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)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。會確定W、Q、△U的正負(fù)號。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(diǎn)理解熱力學(xué)第一定律。會用△U=W+Q分析和計算問題。理解、掌握能量守恒定律及其重要性。要有能量意識，會用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決有關(guān)問題，明確它的優(yōu)越性。知道第一類永動機(jī)不可能成功的原因。人類對自然規(guī)律的認(rèn)識是不斷深入的。重點(diǎn)、難點(diǎn)分析重點(diǎn)：能量守恒定律難點(diǎn)：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(diǎn)去分析，要抓住研究對象。另一難點(diǎn)是用能量守恒的觀點(diǎn)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(diǎn)解題。課時安排：一課時課前準(zhǔn)備：教師：柴油機(jī)模型、電動機(jī)、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(jī)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。板書：第六節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律同學(xué)們帶著下列問題看課本，看到△U=W+Q板書：（投影片）1、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(bǔ)充，老師給以適當(dāng)點(diǎn)撥。答案：（膠片給出）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。×105×105×105×105J，這一過程做功情況怎樣？解：根據(jù)題意得出：×105J，△×105J，求：W=？根據(jù)△×105×105J×105J×105J功。第二問中：Qˊ×105J，△Uˊ×105J，計算結(jié)果Wˊ×105J。×105J。讓同學(xué)們觀看柴油機(jī)模型，用熱力學(xué)第一定律解釋柴油機(jī)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(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，溫度升高，達(dá)到柴油燃點(diǎn)，可“點(diǎn)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(jī)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(shí)驗證明：在這些轉(zhuǎn)化過程中，能量都是守恒的。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(jī)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：能量守恒定律的內(nèi)容是什么？各種機(jī)器的作用是什么？風(fēng)力發(fā)電是什么能轉(zhuǎn)化成什么能？化學(xué)上電解食鹽的過程，是什么能轉(zhuǎn)化成什么能？為什么說能量守恒定律是偉大的運(yùn)動基本規(guī)律？第一類永動機(jī)為什么不能成功？舉出一些生活中能量守恒的實(shí)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(bǔ)充，老師給以適當(dāng)點(diǎn)撥。答案：（膠片給出）見課本。各種機(jī)器都是能量轉(zhuǎn)化器。是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。能夠把各個領(lǐng)域聯(lián)系起來，具有共同語言。它違背了能量守恒定律。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(diǎn)，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(diǎn)展開的。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。以前我們學(xué)習(xí)的機(jī)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)：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？×105×105J，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θ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(diǎn)從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，沿軌道滑下，最后停在D點(diǎn)，A點(diǎn)和D點(diǎn)的位置如圖所示?，F(xiàn)用一沿著軌道方向的力推滑塊，使它緩慢地由D點(diǎn)推回到A點(diǎn)時停下。設(shè)滑塊與軌道間的動摩擦因數(shù)為μ，則推力對滑塊做的功等于（）AADhCBDhCBSSA、mghB、2mghC、μmg(s+h/sinθ)D、μmgs+μmghcotθ4、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30m×103J/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(jī)被水流沖擊轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機(jī)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(jī)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Eˊ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Eˊ的公式。（2）算出Eˊ的數(shù)值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）×