3热力学第一定律

第3节 热力学第一定律 能量守恒定律

学习目标：1.理解热力学第一定律并会应用于实际.2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题.3.理解能量守恒定律及其应用，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律.4.知道第一类永动机是不可能制成的．

一、热力学第一定律

[课本导读]

预习教材54页“热力学第一定律”部分，请同学们关注以下问题：

1．改变内能有哪种方式？

2．热力学第一定律的内容及表达式是什么？

[知识识记]

1．改变内能的两种方式

做功和热传递．

2．热力学第一定律

(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． (2)表达式：ΔU＝Q＋W.

二、能量守恒定律和永动机

[课本导读]

预习教材54～56页“能量守恒定律”及“永动机不可制成”部分，请同学们关注以下问题：

1．能量守恒定律的内容是什么？

2．能量守恒定律的意义是什么？

3．永动机为什么不可能制成？

[知识识记]

1．能量守恒定律

(1)内容：

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．

(2)意义：

①各种形式的能可以相互转化．

②各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．

2．永动机不可能制成

(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器． (2)不可制成的原因：违背了能量守恒定律．

1．做功和热传递在改变物体内能上是不等效的．( )

[答案] ×

2．运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了．( )

[答案] ×

3．功和能可以相互转化．( )

[答案] ×

4．第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律．( )

[答案] √

5．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加．( )

[答案] √

6．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒．( )

第3节 热力学第一定律

目标导航

1．知道热力学第一定律的内容及其表达式

2．理解能量守恒定律的内容

3．了解第一类永动机不可能制成的原因

诱思导学

1.热力学第一定律

（1）.一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。

其数学表达式为：ΔU=W+Q

（2）.与热力学第一定律相匹配的符号法则

做功W 热量Q 内能的改变ΔU

取正值“+” 外界对系统做功 系统从外界吸收热量 系统的内能增加

取负值“－” 系统对外界做功 系统向外界放出热量 系统的内能减少

（3）热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。

（4）应用热力学第一定律解题的一般步骤：

①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负；

②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；

③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。

2.能量守恒定律

⑴.自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。

⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。

⑶.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。

(4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。

(5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。

(6). 能量守恒定律的重要意义

第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。

第三节 热力学第一定律 能量守恒定律

一、教学目标

1、知道热力学第一定律的内容及其表达式

2、理解能量守恒定律的内容

3、了解第一类永动机不可能制成的原因

二、教学重点与难点

从能量转化的观点理解热力学第一定律，会用ΔU = W + Q 分析和计算有关问题是本节的重点。热力学第一定律ΔU = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定，如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象是本节的难点。

三、教学方法与建议

问题讨论法、阅读法

四、学情分析

通过对上两节课内容的归纳，即做功和热传递都可以改变物体的内能，并且二者是等效的。在此基础上，提出当外界对物体既做功又热传递时，物体的内能如何改变？学生通过分析讨论，自然得出热力学第一定律。能量守恒定律的知识，学生一直都有，故不存在什么问题。永动机学生虽然比较陌生，但通过影片的播放介绍，学生应该能够有所了解。

五、教学过程

（一）引入新课

[问题]：改变物体内能的方式有哪些？

学生回答：做功和热传递。

教师：既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种联系，我们就来研究这个问题。

（二）新课讲授

一、热力学第一定律

1、思考与讨论

（1）一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：

①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？ ②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？

学生思考回答：一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少。

（2）一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：

①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？

②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？

学生思考回答：如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少.

第一章 热力学第一定律及其应用

第一节 热力学概论

一、热力学的目的和内容

目的：热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。广义的说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系，研究在一定条件下变化的方向和限度。主要内容是热力学第一定律和第二定律。这两个定律都是上一世纪建立起来的，是人类经验的总结，有着牢固的实验基础。本世纪初又建立了热力学第三定律。

化学热力学：用热力学原理来研究化学过程及与化学有关的物理过程就形成了化学热力学。

化学热力学的主要内容：

1. 利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题。

2. 利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，以及相平衡、化学平衡问题。

3. 利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。

二、热力学的方法及局限性

方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严谨的推导，找出物质的一些宏观性质，根据物质进行的过程前后某些宏观性质的变化，分析研究这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。由于它所研究的对象是大数量分子的集合体，因此，所得结论具有统计性，不适合于个别分子、原子等微观粒子，可以说，此方法的特点就是不考虑物质的微观结构和反应机理，其特点就决定了它的优点和局限性。

局限性：

1. 它只考虑平衡问题，只计算变化前后总账，无需知道物质微观结构的知识。即只能对现象之间联系作宏观了解，不能作微观说明。

2. 它只能告诉我们在某种条件下，变化能否发生，进行的程度如何，而不能说明所需的时间、经过的历程、变化发生的根本原因。尽管它有局限性，但仍为一种非常有用的理论工具。热力学的基础内容分为两章，热力学第一定律和第二定律，在介绍两个定律之前，先介绍热力学的一些基本概念及术语。

三、热力学基本概念

1. 体系与环境

体系：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。