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2019-2020年高中物理 10.3 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律教案 新人教版選修3-3 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(guò)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。接著，講述了能量守恒定律的確立。它具有重大的理論意義和實(shí)踐意義。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)上的最后判決。 二、教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能： 1、 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(wèn)題。 3、 理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律。 4、 通過(guò)能量守恒定律的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。 5、 知道第一類永動(dòng)機(jī)是不能實(shí)現(xiàn)的。 過(guò)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(guò)學(xué)習(xí)能量守恒定律的得出過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索精神 二、 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律 難點(diǎn)：能量守恒定律 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)間來(lái)進(jìn)行熱力學(xué)第一定律的教學(xué)，具體來(lái)說(shuō)△U=W+Q中各物理量的意義及正負(fù)號(hào)的確定對(duì)學(xué)生來(lái)講是很困難的，以通俗易懂的語(yǔ)言來(lái)闡述；對(duì)于能量守恒定律的教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生相互討論自然界中的各種能量間的轉(zhuǎn)化，分析得出能量守恒定律。 五、教學(xué)方法 自主閱讀與思考、精講精練 六、課前準(zhǔn)備 七、課時(shí)安排1課時(shí) 八、教學(xué)過(guò)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.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(shuō)明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒(méi)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； ③再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負(fù)來(lái)確定吸熱、放熱情況或做功情況。 2.能量守恒定律 ⑴.自然界存在著多種不同形式的能。舉例說(shuō)明。 ⑵.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。舉例說(shuō)明。摩擦可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱電燈發(fā)光可以將電能轉(zhuǎn)化為光能。 ⑶.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)化為另一種形式，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(guò)程中其總量不變。這就是能量守恒定律。 (4).熱力學(xué)第一定律、機(jī)械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。 (5). 能量守恒定律的重要意義 第一，能量守恒定律是支配整個(gè)自然界運(yùn)動(dòng)、發(fā)展、變化的普遍規(guī)律，學(xué)習(xí)這個(gè)定律，不能滿足一般理解其內(nèi)容，更重要的是，從能量形式的多樣化及其相互聯(lián)系，互相轉(zhuǎn)化的事實(shí)出發(fā)去認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的多樣性及其普遍聯(lián)系，并切實(shí)樹(shù)立能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失的觀點(diǎn)，作為以后學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐中處理一切實(shí)際問(wèn)題的基本指導(dǎo)思想之一。第二，宣告了第一類永動(dòng)機(jī)的失敗。 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(wú)中生有地創(chuàng)造能量，即第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制造出來(lái)的。 典例探究 例1.一定量的氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做了8104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2105J，則下列各式中正確的是 （ ） A.W=8104J，ΔU =1.2105J ，Q=4104J B.W=8104J，ΔU =－1.2105J ，Q=－2105J C.W=－8104J，ΔU =1.2105J ，Q=2104J D.W=－8104J，ΔU =－1.2105J ，Q=－4104J 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=8104J；內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU=－1.2105J；根據(jù)ΔU=W+Q，可知Q=ΔU－W=－1.2105－8104=－2105J，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(guò)程中外界對(duì)氣體做功300J，但這一過(guò)程中氣體的內(nèi)能減少了300J，問(wèn)氣體在此過(guò)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=－600J Q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4.2105J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外做了6105J的功，問(wèn)： （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=4.2105J 氣體對(duì)外做功：W=－6105J 由熱力學(xué)第一定律：ΔU=W+Q=（－6105）+（4.2105J）=－1.8105J ΔU為負(fù)，說(shuō)明氣體的內(nèi)能減少了。所以，氣體內(nèi)能減少了1.8105J。 （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(shuō)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(shuō)明氣體分 （四）反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè) （五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè) 九、板書(shū)設(shè)計(jì) 1.熱力學(xué)第一定律 （1）內(nèi)容： 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(shuō)明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒(méi)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； ③再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負(fù)來(lái)確定吸熱、放熱情況或做功情況。 2.能量守恒定律 ⑴.自然界存在著多種不同形式的能。 ⑵.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化 ⑶.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)化為另一種形式，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(guò)程中其總量不變。這就是能量守恒定律。 (4).熱力學(xué)第一定律、機(jī)械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。 (5). 能量守恒定律的重要意義 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(wú)中生有地創(chuàng)造能量，即第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制造出來(lái)的。 十、教學(xué)反思 各種能量在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中總能量守恒．這是一個(gè)意識(shí)問(wèn)題，或者說(shuō)是悟性，從內(nèi)心深處感覺(jué)到總能量不變．這是很重要的物理思想．