热力学第一定律教案
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热力学第一定律
信丰县第六中学朱永辉教学目标
1、理解物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、△U的物理意义。
2、会确定W、Q、△U的正负号。
3、理解、掌握热力学第一定律，从能量转化和转移的观点理解热力学第一定律。
4、会用△U = W + Q分析和计算问题。
5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。
6、要有能量意识，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题，明确它的优越性。
7、知道第一类永动机不可能成功的原因。
8、人类对自然规律的认识是不断深入的。
重点、难点分析
重点：能量守恒定律
难点：热力学第一定律△U = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定，这对学生是很困难的，要用收入、支出和结存的观点去分析，要抓住研究对象。
另一难点是用能量守恒的观点去分析和解决问题，它的优越性是不管中间过程细节问题，要逐渐培养学生用能量观点解题。
课时安排：一课时
课前准备：
教师：柴油机模型、电动机、电炉子、灯泡、电池、打气筒、投影仪、胶片、多媒体
学生：电动玩具、利用机械能守恒定律制成的小玩具、植物标本（如玉米粒）教学设计（教学过程）
引入新课
我们在前面学习了改变内能的两种方式：做功和热传递，即通过对物体做功或者经过热传递的过程都能改变物体内能，那么它们之间有什么数量关系呢以前我们还学
习过电能、化学能等各中形式的能，它们在相互转化的过程中遵守什么样的规律呢今天我们就来研究这些问题。
板书：第六节热力学第一定律能量守恒定律
同学们带着下列问题看课本，看到△U = W + Q
板书：（投影片）
1、一个物体，如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与物体对外做功，会引起物体内能怎样的变化？
2、一个物体，如果外界与物体之间没有做功，那么物体吸热与放热会引起物体内能的怎样的变化？
3、如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，W、Q、△U的正负号如何确定？
4、W、Q、△U三者都有正负，它们的关系怎样？
让同学们前后座四人为一小组，互相交流一下，得出正确结论。
让同学举手发言，代表自己小组发言，其他小组补充，老师给以适当点拨。
答案：（胶片给出）
1、外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少。
2、物体吸热，物体的内能增加；物体放热，物体的内能减少。
3、外界对物体做功W为正，物体对外做功W为负；物体吸热Q为正，物体放热Q 为负；物体内能增加△U为正，物体内能减少△U为负。
4、△U = W + Q
这就是热力学第一定律，它表示了功、热量跟内能改变之间的定量关系。
例：一定量的气体从外界吸收了×105J的热量，内能增加了×105J。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如果气体吸收的热量仍为×105J 不变，但是内能只增加了×105J，这一过程做功情况怎样？
解：根据题意得出：
Q = ×105J，△U =×105J，求：W =
根据△U = W + Q代入可得：×105J = W + ×105J
W = ×105J
W为正值，外界对气体做功，做了×105J功。
第二问中：Qˊ= ×105J，△Uˊ=×105J，计算结果Wˊ= - ×105J。
这说明气体对外界做功（气体体积变大），做了×105J。
让同学们观看柴油机模型，用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理。
活塞压缩气体，活塞对气体做功，由于时间很短，散热可以不计，机械能转化为气体的内能，温度升高，达到柴油燃点，可“点燃”柴油。
做功和热传递都能使物体的内能改变，能量在转化的过程中守恒，不仅机械能，其它形式的能也可以与内能相互转化，如电流通过电炉子发热，电能转化为内能（演示电炉子）；燃料燃烧生热，化学能转化为内能。实验证明：在这些转化过程中，能量都是守恒的。由此引发了我们更深刻的思考。
同学们把剩下的课文看完
再看一段录象：风力发电，电镀，电动机带动水泵抽水，汽车在公路上行驶，水电站，植物生长，风云雷电等，再观看准备的教具及学生带来的玩具。
投影仪再次打出讨论的题目：
1、能量守恒定律的内容是什么？
2、各种机器的作用是什么？
3、风力发电是什么能转化成什么能？
4、化学上电解食盐的过程，是什么能转化成什么能？
5、为什么说能量守恒定律是伟大的运动基本规律？
6、第一类永动机为什么不能成功？
7、举出一些生活中能量守恒的实例
让同学们前后座四人为一小组，互相交流一下，得出正确结论。
让同学举手发言，代表自己小组发言，其他小组补充，老师给以适当点拨。
答案：（胶片给出）
1、见课本。
2、各种机器都是能量转化器。
3、是机械能转化为电能。
4、是电能转化为化学能。
5、能够把各个领域联系起来，具有共同语言。
6、它违背了能量守恒定律。
7、举不胜举。能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一。
教学设计说明
1、热力学第一定律△U= Q + W 中各字母正负值的确定是个难点，难就难在物理意
义不清楚，设计的前半部分都是围绕着这一难点展开的。
2、各种能量在一定条件下可以互相转化，转化过程中总能量守恒。这是一个意识
的问题，或者说是悟性，从内心深处感觉到总能量不变，这是很重要的物理思想。
3、以前我们学习的机械能守恒定律、动能定理等，还有刚学的热力学第一定律，
它们都是能量守恒定律的特例，都可以统一在能量守恒定律之中，比如说，汽车刹车直到停下来的过程中，动能减少，内能增加，也可以说，汽车克服摩擦力做功等于汽车减少的内能。
随堂练习：
1、 一家庭用高压锅煮饭，当水煮沸时跑气了，大量热气喷到了距离高压锅3米以外的小张手上，但并没有烫伤，为什么？
2、
2、一定质量的气体，气体受热膨胀对外界做了×105J 功，同时它的内能增加了×105J ，气体是吸热还是放热吸收或放出的热量为多少
3、如图中ABCD 是一条长轨道，其中AB 段是倾角为θ的斜面，CD 段是水平的。BC 是与AB 和CD 都相切的一小段圆弧，其长度可略去不计。一质量为m 的小滑块在A 点从静止状态释放，沿轨道滑下，最后停在D 点，A 点和D 点的位置如图所示。现用一沿着轨道方向的力推滑块，使它缓慢地由D 点推回到A 点时停下。设滑块与轨道间的动摩擦因数为μ，则推力对滑块做的功等于（ ）
h A
C、μmg (s+h / sinθ)
D、μmgs+μmghcotθ
4、炮兵打靶时，炮弹在炮膛中加速飞出炮口的过程中，炮膛中的火药气体温度是变化很大还是很小？说明理由。
5、一瀑布，落差30 m，假如在下落过程中机械能的减少量全部转化为水的内能，水的温度升高多少（
水的比热容C =×103J / kgk ）
6、说明下列现象中能量是怎样转化的。
A、水电站发电时，水轮机被水流冲击转动，带动发电机发电。
B、利用地热发电。
C、化学上的电镀过程。
D、植物生长过程。
7、“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程中可简化为从一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海。此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E ˊ通过其它方式散失，（不考虑坠落过程中化学反应的能量）。
（1）试导出与下列各物理量的符号表示散失能量 Eˊ的公式。
（2）算出Eˊ的数值（结果保留两位有效数字）
坠落开始时空间站的质量M = ×105Kg；
轨道离地面的高度为h = 146Km；
坠落空间范围内重力加速度可看做g = 10 m / s 2；
入海残片的质量 m = ×104Kg；
入海残片的温度升高△T = 3000K；
入海残片的入海速度为声速v = 340m / s
空间站材料每1千克升温1K平均所需能量C = ×103J；
每销毁1千克材料平均所需能量μ = ×107J。