1、五、热力学第一定律 能量守恒定律教学目标1、理解物体跟外界做功和热传递的过程中 W、Q、U 的物理意义。2、会确定 W、Q、U 的正负号。3、理解、掌握热力学第一定律，从能量转化和转移的观点理解热力学第一定律。4、会用U = W + Q 分析和计算问题。5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。6、要有能量意识，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题，明确它的优越性。7、知道第一类永动机不可能成功的原因。8、人类对自然规律的认识是不断深入的。重点、难点分析重点：能量守恒定律难点：热力学第一定律U = W + Q 中各物理量的意义及正负号的确定，这对学生是很困难的，要用收入、支出和结存的观点去分析，要
2、抓住研究对象。另一难点是用能量守恒的观点去分析和解决问题，它的优越性是不管中间过程细节问题，要逐渐培养学生用能量观点解题。课时安排：一课时课前准备：教师：柴油机模型、电动机、电炉子、灯泡、电池、打气筒、投影仪、胶片、多媒体学生：电动玩具、利用机械能守恒定律制成的小玩具、植物标本（如玉米粒）教学设计（教学过程）引入新课我们在前面学习了改变内能的两种方式：做功和热传递，即通过对物体做功或者经过热传递的过程都能改变物体内能，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各中形式的能，它们在相互转化的过程中遵守什么样的规律呢？今天我们就来研究这些问题。板书：第六节 热力学第一定律 能量守
3、恒定律同学们带着下列问题看课本，看到U = W + Q板书：（投影片）1、一个物体，如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与物体对外做功，会引起物体内能怎样的变化？2、一个物体，如果外界与物体之间没有做功，那么物体吸热与放热会引起物体内能的怎样的变化？3、如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，W、Q、U 的正负号如何确定？4、W、Q、 U 三者都有正负，它们的关系怎样？让同学们前后座四人为一小组，互相交流一下，得出正确结论。让同学举手发言，代表自己小组发言，其他小组补充，老师给以适当点拨。答案：（胶片给出）1、外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少。2、物体吸热
4、，物体的内能增加；物体放热，物体的内能减少。3、外界对物体做功 W 为正，物体对外做功 W 为负；物体吸热 Q 为正，物体放热 Q 为负；物体内能增加U 为正，物体内能减少 U 为负。4、U = W + Q这就是热力学第一定律，它表示了功、热量跟内能改变之间的定量关系。例：一定量的气体从外界吸收了 2.6105J 的热量，内能增加了4.2105J。是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？如果气体吸收的热量仍为 2.6105J 不变，但是内能只增加了1.6105J，这一过程做功情况怎样？解：根据题意得出：Q = 2.6105J，U =4.2 105J，求：W = ？根据U =
5、 W + Q 代入可得：4.210 5J = W + 2.6105JW = 1.6105JW 为正值，外界对气体做功，做了 1.6105J 功。第二问中：Q= 2.6105J，U=1.610 5J，计算结果 W= - 1.0105J。这说明气体对外界做功（气体体积变大） ，做了 1.0105J。让同学们观看柴油机模型，用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理。活塞压缩气体，活塞对气体做功，由于时间很短，散热可以不计，机械能转化为气体的内能，温度升高，达到柴油燃点，可“点燃”柴油。做功和热传递都能使物体的内能改变，能量在转化的过程中守恒，不仅机械能，其它形式的能也可以与内能相互转化，如电流
6、通过电炉子发热，电能转化为内能（演示电炉子） ；燃料燃烧生热，化学能转化为内能。实验证明：在这些转化过程中，能量都是守恒的。由此引发了我们更深刻的思考。同学们把剩下的课文看完再看一段录象：风力发电，电镀，电动机带动水泵抽水，汽车在公路上行驶，水电站，植物生长，风云雷电等，再观看准备的教具及学生带来的玩具。投影仪再次打出讨论的题目：1、能量守恒定律的内容是什么？2、各种机器的作用是什么？3、风力发电是什么能转化成什么能？4、化学上电解食盐的过程，是什么能转化成什么能？5、为什么说能量守恒定律是伟大的运动基本规律？6、第一类永动机为什么不能成功？7、举出一些生活中能量守恒的实例让同学们前后座四人为
7、一小组，互相交流一下，得出正确结论。让同学举手发言，代表自己小组发言，其他小组补充，老师给以适当点拨。答案：（胶片给出）1、见课本。2、各种机器都是能量转化器。3、是机械能转化为电能。4、是电能转化为化学能。5、能够把各个领域联系起来，具有共同语言。6、它违背了能量守恒定律。7、举不胜举。能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一。教学设计说明1、热力学第一定律U= Q + W 中各字母正负值的确定是个难点，难就难在物理意义不清楚，设计的前半部分都是围绕着这一难点展开的。2、各种能量在一定条件下可以互相转化，转化过程中总能量守恒。这是一个意识的问题，或者说是悟性，从内心深处感觉到总能量不变，这是很重
8、要的物理思想。3、以前我们学习的机械能守恒定律、动能定理等，还有刚学的热力学第一定律，它们都是能量守恒定律的特例，都可以统一在能量守恒定律之中，比如说，汽车刹车直到停下来的过程中，动能减少，内能增加，也可以说，汽车克服摩擦力做功等于汽车减少的内能。随堂练习：1、 一家庭用高压锅煮饭，当水煮沸时跑气了，大量热气喷到了距离高压锅 3 米以外的小张手上，但并没有烫伤，为什么？2、一定质量的气体，气体受热膨胀对外界做了 2.0105J 功，同时它的内能增加了 1.0105J，气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量为多少？3、如图中 ABCD 是一条长轨道，其中 AB 段是倾角为 的斜面，CD段是水平的。
9、BC 是与 AB 和 CD 都相切的一小段圆弧，其长度可略去不计。一质量为 m 的小滑块在 A 点从静止状态释放，沿轨道滑下，最后停在 D 点，A 点和 D 点的位置如图所示。现用一沿着轨道方向的力推滑块，使它缓慢地由 D 点推回到 A 点时停下。设滑块与轨道间的动摩擦因数为 ，则推力对滑块做的功等于（ ）A、mgh B、2mghC、 mg (s+h / sin) D、mgs+mghcot 4、炮兵打靶时，炮弹在炮膛中加速飞出炮口的过程中，炮膛中的火药气体温度是变化很大还是很小？说明理由。5、一瀑布，落差 30 m，假如在下落过程中机械能的减少量全部转化为水的内能，水的温度升高多少？（水的比热
10、容 C =4.2103J / kgk ）6、说明下列现象中能量是怎样转化的。A、 水电站发电时，水轮机被水流冲击转动，带动发电机发电。B、利用地热发电。C、化学上的电镀过程。D、植物生长过程。7、 “和平号”空间站已于 2001 年 3 月 23 日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程中可简化为从一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海。此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量 E通过其它方式散失，（不考虑坠落过程中化学反应的能量） 。（1）试导出与下列各物理量的符号表示散失能量 E的公式。Sh BC DA（2）算出 E的数值（结果保留两位有效数字）坠落开始时空间站的质量 M = 1.17105Kg；轨道离地面的高度为 h = 146Km；坠落空间范围内重力加速度可看做 g = 10 m / s 2；入海残片的质量 m = 1.2104Kg；入海残片的温度升高T = 3000K；入海残片的入海速度为声速 v = 340m / s空间站材料每 1 千克升温 1K 平均所需能量 C = 1.0103J；每销毁 1 千克材料平均所需能量 = 1.010 7J。
