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2019-2020年高中物理 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律教案 新人教版選修3 一、習(xí)引入 【 問】改變物體的內(nèi)能有那些？改變內(nèi)能的效果怎樣？ 【分析】做功和熱傳遞，改變內(nèi)能的效果是等效的， 【問】這兩種方式的實(shí)質(zhì)一樣嗎？如果不一樣分別是什么呢？ 【分析】但這兩種方式改變內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是不一樣的。做功的過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能， 例如：一物體從10m高處往下落，到地面的速度為5m/s,物體的機(jī)械能減少了多少 減少的機(jī)械能到那里去了？ 而熱傳遞是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過程，能量的形式?jīng)]有發(fā)生變化。只是熱量從一物體 轉(zhuǎn)移到另一物體。 這節(jié)課我們具體來研究功、熱量和內(nèi)能之間的關(guān)系。 二、熱力學(xué)第一定律 【問】一物體，它既沒有吸收熱量，也沒有放出熱量，那么：如果外界對(duì)它做了W的功， 則它的內(nèi)能如何改變？改變了多少？如果它對(duì)外界做了W的功，則它的內(nèi)能又如何改變呢？改變的又是多少？ 【分析】外界對(duì)它做功，則內(nèi)能增加，做了多少功，內(nèi)能增加多少，它對(duì)外界做功，內(nèi)能減少，對(duì)外做多少功，內(nèi)能就減少多少。W=△U(外界對(duì)物體做功，W為正；物體對(duì)外界做功，W為負(fù)；內(nèi)能增加，△U為正，內(nèi)能減少，△U為負(fù)) 【問】一物體，外界沒有對(duì)它做功，它也沒有對(duì)外界做功，那么：如果物體吸收熱量Q,則物體內(nèi)能如何變化，如果物體放出熱量Q，則物體的內(nèi)能如何變化？ 【分析】物體吸收熱量，則內(nèi)能增加，吸收了多少，內(nèi)能增加多少；物體放出熱量，則內(nèi)能減少，放出多少，則內(nèi)能減少多少。Q=△U( 物體吸收熱量，Q為正；物體放出熱量，Q為負(fù)；內(nèi)能增加，△U為正，內(nèi)能減少，△U為負(fù)) 如果物體和外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞，則物體內(nèi)能的增加等于物體所做功和從外界吸收的熱量之和，這就是熱力學(xué)第一定律 。 數(shù)學(xué)表達(dá)式：△U＝W+Q 學(xué)生閱讀思考和討論：說明W、Q、和△U的正值、負(fù)值各代表什么意義？ 【分析】W為正值，表示外界對(duì)物體做功；W為負(fù)值表示物體對(duì)外做功 Q為正值，表示物體吸收熱量； Q為負(fù)值表示物體放出熱量 △U為正值，表示內(nèi)能增加； △U為負(fù)值表示內(nèi)能減少 總結(jié)：熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的量度。沒有做功和熱傳遞過程，就不可能實(shí)現(xiàn)能的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移。而且還揭示了能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移中守恒。 例如：在摩擦生熱的現(xiàn)象中，物體克服摩擦力做了多少功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化成等量的內(nèi)能。一個(gè)物體從外界吸收多少熱量，就有多少內(nèi)能從外界轉(zhuǎn)移給物體。在這轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移中能量守恒。 三、能量守恒定律 而大量事實(shí)都可以證明，能量之間可以轉(zhuǎn)化，如機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等，而在這轉(zhuǎn)化的過程中守恒。 能量守恒定律 ：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)化為別形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。 能量守恒定律和機(jī)械能守恒的關(guān)系：機(jī)械能守恒有嚴(yán)格的條件，只有重力做功，所以它只是能量守恒的一個(gè)特例。 意義：能量守恒定律被恩格斯，把這一定律稱為“偉大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律”，認(rèn)為它的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。 宣告了第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成。 四、永動(dòng)機(jī)不可能制成 第一類永動(dòng)機(jī)：不消耗能量的機(jī)器。 【問】第一類永動(dòng)機(jī)為什么失敗？ 【分析】它持續(xù)運(yùn)動(dòng)不可能的原因是：雖然右邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩大，但球的個(gè)數(shù)少，左邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩小，但球的個(gè)數(shù)多，于是輪子不會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去而對(duì)外做功，最終肯定要停下來。 根據(jù)能量守恒定律：任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不可能無中生有地制造能量，因此第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律。是不可能制成的。 人類利用自然必須遵循自然規(guī)律，而不是去研制永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)的永動(dòng)機(jī)。 鞏固練習(xí)：課本練習(xí)五 作業(yè)：練習(xí)卷《熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律》