熱力學(xué)第一定律、能量守恒定律

1、五、熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律 教學(xué)目標(biāo)1、理解物體跟外界做功和熱傳遞的過程中W、Q、U的物理意義。2、會確定W、Q、U的正負(fù)號。3、理解、掌握熱力學(xué)第一定律，從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的觀點理解熱力學(xué)第一定律。4、會用U = W + Q分析和計算問題。5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。6、要有能量意識，會用能量守恒的觀點分析、解決有關(guān)問題，明確它的優(yōu)越性。7、知道第一類永動機不可能成功的原因。8、人類對自然規(guī)律的認(rèn)識是不斷深入的。重點、難點分析重點：能量守恒定律難點：熱力學(xué)第一定律U = W + Q中各物理量的意義及正負(fù)號的確定，這對學(xué)生是很困難的，要用收入、支出和結(jié)存的觀點去分析，要抓住研究對

2、象。另一難點是用能量守恒的觀點去分析和解決問題，它的優(yōu)越性是不管中間過程細(xì)節(jié)問題，要逐漸培養(yǎng)學(xué)生用能量觀點解題。課時安排：一課時課前準(zhǔn)備：教師：柴油機模型、電動機、電爐子、燈泡、電池、打氣筒、投影儀、膠片、多媒體學(xué)生：電動玩具、利用機械能守恒定律制成的小玩具、植物標(biāo)本（如玉米粒）教學(xué)設(shè)計（教學(xué)過程）引入新課 我們在前面學(xué)習(xí)了改變內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞，即通過對物體做功或者經(jīng)過熱傳遞的過程都能改變物體內(nèi)能，那么它們之間有什么數(shù)量關(guān)系呢？以前我們還學(xué)習(xí)過電能、化學(xué)能等各中形式的能，它們在相互轉(zhuǎn)化的過程中遵守什么樣的規(guī)律呢？今天我們就來研究這些問題。 同學(xué)們帶著下列問題看課本，看到U = W

3、+ Q1、一個物體，如果它跟外界不發(fā)生熱交換，那么外界對它做功與物體對外做功，會引起物體內(nèi)能怎樣的變化？2、一個物體，如果外界與物體之間沒有做功，那么物體吸熱與放熱會引起物體內(nèi)能的怎樣的變化？3、如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程，W、Q、U的正負(fù)號如何確定？4、W、Q、U三者都有正負(fù)，它們的關(guān)系怎樣？讓同學(xué)們前后座四人為一小組，互相交流一下，得出正確結(jié)論。讓同學(xué)舉手發(fā)言，代表自己小組發(fā)言，其他小組補充，老師給以適當(dāng)點撥。答案：1、外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少。2、物體吸熱，物體的內(nèi)能增加；物體放熱，物體的內(nèi)能減少。3、外界對物體做功W為正，物體對外做功

4、W為負(fù)；物體吸熱Q為正，物體放熱Q為負(fù)；物體內(nèi)能增加U為正，物體內(nèi)能減少U為負(fù) 4、U = W + Q這就是熱力學(xué)第一定律，它表示了功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系。例：一定量的氣體從外界吸收了2.6105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2105J。是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？如果氣體吸收的熱量仍為2.6105J不變，但是內(nèi)能只增加了1.6105J，這一過程做功情況怎樣？解：根據(jù)題意得出：Q = 2.6105J，U =4.2105J，求：W = ？根據(jù)U = W + Q代入可得：4.2105J = W + 2.6105J W = 1.6105JW為正值，外界對氣體做功，

5、做了1.6105J功。 第二問中：Q= 2.6105J，U=1.6105J，計算結(jié)果W= - 1.0105J。 這說明氣體對外界做功（氣體體積變大），做了1.0105J。 讓同學(xué)們觀看柴油機模型，用熱力學(xué)第一定律解釋柴油機正常工作時壓燃的原理?；钊麎嚎s氣體，活塞對氣體做功，由于時間很短，散熱可以不計，機械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，溫度升高，達(dá)到柴油燃點，可“點燃”柴油。 做功和熱傳遞都能使物體的內(nèi)能改變，能量在轉(zhuǎn)化的過程中守恒，不僅機械能，其它形式的能也可以與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化，如電流通過電爐子發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（演示電爐子）；燃料燃燒生熱，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。實驗證明：在這些轉(zhuǎn)化過程中，能量都是守恒的。

6、由此引發(fā)了我們更深刻的思考。同學(xué)們把剩下的課文看完再看一段錄象：風(fēng)力發(fā)電，電鍍，電動機帶動水泵抽水，汽車在公路上行駛，水電站，植物生長，風(fēng)云雷電等，再觀看準(zhǔn)備的教具及學(xué)生帶來的玩具。投影儀再次打出討論的題目：1、能量守恒定律的內(nèi)容是什么？2、各種機器的作用是什么？3、風(fēng)力發(fā)電是什么能轉(zhuǎn)化成什么能？4、化學(xué)上電解食鹽的過程，是什么能轉(zhuǎn)化成什么能？5、為什么說能量守恒定律是偉大的運動基本規(guī)律？6、第一類永動機為什么不能成功？7、舉出一些生活中能量守恒的實例 讓同學(xué)們前后座四人為一小組，互相交流一下，得出正確結(jié)論。 讓同學(xué)舉手發(fā)言，代表自己小組發(fā)言，其他小組補充，老師給以適當(dāng)點撥。答案：1、見課本。

7、2、各種機器都是能量轉(zhuǎn)化器。3、是機械能轉(zhuǎn)化為電能。4、是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。5、能夠把各個領(lǐng)域聯(lián)系起來，具有共同語言。6、它違背了能量守恒定律。7、舉不勝舉。能量守恒定律是自然界最普遍的規(guī)律之一。教學(xué)設(shè)計說明 教學(xué)設(shè)計說明 1、熱力學(xué)第一定律U= Q + W中各字母正負(fù)值的確定是個難點，難就難在物理意義不清楚，設(shè)計的前半部分都是圍繞著這一難點展開的。2、各種能量在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中總能量守恒。這是一個意識的問題，或者說是悟性，從內(nèi)心深處感覺到總能量不變，這是很重要的物理思想。3.以前我們學(xué)習(xí)的機械能守恒定律、動能定理等，還有剛學(xué)的熱力學(xué)第一定律，它們都是能量守恒定律的特例，都可

8、以統(tǒng)一在能量守恒定律之中，比如說，汽車剎車直到停下來的過程中，動能減少，內(nèi)能增加，也可以說，汽車克服摩擦力做功等于汽車減少的內(nèi)能。 隨堂練習(xí)：1、 一家庭用高壓鍋煮飯，當(dāng)水煮沸時跑氣了，大量熱氣噴到了距離高壓鍋3米以外的小張手上，但并沒有燙傷，為什么？2、一定質(zhì)量的氣體，氣體受熱膨脹對外界做了2.0105J功，同時它的內(nèi)能增加了1.0105J，氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量為多少？3、如圖中ABCD是一條長軌道，其中AB段是傾角為的斜面，CD段是水平的。BC是與AB和CD都相切的一小段圓弧，其長度可略去不計。一質(zhì)量為m 的小滑塊在A 點從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，沿軌道滑下，最后停在D點，A點和D點

9、的位置如圖所示。現(xiàn)用一沿著軌道方向的力推滑塊，使它緩慢地由D點推回到A 點時停下。設(shè)滑塊與軌道間的動摩擦因數(shù)為，則推力對滑塊做的功等于（ ） A、mgh B、2mghC、mg (s+h / sin) D、mgs+mghcot A、mgh B、2mghC、mg (s+h / sin) D、mgs+mghcot 4、炮兵打靶時，炮彈在炮膛中加速飛出炮口的過程中，炮膛中的火藥氣體溫度是變化很大還是很小？說明理由。 5、一瀑布，落差30 m，假如在下落過程中機械能的減少量全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，水的溫度升高多少？（水的比熱容C =4.2103J / kgk ） 6、說明下列現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。 A、

10、水電站發(fā)電時，水輪機被水流沖擊轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電。 B、利用地?zé)岚l(fā)電。 C、化學(xué)上的電鍍過程。 D、植物生長過程。 7、“和平號”空間站已于2001年3月23日成功地墜落在南太平洋海域，墜落過程中可簡化為從一個近圓軌道（可近似看作圓軌道）開始，經(jīng)過與大氣摩擦，空間站的絕大部分經(jīng)過升溫、熔化，最后汽化而銷毀，剩下的殘片墜入大海。此過程中，空間站原來的機械能中，除一部分用于銷毀和一部分被殘片帶走外，還有一部分能量E通過其它方式散失，（不考慮墜落過程中化學(xué)反應(yīng)的能量）。（1）試導(dǎo)出與下列各物理量的符號表示散失能量 E的公式。（2）算出E的數(shù)值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） 墜落開始時空間站的質(zhì)量M =

11、1.17105Kg； 軌道離地面的高度為h = 146Km； 墜落空間范圍內(nèi)重力加速度可看做g = 10 m / s 2； 入海殘片的質(zhì)量 m = 1.2104Kg； 入海殘片的溫度升高T = 3000K； 入海殘片的入海速度為聲速v = 340m / s 空間站材料每1千克升溫1K平均所需能量C = 1.0103J； 每銷毀1千克材料平均所需能量 = 1.0107J。CShBDA 4、炮兵打靶時，炮彈在炮膛中加速飛出炮口的過程中，炮膛中的火藥氣體溫度是變化很大還是很小？說明理由。 5、一瀑布，落差30 m，假如在下落過程中機械能的減少量全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，水的溫度升高多少？（水的比熱容C =

12、4.2103J / kgk ） 6、說明下列現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。 A、 水電站發(fā)電時，水輪機被水流沖擊轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電。 B、利用地?zé)岚l(fā)電。 C、化學(xué)上的電鍍過程。 D、植物生長過程。 7、“和平號”空間站已于2001年3月23日成功地墜落在南太平洋海域，墜落過程中可簡化為從一個近圓軌道（可近似看作圓軌道）開始，經(jīng)過與大氣摩擦，空間站的絕大部分經(jīng)過升溫、熔化，最后汽化而銷毀，剩下的殘片墜入大海。此過程中，空間站原來的機械能中，除一部分用于銷毀和一部分被殘片帶走外，還有一部分能量E通過其它方式散失，（不考慮墜落過程中化學(xué)反應(yīng)的能量）。（1）試導(dǎo)出與下列各物理量的符號表示散失能量 E的公式。（2）算出E的數(shù)值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） 墜落開始時空間站的質(zhì)量M = 1.17105K