教學(xué)設(shè)計(jì) 完整版：熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律教學(xué)設(shè)計(jì)一、教材分析前面學(xué)習(xí)的焦耳實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，只要初末狀態(tài)確定了，做功的數(shù)量或者熱傳遞的數(shù)量就是確定的。而且，熱功當(dāng)量的測(cè)量結(jié)果表明，做功和熱傳遞在改變內(nèi)能上是等價(jià)的。從而得出熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。又通過實(shí)例對(duì)表達(dá)式中物理量取值的正負(fù)意義進(jìn)行了討論。它對(duì)于制造永動(dòng)機(jī)的不可能實(shí)現(xiàn)，給予了科學(xué)初步否定。二、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：1．知道做功和熱傳遞可以改變內(nèi)能，理解熱力學(xué)第一定律。2．能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題。3．知道第一類永動(dòng)機(jī)是不能實(shí)現(xiàn)的。過程與方法：能夠得出熱力學(xué)第一定律，并會(huì)應(yīng)用。情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過學(xué)習(xí)能量守恒定律的得出過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索精神二、教學(xué)重點(diǎn)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式△U=W+Q的物理意義和理解。三、教學(xué)難點(diǎn)運(yùn)用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行有關(guān)計(jì)算和物理現(xiàn)象分析。四、學(xué)情分析由于熱力學(xué)第一定律是教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，因此應(yīng)利用教學(xué)的相當(dāng)多的時(shí)間進(jìn)行熱力學(xué)第一定律的教學(xué)，具體說△U=W+Q中各物理量的意義及正負(fù)號(hào)的確定對(duì)學(xué)生講是很困難的，所以用通俗易懂的語言闡述。五、教學(xué)方法自主閱讀與思考、精講精練課時(shí)安排1課時(shí)七、教學(xué)過程(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑(二)情景引入、展示目標(biāo)焦耳的實(shí)驗(yàn)表明：只要系統(tǒng)初末狀態(tài)是確定的，所需做功數(shù)量就是確定的。另一方面，熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)表明做功和熱傳遞是等價(jià)的。(三)合作探究、精講點(diǎn)播1.做功，熱傳遞和內(nèi)能（1）做功改變內(nèi)能絕熱過程：在做工過程中，系統(tǒng)和外界之間不發(fā)生熱交換。絕熱過程中，物體內(nèi)能的改變量等于外界對(duì)物體所做的功。（2）熱傳遞改變內(nèi)能熱傳遞方式：傳導(dǎo)，對(duì)流，輻射。外界沒有對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于它所吸收的熱量。2．熱力學(xué)第一定律(1)一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。這個(gè)關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：ΔU=W+Q(2)與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號(hào)法則做功W熱量Q內(nèi)能的改變?chǔ)取正值“+”外界對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)的內(nèi)能增加取負(fù)值“－”系統(tǒng)對(duì)外界做功系統(tǒng)向外界放出熱量系統(tǒng)的內(nèi)能減少(3)熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，同時(shí)也進(jìn)一步揭示了能量守恒定律。3．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成任何機(jī)器運(yùn)動(dòng)時(shí)只能將能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不可能無中生有地創(chuàng)造能量，即第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制造出的。典例探究例1．一定量的氣體在某一過程中，外界對(duì)氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能減少了×105J，則下列各式中正確的是() A.W=8×104J，ΔU=×105J，Q=4×104JB.W=8×104J，ΔU=－×105J，Q=－2×105JC.W=－8×104J，ΔU=×105J，Q=2×104JD.W=－8×104J，ΔU=－×105J，Q=－4×104J解析：本題主要考查熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W=8×104J；內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU=－×105J；根據(jù)ΔU=W+Q，可知Q=ΔU－W=－×105－8×104=－2×105J，即B選項(xiàng)正確。答案：B友情提示：注意熱力學(xué)第一定律關(guān)系式中各物理量的符號(hào)法則。例2.一定質(zhì)量的氣體，在壓縮過程中外界對(duì)氣體做功300J，但這一過程中氣體的內(nèi)能減少了300J，問氣體在此過程中是吸熱還是放熱？吸收(或放出)多少熱量？解析：由題意可知，W=300J，ΔU=－300J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得Q=ΔU－W=－300J－300J=－600JQ為負(fù)值表示氣體放熱，因此氣體放出600J的熱量。友情提示：注意熱力學(xué)第一定律關(guān)系式中各物理量的符號(hào)法則及其物理意義。例3.一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了×105J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外做了6×105J的功，問：(1)物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？(2)分子勢(shì)能是增加還是減少？(3)分子的平均動(dòng)能是增加還是減少？解析：(1)氣體從外界吸熱為：Q=×105J氣體對(duì)外做功：W=－6×105J由熱力學(xué)第一定律：ΔU=W+Q=(－6×105)+×105J)=－×105JΔU為負(fù)，說明氣體的內(nèi)能減少了。所以，氣體內(nèi)能減少了×105J。(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體分子勢(shì)能增加了。(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少，同時(shí)氣體分子勢(shì)能增加，說明氣體分子的平均動(dòng)能一定減少了。友情提示：本題以熱力學(xué)第一定律關(guān)系式為起點(diǎn)，結(jié)合分子動(dòng)理論中內(nèi)能的定義，分析得出：①氣體對(duì)外做功，體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體分子勢(shì)能增加了②氣體內(nèi)能減少，同時(shí)氣體分子勢(shì)能增加，說明氣體分(四)反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè)(五)布置作業(yè)八、板書設(shè)計(jì)熱力學(xué)第一定律1.內(nèi)容：數(shù)學(xué)表達(dá)式為：ΔU=W+Q2.與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號(hào)法則做功W熱量Q內(nèi)能的改變?chǔ)取正值“+”外界對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)的內(nèi)能增加取負(fù)值“－”系統(tǒng)對(duì)外界做功系統(tǒng)向外界放出熱量系統(tǒng)的內(nèi)能減少3.熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，同時(shí)也進(jìn)一步揭示了能量守恒定律。4.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟：①根據(jù)符號(hào)法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正、負(fù)；②根據(jù)方程ΔU=W+Q求出未知量