魯科版選修33 熱力學(xué)第一定律 第1課時(shí) 教案.docx

熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律新課標(biāo)要求（一）知識(shí)與技能1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u=w+q分析和計(jì)算問題。2掌握能量守恒定律，理解這個(gè)定律的重要意義。會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象。3能綜合運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)，用能量守恒定律進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，分析、解決有關(guān)問題。4了解第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因。（二）過程與方法通過用定量計(jì)算的例題講解及課件展示來加深大家對(duì)知識(shí)的理解。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1學(xué)習(xí)眾多科學(xué)家孜孜以求、勇于探索自然規(guī)律的精神，進(jìn)一步進(jìn)行辯證唯物主義教育，為將來能在開發(fā)新能源、合理利用能源、發(fā)展節(jié)能技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)作出貢獻(xiàn)而努力。2感受英國(guó)科學(xué)家焦耳勤奮、刻苦，40年如一日研究電流熱效應(yīng)，測(cè)定熱功當(dāng)量的頑強(qiáng)意志體現(xiàn)出來的人格美。教學(xué)重點(diǎn)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的理解及綜合應(yīng)用，涉及熱力學(xué)第一定律的定性分析和定量計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)熱力學(xué)第一定律的正確運(yùn)用（定性分析和定量計(jì)算）及對(duì)第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的具體分析探究過程的理解。教學(xué)方法講練法、分析歸納法、閱讀法教學(xué)用具：投影儀、投影片。教學(xué)過程（一）引入新課教師：（復(fù)習(xí)提問）改變物體內(nèi)能的方式有哪些？學(xué)生：做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式。教師：既然做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，那么功，熱量跟內(nèi)能的改變之間一定有某種聯(lián)系，本節(jié)課我們就來研究這個(gè)問題。（二）進(jìn)行新課1熱力學(xué)第一定律投影1一個(gè)物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：如果外界做的功為w，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？如果物體對(duì)外界做的功為w，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？2一個(gè)物體，如果外界既沒有對(duì)物體做功，物體也沒有對(duì)外界做功，那么：如果物體吸收熱量q，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？ 如果放出熱量q，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？學(xué)生解答思考題教師總結(jié)：一個(gè)物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對(duì)它做多少功，它的內(nèi)能就增加多少；物體對(duì)外界做多少功，它的內(nèi)能就減少多少。如果外界既沒有對(duì)物體做功，物體也沒有對(duì)外界做功，那么物體吸收了多少熱量，它的內(nèi)能就增加多少，物體放出了多少熱量，它的內(nèi)能就減少多少。問如果物體在跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化與熱量q及做的功w之間又有什么關(guān)系呢？板書u=w+q介紹該式表示的是功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律。投影定律中各量的正、負(fù)號(hào)及含義物理量符號(hào)意義符號(hào)意義w+外界對(duì)物體做功物體對(duì)外界做功q+物體吸收熱量物體放出熱量u+內(nèi)能增加內(nèi)能減少投影例題一定質(zhì)量的氣體，在被壓縮的過程中外界對(duì)氣體做功300j，但這一過程中氣體的內(nèi)能減少了300 j，問氣體在此過程中是吸熱還是放熱？吸收（或放出）多少熱量？解：由題意知w=300 j u = - 300 j，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得：q=u-w = -300 j-300 j= -600 jq為負(fù)值表示氣體放熱，因此氣體放出600j的熱量。強(qiáng)化訓(xùn)練1如圖所示，用力f壓縮氣缸中的空氣，力f對(duì)空氣做了1800 j的功，同時(shí)氣缸向外放熱2000 j，空氣的內(nèi)能改變了多少？2關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說法中正確的是 .a物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大b物體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少c物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變d物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變參考解答：1由熱力學(xué)第一定律：u=w+q得：1800 j+(-2000 )j=u u= -200 j即空氣內(nèi)能減少了200 j2解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律u=w+q，物體內(nèi)能的變化與外界對(duì)氣體做功（或氣體對(duì)外界做功），氣體從外界吸熱（或向外界放熱）兩種因素有關(guān)，物體吸收熱量，但有可能同時(shí)對(duì)外做功，故內(nèi)能有可能不變甚至減小，故a錯(cuò)，同理，物體對(duì)外做功的同時(shí)有可能吸熱，故內(nèi)能不一定減小，b錯(cuò)；若物體吸收的熱量與對(duì)外做功相等，則內(nèi)能不變，c正確。而放熱與對(duì)外做功是使物體內(nèi)能減小，所以d錯(cuò)。所以本題正確答案為c2能量守恒定律教師：通過前邊的學(xué)習(xí)我們知道：做功改變物體內(nèi)能的過程是內(nèi)能和其他形式的能的轉(zhuǎn)化過程，熱傳遞改變物體內(nèi)能的過程是內(nèi)能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體的過程?？偨Y(jié)：能量可以由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，也可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。教師：做功改變物體的內(nèi)能時(shí)，對(duì)物體做多少功就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為等量的內(nèi)能，物體對(duì)外界做多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為等量的機(jī)械能；在熱傳遞過程中，物體吸收多少熱量，內(nèi)能就增加多少，物體放出多少熱量，內(nèi)能就減少多少。熱力學(xué)第一定律表示，做功和熱傳遞提供給一個(gè)物體多少能量，物體的能量就增加多少，能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移中守恒。投影能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變，這就是能量守恒定律。學(xué)生閱讀課文，并敘述能量守恒定律發(fā)現(xiàn)的意義3永動(dòng)機(jī)不可能制成介紹什么是第一類永動(dòng)機(jī)永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功，這種機(jī)器叫永動(dòng)機(jī)。人們把這種不消耗能量的永動(dòng)機(jī)叫第一類永動(dòng)機(jī)。多媒體展示常見的永動(dòng)機(jī)模型介紹永動(dòng)不可能制成的原因根據(jù)能量守恒定律，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，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想教育人類利用自然，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)。強(qiáng)化訓(xùn)練1如圖1所示，a、b容器中各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定，a、b底部由帶有閥門k的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱，原先a中水面比b中高，打開閥門，使a中的水逐漸向b中流，最后達(dá)到平衡，則在這個(gè)過程中，大氣壓力對(duì)水做功是 ，水的內(nèi)能增加為 （設(shè)水的密度為，活塞面積分別為sa、sb，原來a、b中高度差為h）2如圖2所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的a、b兩部分氣體，a的密度小，b的密度大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程中氣體吸熱q，氣體內(nèi)能增量為u，則 。 a.u=q b.uq c.uq d.無法比較參考答案：1打開閥門k后，根據(jù)連通器原理，最后a、b兩管中的水面將相平，即a中的水面下降，b中的水面上升，設(shè)a中水面下降h1，b管水面上升的距離為h2，由于水的總體積保持不變，故：sah1=sbh2a管中的水受到向下的大氣壓力，與水面下降的方向相同，所以大氣壓力對(duì)水做正功，設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0，對(duì)水做的功為w1，則：w1=f1h1=p0sah1b管中的水也受到向下的大氣壓力，與水面上升的方向相反，所以大氣壓力對(duì)水做負(fù)功，用w2表示大氣壓力做的功，有：w2=f2h2= -p0sbh2大氣壓力對(duì)水做的總功為：w=w1+w2=p0s1h1-p0s2h2又s1h1=s2h2 所以w=0即大氣壓力對(duì)水不做功閥門打開后，水從高處流向低處。在這個(gè)過程中水的重力做正功，所以水的內(nèi)能增加量等于水的重力勢(shì)能的減小量。2解：a、b氣體開始的合重心在中線下，混合均勻后重心在中線，所以系統(tǒng)重力勢(shì)能增大，由能量守恒知，吸收熱量一部分增加氣體內(nèi)能，一部分增加重力勢(shì)能。（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了1熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律是研究功、熱量和內(nèi)能改變之間關(guān)系的.如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么，外界對(duì)物體所作的功w加上物體從外界吸收的熱量q等于物體內(nèi)能的增加u即u=q+w該定律既適用于外界對(duì)物體做功，物體吸熱，內(nèi)能增加的情況，也適用于物體對(duì)外做功.向外界散熱和內(nèi)能減少的情況。為了區(qū)別以上兩種情況，在應(yīng)用u=q+w進(jìn)行計(jì)算時(shí)，它們的正負(fù)號(hào)規(guī)定如下：w0，表示外界對(duì)系統(tǒng)做功；w0，表示系統(tǒng)對(duì)外界做功；q0，表示系統(tǒng)從外界吸熱；q0，表示系統(tǒng)向外界放熱；u0，表示系統(tǒng)內(nèi)能增加；u0，表示系統(tǒng)內(nèi)能減少。2能量守恒定律（1）能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，這就是能的