人教版 (新课标)选修33 热力学第一定律 能量守恒定律教案设计

热力学第一定律能量守恒定律•教案示例

教学目的

1．理解、掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义．

2．会确定W、Q、ΔU的正负号．

3．理解热力学第一定律ΔU＝W＋Q．

4．会用ΔU＝W＋Q分析和计算问题．

5．理解、掌握能量守恒定律及重要性．

6．会用能量守恒的观点分析、解决有关问题，明确它的优越性．

7．知道第一类永动机不可能成功的原因．

教具

柴油机模型、电动机、灯泡、打气筒、多媒体．

教学过程

●引入新课

我们在前面学习了改变内能的两种方法：做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么样的规律呢？今天我们就来研究这些问题．

【板书】　 一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义

1．做功：做功使物体内能发生变化，本质是能量的转化，是一种形式的能向另一种形式的能转化，功是能量转化的量度．

2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给另一个物体，传递的能量用热量Q表示．

3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度变化和体积变化．

【板书】　 二、W、Q、ΔU正负号确定

1．W，外界对物体做功，W取正；物体对外界做功，W取负．

2．Q，物体吸热，Q取正；物体放热，Q取负．

3．ΔU，物体内能增加，ΔU取正；物体内能减少，ΔU取负．

【板书】　 三、W、Q、ΔU三者之间关系

在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，它们遵守下列关系：

ΔU＝W＋Q

这就是势力学第一定律，它表示了功、势量跟内能改变之间的定量关系．

例：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？

启发学生讨论：1．引起物体内能变化的物理过程有哪两种？2．物体内能增加量大于物体从外界吸收的热量是什么原因？3．怎样找W、Q、ΔU的正负值．

引起物体内能变化的物理过程有两种，做功和热传递；物体内能增加量大于物体从外界吸收的热量，是由于还有做功，一定是外界对气体做了功．W＝？，Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，代入4.2×105＝2.6×105＋W ∴W＝(4.2－2.6)×105＝1.6×105(J)

W为正值，说明是外界对气体做了1.6×105J的功．

观看柴油机模型，用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理．

活塞压缩气体，活塞对气体做功，由于时间很短，散热可忽略，机械能转化为气体内能，温度升高，达到柴油燃点，可“点燃”柴油．

做功和热传递能使物体内能改变，能量在转化或转移过程中守恒．不仅机械能，其它形式的能也可以与内能相互转化，如电流通过灯泡钨丝变热发光，电能转化为内能和光能(出示电灯泡)．燃料燃烧生热，化学能转化成内能，实验证明：在这些转化过程中，能量都是守恒的．

【板书】　 四、能量守恒定律

同学们看课文

再看一段录像：风力发电、电动机带动水泵抽水，汽车在公路上行驶，水电站、植物生长等，同时利用投影仪打出讨论题目：

1．能量守恒定律的内容？

2．各种机器的作用是什么？

3．风力发电是什么能转化成什么能？

4．化学上电解食盐的过程，是什么能转化成什么能？

5．为什么说：能量守恒定律是伟大的运动基本规律？

6．第一类永动机为什么不能成功？

7．举出一些生活中能量守恒的实例．

讨论总结：

1．见课本．

2．各种机械都是能量转化器．

3．是机械能转化为电能．

4．是电能转化成化学能．

5．能够把各个领域联系起来，具有共同语言．

6．因为它违背了能量守恒定律．

7．举不胜举．能量守恒是自然界最普遍的规律之一．

能量守恒，就是能量既不会多，也不会少，总量不变．

●巩固练习

1．某一家庭用高压锅煮饭，由于皮垫用久了，当水煮沸时跑气了，大量的热气喷到了距高压锅2米以外的小张手上，但并没有烫伤，为什么？

2．一定质量的气体，从外界吸收了2.6×105J的热量，内能只增加了1.6×105J，做功情况如何？

3．进入冬季，教室与教研室采暖设计一样，但教室温度比教研室高，为什么？

●作业

1．复习本节课文．

2．读一些课外科普读物．

3．课上把练习六做完．

参考题

1．炮兵训练打靶时，炮弹在炮膛中加速飞出炮口的过程中，炮膛中的火药气体温度是变化很大还是很小？说明理由．

2．一瀑布，落差30m，假如在下落过程中机械能减少量全部转化成水的内能，水的温度升高多少？[水的比热容为4.2×103J/(kg℃)]

3．说明下列现象中能量是怎样转化的？

[　　　 ]

A．水电站发电时，水轮机被水流冲击转动，带动发电机发电．

B．利用地热发电．

C．化学上的电镀过程．

D．植物生长过程．

说明

1．热力学第一定律ΔU＝W＋Q中各字母正负值确定是个难点，难就难在物理意义不清楚．

2．各种能量在一定条件下可以相互转化，转化过程中总能量守恒．这是一个意识问题，或者说是悟性，从内心深处感觉到总能量不变．这是很重要的物理思想．

3．以前我们学习的机械能守恒定律，动能定理等，还有刚学的热力学第一定律，都可以统一在能量守恒定律之中．比如说，汽车刹车直到停下的过程中，动能减少，内能增加．或者说，汽车克服摩擦力所做的功等于增加的汽车动能．