1、热力学第一定律 能量守恒定律 新课标要求 （一）知识与技能 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 U=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能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。 4了解第一类永动机不可能制成的原因。 （二）过程与方法 通过用定量计算的例题讲解及课件展示来加深大家对知识的理解。 （三）情感、态度与价值观 1学习众多科学家孜孜以求、勇于探索自然规律的精神，进一步进行辩证 唯物主义教育，为将来能在开发新能源、合理利用能源、发展节能技术的领域 内作出贡献而努力
2、。 2感受英国科学家焦耳勤奋、刻苦，40 年如一日研究电流热效应，测定 热功当量的顽强意志体现出来的人格美。 教学重点 能量转化和守恒定律的理解及综合应用，涉及热力学第一定律的定性分析 和定量计算。 教学难点 热力学第一定律的正确运用（定性分析和定量计算）及对第一类永动机不 可能制成的具体分析探究过程的理解。 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 教师：（复习提问）改变物体内能的方式有哪些？ 学生：做功和热传递是改变物体内能的两种方式。 教师：既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么功，热量跟内能的 改变之间一定有某种联系，本节课我们就
3、来研究这个问题。 （二）进行新课 1热力学第一定律 投影 1一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么： 如果外界做的功为 W，则它的内能如何变化？变化了多少？ 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： 如果物体吸收热量 Q，它的内能如何变化？变化了多少？ 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 教师总结： 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
4、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。 问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？ 板书 U=W+Q 介绍该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中 叫做热力学第一定律。 投影定律中各量的正、负号及含义 物理量 符号 意义 符号 意义 W + 外界对物体做 功 物体对外界做 功 Q + 物体吸收热量 物体放出热量 U + 内能增加 内能减少 投影例题 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
5、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 U = - 300 J，根据热力学第一定律可得： Q= U-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。 强化训练 1如图所示，用力 F 压缩气缸中的空气，力 F 对空气做 了 1800 J 的功，同时气缸向外放热 2000 J，空气的内能改变 了多少？ 2关于物体内能的变化，以下说法中正确的是 . A物体吸收热量，内能一定增大 B物体对外做功，内能一定减少 C物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 参考
6、解答： 1由热力学第一定律： U=W+Q 得：1800 J+(-2000 )J= U U= -200 J 即空气内能减少了 200 J 2解析：根据热力学第一定律 U=W+Q，物体内能的变化与外界对气体做 功（或气体对外界做功） ，气体从外界吸热（或向外界放热）两种因素有关，物 体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故 A 错， 同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，B 错；若物体吸 收的热量与对外做功相等，则内能不变，C 正确。而放热与对外做功是使物体 内能减小，所以 D 错。 所以本题正确答案为 C 2能量守恒定律 教师：通过前边的学习我们知道：做功改
7、变物体内能的过程是内能和其他 形式的能的转化过程，热传递改变物体内能的过程是内能从一个物体转移到另 一个物体的过程。 总结：能量可以由一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到 另一个物体。 教师：做功改变物体的内能时，对物体做多少功就有多少机械能转化为等 量的内能，物体对外界做多少功，就有多少内能转化为等量的机械能；在热传 递过程中，物体吸收多少热量，内能就增加多少，物体放出多少热量，内能就 减少多少。 热力学第一定律表示，做功和热传递提供给一个物体多少能量，物体的能 量就增加多少，能量在转化或转移中守恒。 投影能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化 为别的形式，或者
8、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，这就是能量守恒定律。 学生阅读课文，并叙述能量守恒定律发现的意义 3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。 强化训练 1如图 1 所示， A、 B
9、 容器中各有一个可自由移动 的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定， A、 B 底部由带有阀门 K 的管道相连，整个装置与外界 绝热，原先 A 中水面比 B 中高，打开阀门，使 A 中的水 逐渐向 B 中流，最后达到平衡，则在这个过程中，大气 压力对水做功是 ，水的内能增加为 （设水的密度为 ，活塞 面积分别为 SA、 SB，原来 A、 B 中高度差为 h） 2如图 2 所示，直立容器内部有被隔板隔开的 A、 B 两部分气体， A 的密 度小， B 的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过 程中气体吸热 Q，气体内能增量为 U，则 。 A. U=Q B. U Q C.
10、U Q D.无法比 较 参考答案： 1打开阀门 K 后，根据连通器原理，最后 A、 B 两管中的水面将相平，即 A 中的水面下降， B 中的水面上升，设 A 中水面下降 h1， B 管水面上升的距离为 h2，由于水的总体积保持不变，故： SAh1=SBh2 A 管中的水受到向下的大气压力，与水面下降的方向相同，所以大气压力 对水做正功，设大气压强为 P0，对水做的功为 W1，则： W1=F1h1=P0SAh1 B 管中的水也受到向下的大气压力，与水面上升的方向相反，所以大气压 力对水做负功，用 W2表示大气压力做的功，有： W2= F2h2= -P0SBh2 大气压力对水做的总功为： W=W1
11、+W2=P0S1h1-P0S2h2 又 S1h1=S2h2 所以 W=0 即大气压力对水不做功 阀门打开后，水从高处流向低处。在这个过程中水的重力做正功，所以水 的内能增加量等于水的重力势能的减小量。 2解： A、 B 气体开始的合重心在中线下，混合均匀后重心在中线，所以 系统重力势能增大，由能量守恒知，吸收热量一部分增加气体内能，一部分增 加重力势能。 （三）课堂总结、点评 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 U
12、 即 U=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 U=Q+W 进行计算时，它们的正负号规定 如下： W0，表示外界对系统做功； W0，表示系统对外界做功； Q0，表示系 统从外界吸热； Q0，表示系统向外界放热； U0，表示系统内能增加； U0，表示系统内能减少。 2能量守恒定律 （1）能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为别 的形式，或者从一个物体转移到别的物体，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。 作业 完成 P69“问题与练习”的题目。
