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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)的焦耳實驗結(jié)果表明，在系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變時，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)量的測量結(jié)果表明，做功和熱傳遞在改變內(nèi)能上是等價的。從而得出熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式。又通過實例對表達式中物理量取值的正負意義進行了討論。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踐意義。它對于制造永動機的不可能實現(xiàn)，給予了科學(xué)上的最后判決。 二、教學(xué)目標 知識與技能： 1、 理解熱力學(xué)第一定律。 2、 能運用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題。 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、 通過能量守恒定律的學(xué)習(xí)，認識自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。 5、 知道第一類永動機是不能實現(xiàn)的。 過程與方法： 能夠得出熱力學(xué)第一定律，并會應(yīng)用。 情感態(tài)度與價值觀： 通過學(xué)習(xí)能量守恒定律的得出過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索精神 二、 教學(xué)重點難點 重點：熱力學(xué)第一定律 難點：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)的重點及難點，因此應(yīng)利用教學(xué)的相當(dāng)多的時間來進行熱力學(xué)第一定律的教學(xué)，具體來說△U=W+Q中各物理量的意義及正負號的確定對學(xué)生來講是很困難的，以通俗易懂的語言來闡述；對于能量守恒定律的教學(xué)，調(diào)動學(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、課前準備 七、課時安排1課時 八、教學(xué)過程 （一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑 （二）情景引入、展示目標 焦耳的實驗表明：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)量實驗表明做功和熱傳遞是等價的 （三）合作探究、精講點播 1.熱力學(xué)第一定律 （1）.一個熱力學(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它所做的功的和。這個關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律。 其數(shù)學(xué)表達式為：ΔU=W+Q （2）.與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號法則 做功W 熱量Q 內(nèi)能的改變ΔU 取正值“+” 外界對系統(tǒng)做功 系統(tǒng)從外界吸收熱量 系統(tǒng)的內(nèi)能增加 取負值“－” 系統(tǒng)對外界做功 系統(tǒng)向外界放出熱量 系統(tǒng)的內(nèi)能減少 （3）熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，同時也進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)符號法則寫出各已知量（W、Q、ΔU）的正、負； 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、負來確定吸熱、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。舉例說明。 ⑵.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。舉例說明。摩擦可以將機械能轉(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.能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，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。這就是能量守恒定律。 (4).熱力學(xué)第一定律、機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自然界運動、發(fā)展、變化的普遍規(guī)律，學(xué)習(xí)這個定律，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)化的事實出發(fā)去認識物質(zhì)世界的多樣性及其普遍聯(lián)系，并切實樹立能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失的觀點，作為以后學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實踐中處理一切實際問題的基本指導(dǎo)思想之一。第二，宣告了第一類永動機的失敗。 3.第一類永動機不可能制成 任何機器運動時只能將能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不可能無中生有地創(chuàng)造能量，即第一類永動機是不可能制造出來的。 典例探究 例1.一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了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。因為外界對氣體做功，W取正值，即W=8104J；內(nèi)能減少，ΔU取負值，即ΔU=－1.2105J；根據(jù)ΔU=W+Q，可知Q=ΔU－W=－1.2105－8104=－2105J，即B選項正確。 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法則。 例2.一定質(zhì)量的氣體，在壓縮過程中外界對氣體做功300J，但這一過程中氣體的內(nèi)能減少了300J，問氣體在此過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，同時氣體對外做了6105J的功，問： （1）物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？ （2）分子勢能是增加還是減少？ （3）分子的平均動能是增加還是減少？ 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，說明氣體的內(nèi)能減少了。所以，氣體內(nèi)能減少了1.8105J。 （2）因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負功，氣體分子勢能增加了。 （3）因為氣體內(nèi)能減少，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能一定減少了。 友情提示：本題以熱力學(xué)第一定律關(guān)系式為起點，結(jié)合分子動理論中內(nèi)能的定義，分析得出：①氣體對外做功，體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負功，氣體分子勢能增加了②氣體內(nèi)能減少，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分 （四）反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測 （五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè) 九、板書設(shè)計 1.熱力學(xué)第一定律 （1）內(nèi)容： 數(shù)學(xué)表達式為：ΔU=W+Q （2）.與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號法則 做功W 熱量Q 內(nèi)能的改變ΔU 取正值“+” 外界對系統(tǒng)做功 系統(tǒng)從外界吸收熱量 系統(tǒng)的內(nèi)能增加 取負值“－” 系統(tǒng)對外界做功 系統(tǒng)向外界放出熱量 系統(tǒng)的內(nèi)能減少 （3）熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，同時也進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)符號法則寫出各已知量（W、Q、ΔU）的正、負； 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、負來確定吸熱、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.能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，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。這就是能量守恒定律。 (4).熱力學(xué)第一定律、機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.第一類永動機不可能制成 任何機器運動時只能將能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不可能無中生有地創(chuàng)造能量，即第一類永動機是不可能制造出來的。 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)化過程中總能量守恒．這是一個意識問題，或者說是悟性，從內(nèi)心深處感覺到總能量不變．這是很重要的物理思想．