06统热教案之一(1.0-1)

2热力学第一定律教学目标1．能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律。

2．能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。

教学重难点教学重点：热力学第一定律。

教学难点：热力学第一定律。

教学用具多媒体课件相关资源【教学图片】做功并传热、【教学图片】内燃机、【教学图片】压缩冲程、【教学图片】做功冲程教学过程新课引入教师讲述：通过上一节的学习，我们知道，汽缸内一定质量的气体在加热的情况下，内能会增加；在外界对其压缩做功的情况下，内能也会增加。

那么，如果同时采用两种方式，则气体内能增加的情况与只采用单一方式时有区别吗？接下来我们就这个问题具体研究一下。

新课讲授一、热力学第一定律教师提出问题：一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，请大家思考：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？教师依据学生的回答进行总结：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。

即Q=0时，∆U=W。

教师提出问题：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？教师依据学生的回答进行总结：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。

即W=0时，∆U=Q。

教师设问：如果有这样一个过程，外界既对系统做功W，又对系统传热Q，则这个过程中系统内能的变化量ΔU会多大？教师讲述：在这个过程中，系统既有因外界对其做功而改变的内能∆U1=W，又有因外界对其传热而改变的内能∆U2=Q。

由于做功与传热对改变系统的内能是等价的，则系统实际发生的内能的变化量应该是∆U=∆U1+∆U2=W+Q。

§1.1热力学系统的平衡状态及其描述本节要求：掌握：系统、外界、子系统，系统的分类，热力学平衡态及其描述。

1系统、外界、子系统（①掌握：系统与外界概念。

②了解：界面的分类。

③了解：系统与子系统的相对性）2系统的分类（掌握：孤立系、闭系、开系的概念。

）3热力学平衡态及其描述（①掌握：热力学平衡态概念。

②掌握：状态参量的描述及引入。

）一、几个基本概念1、系统：热力学所研究的具体对象称为热力学系统，简称为系统。

它是由大量的物质粒子（如原子、分子、电子等等）及场（如电磁场）所组成的宏观客体，其特点是在时间与空间上具有宏观的尺度，系统包含极大的自由度。

这就决定了热力学在研究内容和研究方法上都有自己的特点，自由度很小的系统则不是热力学的研究对象。

2、外界：与热力学系统相互作用着的周围环境称为系统的外界，简称为外界。

通常可把系统的外界概括为加在所研究系统上的一定的外界条件。

3、孤立系：不论系统内部的状况如何，可由加在系统上的外界条件来对系统进行分类：与周围环境没有任何相互作用的系统称为孤立系。

4、闭系：与周围环境没有物质交换，但可以有能量交换的系统，称为封闭系统，简称为闭系。

5、开系：与周围环境既有物质交换，也可有能量交换的系统称为开放系统，简称为开系。

二、热力学平衡态及状态参量1、热力学平衡态经验告诉我们，一个孤立系统，不论其初态如何复杂，只要经过足够长的时间，终将会达到某一确定的状态，此后，它的宏观性质不再随时间变化。

我们把孤立系统的宏观性质不随时间变化的状态，称为热力学平衡态或简称为平衡态。

否则称为非平衡态（如初始状态就是非平衡态）。

需要指出，对于封闭系统和开放系统来说，只要有恒定的外界作用，系统经过一定的时间后，也可以达到其宏观性质不随时间变化的状态，系统的这种状态称为稳恒态，与系统的平衡态是不同的。

关于孤立系统的平衡态，我们要注意以下特点：•如果孤立系统开始处于非平衡态，需要一定的时间间隔之后，才能达到平衡态，这一定的时间间隔称为弛豫时间，弛豫时间时间有长有短，由具体系统的性质及具体的弛豫机制来定。

教科版五年级下《热是怎样传递的》教学设计南阳市油田二中宋海明【教材分析】热是一种能量形式，在小学阶段，让小学生探究热，更主要的还是观察和思考一些与物体冷热程度有关的现象，即热现象。

本单元，主要是让学生在已有的对热现象认识的基础上，经历观察探究物质在热量变化过程中产生的不易觉察的变化，主要指热胀冷缩现象和热量传递的过程。

《热是怎样传递的》是教科版五年级下册第二单元《热》中的第六课内容。

这一课承接了第五课《金属热胀冷缩吗》的内容，在第五课中经历酒精灯给金属物体加热时，学生已经初步感觉到了热量会传递的现象。

同时，第七课《传热比赛》中又应用到了热传递的结论，所以从这一点上来说，《热是怎样传递的》这一课在本单元有着承上启下的作用。

本课教材安排了两个主要的探究活动。

第一个活动是：热在金属条中的传递。

先通过学生用手触摸来感受到金属条中热量的传递，进而判断热传递的过程和方向。

在这个基础上设计直观的实验，观察金属条中热传递的过程和方向。

目的是要用眼清楚地看到热传递的方向及过程。

第二个活动是：热在金属片中的传递。

这一教学环节希望学生能更深入地观察热传导现象。

根据日常生活中的经验，学生们往往会认为热传导是一个线行的过程，经过上面的实验观察活动，似乎更强化了他们的这种认识。

热传导真是这样的吗？教科书设计了观察金属片中的热传递的活动，这项活动，不仅拓宽了学生探究思路，也会使学生对热传导产生新的认识。

更深刻地认识到热是从温度高的地方传向温度较低的地方。

从教材安排的来看，学生在经历第一个探究活动后就能准确地得出热是从温度高的地方传递到温度低的地方，第二个活动的目的是使学生更深入的观察，使其对热传递有更全面的认识和理解。

金属片上热传递的过程和方向,是对第一个实验的拓展,从点到面,更加加深了学生对热传导的理解。

整节课让学生处于不断的猜想设计验证当中，思维不断地激活，过程不断地完善。

【学情分析】学生通过对物体热胀冷缩性质的研究，已经具备了一些研究方法和技能，还具有一定的合作探究习惯，对探究热量是怎么传递的现象，不仅具有强烈的好奇心和探究的热情，还具备一定的实验设计和动手能力。

热力学统计物理授课大纲开课学院：物理与电子信息学院授课教师：伍林职称：副教授专业班级：物理12级一、课程教学目标热力学统计物理是理论物理四大力学之一，是物理专业本科的一门理论必修课。

本课程目的在于针对热运动的特点，掌握和建立一套热力学、统计物理的基本知识和研究方法，从而为研究热运动的规律、与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化打下基础，为进一步学习固体物理、天体物理等学科作好准备。

（1）热力学统计物理研究由大量微观粒子或准粒子组成，具有大量随机变化自由度的宏观系统。

由于系统的自由度数目非常大和自由度的随机性，即使我们彻底地掌握了单个粒子的运动规律和粒子间相互作用的规律，也不可能写出全部运动方程，更无法准确知道并利用全部初始条件求解运动方程。

必须明确的是，不能用纯粹力学方法研究有大量随机自由度的宏观系统，不仅是由于技术上的困难，更重要的是，由于大量随机自由度的存在，导致性质上出现全新的规律。

因此研究这类系统的方法必须有本质上的改变，即由确定论的方法改变为概率论的方法。

（2）掌握热力学的基本规律和统计物理的基本理论，理解系统的各种平衡条件和正则分布，了解系统的相变理论，非平衡态统计和涨落理论。

会用来解决一些基本的和专业有关的一些热运动方面的问题二、课程教学内容及课时安排导言、第一章（2+10学时）1、热运动、热力学和统计物理的任务、热力学方法的特点和统计物理方法的特点；热力学系统、外界、孤立系统、封闭系统和开放系统；热力学平衡态和稳恒态，状态函数和四类状态参量；简单系统，均匀系、相、单相系和复相系；绝热壁和透热壁、热接触、热平衡、热平衡定律（热力学第零定律）；由热平衡定律引入态函数温度；温度计、温标、定容气体温度计（温标）、理想气体温度计（温标）；理想气体温标与热力学温度之间的关系。

2、物态方程，体胀系数、压强系数和等温压缩系数及其关系。

在热力学中推出物态方程的两种方法（1）利用波意耳定律、阿伏伽德罗定律和理想气体温标定义推出理想气体状态方程；（2）利用体胀系数和等温压缩系数推出理想气体状态方程和简单液体和固体状态方程；理想气体定义；了解实际气体的范德瓦耳斯方程和昂尼斯方程；广延量和强度量。

§1.4 功本节要求：掌握：无摩擦与准静态过程的功。

（重点，难点）(考核概率100%)。

了解：非准静态过程的功，其它系统的功。

掌握：准静态过程外界对系统做功的一般形式（考核概率30%）。

1无摩擦与准静态过程的功（① 掌握：过程与准静态过程的概念。

②掌握：无摩擦与准静态过程的功的求法）（重点，难点）（考核概率100%）2准静态过程外界对系统做功的一般形式（① 了解：非准静态过程的功，其它系统的功。

② 掌握：广义力和广义位移的概念。

③掌握：准静态过程外界对系统做功的一般形式 (考核概率30%)若系统从一个平衡态(初态)转变到另一个平衡态(末态) ，则称系统经历了一个过程。

或者说热力学系统随时间的变化称为热力学过程，简称为过程。

在过程中系统与外界可能有能量交换，有两种交换方式，作功就是系统与外界交换能量的一种方式。

一、准静态过程如果过程所经历的每一个中间壮态都可看作是平衡态，则该过程被称为准静态过程，否则被称为非准静态过程。

对准静态过程做以下3点说明：1、准静态过程是一种理想过程2、“足够缓慢 ”3、对无摩擦的准静态过程，外界对系统的作用力，可以用描述系统平衡状态的参量表示出来。

对于有摩擦力的复杂情形，我们将不考虑，仅考虑有摩擦力的准静态过程。

二、功的表达式体积功：活塞向右移动，pdV pAdx x d F dW -=-=⋅=活塞向左移动，pdV pAdx x d F dW ==⋅=； 注意：1、系统体积收缩，外界对系统作功为正值；2、系统体积膨胀，外界对系统作功为负值；3、系统体积由V A 变到V B 时，外界对系统作功为： ⎰-=B A V V pdV W ，有限过程。

P 为外界作用在活塞上的压强讨论：（1） 一般情况下，P 不等于气缸内气体的压强原因有二：① 有摩擦② 无摩擦但不是准静态过程无摩擦+准静态=可逆过程（2） 功是与过程有关的量，过程不同，则外界对系统所做的功也不同。

功是一个过程量。

§1.8 理想气体的准静态绝热过程本节要求：掌握：准静态绝热过程。

（重点，难点）(考核概率30%)。

掌握：绝热方程的应用。

1准静态绝热过程（① 掌握：准静态绝热过程。

②掌握：理想气体的绝热方程）（重点，难点）（考核概率30%）2绝热方程的应用 掌握：γ 的测定热力学第一定律的数学表达式为：W U Q -∆=（1）微分形式为：W d Q d dU +=（2） 绝热过程中，0=Q d （3）在准静态过程中，外界对系统作功PdV W d -=（4） 将（3）、（4）代入（2）式得0=+PdV dU （5）对理想气体来说，定容热容量dT C dU dTdUC V V =⇒=代入（5）式得0=+pdV dT C V （6） 又由理想气体的物态方程nRT PV = 得：nRdT Vdp pdV =+（7） 而1nRC V -=γ由（6）、（7）两式消去dT ， 有0=+pdV Vdp γ推得：0=+VdV p dp γ（8） 在通常的实际问题中，由于温度变化不大，P C 、V C 的变化很小，γ可视为常数。

（8）可积分得常数=γpV （9）这就是理想气体在准静态绝热过程中压强和体积的关系式，称为绝热过程方程，又称泊松方程。

将（9）式代入nRT PV =中，得，还可求得绝热过程中V 与T 以及P 与T 之间的关系常数=-1γTV （10）常数=-γγT p 1（11）（9）、（10）、（11）这三个关系式都是绝热过程方程，只是三式中所取的独立变量各不相同，因而式中右端的常量也各不相同。

证明理想气体绝热线比等温线陡： 等温过程 ⇒=1C pV ⇒=+1ln ln ln C V p ⇒=+0V dV p dp V p dV dp -= 绝热过程 ⇒=2C pV γ⇒=+2ln ln ln C V p ⇒=+0V dV p dp γVpdV dp γ-= 所以在绝热线和等温线相交点处（具有相同的V p ,），有>-V p γVp-，绝热线的斜率大于温线，故绝热线比等温线陡。