱4J,物體內(nèi)能如何變化?再如：物體對(duì)外界做了 10J的功，同時(shí)物體吸熱4J,物體內(nèi)能如何變化?小結(jié)：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它 所做的功的和。這就是熱力學(xué)第一定律。數(shù)學(xué)表達(dá)式：!=! + W思考：說明W、Q、和的正值、負(fù)值各代表什么意義?分析：w為正值，表示外界對(duì)物體做功；W為負(fù)值表示物體對(duì)外做功Q為正值，表示物體吸收熱量；Q為負(fù)值表示物體放出熱量U為正值，表示內(nèi)能增加；為

7、負(fù)值表示內(nèi)能減少思考：怎樣通俗理解W、Q、和AU的正、負(fù)值意義？小結(jié)：得到為正、失去為負(fù)應(yīng)用：一定量的氣體從外界吸收了 2.6X10T的熱量，內(nèi)能增加了4.2X105Jo問：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?問：如果內(nèi)能增加了 1.6X10T，這一過程做功情況又怎樣?一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回一開 始的狀態(tài)，用肌表示外界對(duì)氣體做的功，見表示氣體對(duì)外界做的功，Q】表 示氣體吸收的熱量，Q：表示氣體放出的熱量，則在整個(gè)過程中一定有B. Qi二Q：( )A. QQ2=W:WxD. Q： Q：總結(jié)：熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是內(nèi)能轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移

8、的量度。沒有做功和熱傳遞過程，就不可能實(shí)現(xiàn)內(nèi)能的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移。而且還揭示了 能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中守恒。例如：在摩擦生熱的現(xiàn)象中，物體克服摩 擦力做了多少功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化成等量的內(nèi)能。一個(gè)物體從外界吸 收多少熱量，就有多少內(nèi)能從外界轉(zhuǎn)移給物體。在這轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移中能量守 恒。4. 3能量守恒定律4. 3.1各種形式的能量之間可以轉(zhuǎn)化舉例：物體的每一種運(yùn)動(dòng)形式都有一種對(duì)應(yīng)的能機(jī)械運(yùn)動(dòng)一一機(jī)械能熱運(yùn)動(dòng)內(nèi)能電荷運(yùn)動(dòng)一一電能生物運(yùn)動(dòng)-生物能原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)一一原子能分析：各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化機(jī)械能中的動(dòng)能和勢(shì)能可互相轉(zhuǎn)化（自由落體運(yùn)動(dòng)）；機(jī)械能可以與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化（摩擦生熱，消耗了機(jī)械能通過做功的形

9、式轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熱機(jī) 中的氣體推動(dòng)活塞做功把氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）;其它形式有能也可以 轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如電流通過導(dǎo)體時(shí)，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱的燈幺幺發(fā)光, 又把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成光能；燃燒時(shí)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能）。4. 3. 2能量守恒定律結(jié)論：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)化或轉(zhuǎn)移的過程中, 能量的總量保持不變。4. 3. 3能量守恒定律的探索過程探索：研究能量守恒定律的先驅(qū)俄國化學(xué)家 蓋斯（課件 照片）第一個(gè)提出守恒思想的人徳國醫(yī)生J.R邁爾（課件照片）奠定了牢固實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的人英國物理學(xué)家焦耳（課件照片）理論上作了重要概況的人

10、徳國科學(xué)家H亥姆霍茲（課件 照片）意義：一個(gè)普遍適用的定律（比機(jī)械能守恒定律應(yīng)用更廣）將各種現(xiàn)象聯(lián)系在一起（力學(xué)、熱學(xué).電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)）指導(dǎo)著人們的生產(chǎn)、科研（預(yù)言中微子的存在）19世紀(jì)白然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一（恩格斯稱其為“偉大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律”）4. 3. 4熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律是只研究?jī)?nèi)能與其它形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒定律4. 4永動(dòng)機(jī)不可能制成解釋：什么是第一類永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷對(duì)外做 功的機(jī)器。設(shè)問：第一類永動(dòng)機(jī)為什么失?。糠治觯焊鶕?jù)能量守恒定律可知，任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式 轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不可能無中生有地制造能量，因此第一類

11、永動(dòng)機(jī)違 背了能量守恒定律。是不可能制成的。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(shí)現(xiàn)的永動(dòng)機(jī)。設(shè)問：歷史上最早的永動(dòng)機(jī)之一奧恩庫爾（法國人）提出它為什么不能制造成功?分析：雖然右邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩大，但球的個(gè)數(shù)少，左邊每個(gè)球產(chǎn)生 的力矩小，但球的個(gè)數(shù)多，于是輪子不會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去而對(duì)外做功，最終 肯定要停下來。史實(shí)：1775年法國科學(xué)院宣布“不再審査有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)”評(píng)價(jià)：建議紀(jì)念碑“紀(jì)念為實(shí)現(xiàn)永動(dòng)機(jī)的奮斗而失敗的人們”4. 5 課后鞏固練習(xí)題1： 一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊，未從 木塊中穿出.對(duì)于這一過程，下列說法中正確的是( )子彈減少的機(jī)械能等于

12、木塊增加的機(jī)械能子彈減少的動(dòng)量等于木塊增加的動(dòng)量子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動(dòng)能與木塊增 加的內(nèi)能之子彈減少的動(dòng)能等于木塊增加的動(dòng)能與子彈和木塊的內(nèi)能增量之和題2：如圖所示的容器，A、B中各有一個(gè)可自由移動(dòng)的活塞，活塞下面 是水上面是大氣、大氣壓恒定，A、B間帶有閥門K的管道相連，整個(gè)裝置 與外界絕熱，開始時(shí)A的水面比B高，開啟K, A中的水逐漸向B中流，最后達(dá)到平衡，在這個(gè)過程中()A.大氣壓力對(duì)水作功，水的內(nèi)能增加B.水克服大氣壓力作功，水的內(nèi)能減少C大氣壓力對(duì)水不作功，水的內(nèi)能不變D.大氣壓力對(duì)水不作功，水的內(nèi)能增加理想氣體題3：如圖所示，密閉絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞，活塞的上部封閉著

13、氣體,下部為真空,活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì)，置于真空中的輕彈賞的一端固 定于理想氣體容器的底部另一端固定在活塞上，彈贊被壓縮后用繩扎緊, 此時(shí)彈贊的彈性勢(shì)能為EP（彈贊處于白然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零），現(xiàn)繩突然斷開，彈贊推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡態(tài)，經(jīng)過此過程（）EP全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能EP 一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，其余部分仍為彈贊的彈性勢(shì)能EP全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能EP 一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能，其余部分仍為彈贊的彈性勢(shì)能教學(xué)反思本節(jié)課按照“復(fù)習(xí)提問、引入新課一一設(shè)問歸納、提煉規(guī)律一一深入理解、實(shí)踐應(yīng)用一一漫步科學(xué)感知

14、歷程一一漫步科學(xué)、感知?dú)v程 一一回顧總結(jié)、作業(yè)鞏固”的模式開展，具體做法是：通過設(shè)問復(fù)習(xí)導(dǎo)入 新課，用控制變量的分析方法得到熱力學(xué)第一定律，再通過題目練習(xí)加深 理解，然后通過歷史的回顧感知能量守恒定律的產(chǎn)生過程，最后通過課外 練習(xí)探究所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。本節(jié)課注重體現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)，知識(shí)與技能方 面著重體現(xiàn)物理學(xué)科的思維特征，學(xué)生對(duì)概念，規(guī)律及應(yīng)用的要求能較好 完成，在學(xué)習(xí)探究的過程中重視方法和滲透，避免直接告知學(xué)生，延緩了 知識(shí)的形成，還潛移默化地滲透情感態(tài)度與價(jià)值觀的教育，也有利于學(xué)生 樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究觀點(diǎn)。本節(jié)課在理順?biāo)季S邏輯關(guān)系方面作了合理的設(shè)計(jì)：以學(xué)生已有 知識(shí)為基礎(chǔ)引入新課，在教學(xué)的方

15、法上始終以問題為中心采用合作學(xué)習(xí)的 方式，并且讓學(xué)生提前在網(wǎng)上準(zhǔn)備相關(guān)資料，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性參與 到交流學(xué)習(xí)中，學(xué)生的主體地位能得到很好的體現(xiàn)，設(shè)計(jì)也注重學(xué)生情感 素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，將自主、探究、合作等融入教學(xué)過程，同時(shí)也強(qiáng) 調(diào)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，能做到“知識(shí)序、教學(xué)序、認(rèn)知序”的三序合 一。學(xué)生也在互動(dòng)學(xué)習(xí)中拾級(jí)而上，收獲知識(shí)，感受成功。For personal use only in study and research; not for commercial use以下無正文僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Nur fur den personlichen fur Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet wer