高中物理选修3-3教学设计5：10.3热力学第一定律 能量守恒定律教案

第三节热力学第一定律能量守恒定律

教学目标：

1、能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用Δu=W+Q分析和计算问题.

2、掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义.会用能量守恒的观点分析物理现象.

3、了解第一类永动机不可能制成的原因.

教学重点：

1、学会用能量转化和守恒的观点分析物理现象

2、综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题.

教学难点：

第一类永动机不可能制成的原因.

教学方法：

讲练法、分析归纳法、阅读法

教学用具：

投影仪、投影片

教学过程：

（一）引入新课

前边我们学习了改变物体内能的两种方式，我们知道内能改变的过程也就是内能和其他形式能的转化或内能的转移过程，那么在能的转化和转移中，符合什么规律呢？本节课我们来学习这个问题.

（二）新课教学

1、热力学第一定律

（1）一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：

①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？

②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？

（2）一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：

①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？

②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？

［学生解答思考题］

师生共同总结：

一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少.

如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少.

（3）如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？

总结：做功和热传递都可以改变物体的内能，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，那么外界对物体做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体∆,即:

内能的增加U

∆

=

W

Q

U+

①上述公式表示功、热量跟内能改变之间的关系，叫热力学第一定律.

②热力学第一定律也适用于物体对外做功向外界散热和内能的减少情况，为了区别上述两种情况，它们的正负号规定如下：

外界对系统做功，W>0；

系统对外界做功，W<0;

系统从外界吸热，Q>0；

系统向外界放热，Q<0；

∆>0

系统内能增加U

∆<0

系统内能减小U

例题、一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功３００J，但这一过程中气体的内能减少了300 J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？

解：由题意知

Ｗ＝300 J Δu=- 300 J，根据热力学第一定律可得:Q=Δu-W=-300 J-300 J=-600 J

Q为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量.

2、能量守恒定律

（1）在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，例如物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷运动具有电能等。

（2）不同形式能量之间可以相互转化，例如摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能、电流通过电热丝可将电能转化为内能等.

（3）能的转化和守恒定律：

①简介：人类通过对大量的实践经验进行总结得知：要获得一种能量，一定需要利用另一种能量通过做功的方式进行转化，能量不能被创生，也不能被消灭.

②用投影片出示能量转化和守恒定律的内容.

③学生阅读课文，并分组阐述能量守恒定律的重要意义.

3、第一类永动机不可能制成

介绍：什么是第一类永动机

永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机.人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.

［多媒体展示常见的永动机模型］

［介绍永动不可能制成的原因］

根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.

［对学生进行思想教育］人类利用自然，必须遵循自然规律，而不是去研制永远无法实现的永动机.

（三）课堂小结

本节课我们主要学习了

1、热力学第一定律：热力学第一定律是研究功、热量和内能改变之间关系的.

如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所作的功Ｗ加上物体从外界吸收的热量Ｑ等于物体内能的增加Δu.

即Δu=Q+W

该定律既适用于外界对物体做功，物体吸热，内能增加的情况，也适用于物体对外做功.向外界散热和内能减少的情况.

为了区别以上两种情况，在应用Δu=Q+W进行计算时，它们的正负号规定如下：

W＞0,表示外界对系统做功；Ｗ＜0,表示系统对外界做功；Q＞0,表示系统从外界吸热；Ｑ＜0，表示系统向外界放热；Δu＞0,表示系统内能增加；Δu＜0,表示系统内能减少。

2、能量守恒定律

（1）能量既不会凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，

或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能的转化和守恒定律。

（2）能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严宣告永动机幻想的彻底破灭.

（四）布置作业

问题与练习1-6