【教学设计】《热力学第一定律》（教科版）.docx

热力学第一定律 教学目标【知识与能力目标】知道热力学第一定律的内容及其表达式。【过程与方法目标】会用U = Q + W解决一些简单的问题。【情感态度价值观目标】会用热力学第一定律分析理想气体状态变化时，能量的交换关系。 教学重难点【教学重点】（1）用热力学第一定律分析内能改变的问题。（2）掌握U = Q + W的符号法则并熟练应用。【教学难点】 表达式U = Q + W中各物理量的符号及其物理意义。 课前准备压缩气体引火仪、铁架台、酒精灯、带软木塞的试管、多媒体设备等。 教学过程（一）引入：在本书第一章，我们学习了分子动理论，知道任何物体都具有内能，且永不为零，它的大小由质量、温度、体积来决定。那在实际操作中，我们可以采用哪些方式来改变物体的内能呢？接下来我们来看两个实验，在观察过程中，大家注意思考它们是采用什么方式改变物体内能的。教师演示压缩气体引燃棉花实验和加热试管中的水弹出试管软木塞实验。由上述两个实验我们知道，做功和热传递都可以改变物体内能，那如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量及做功之间有什么关系呢？这就是我们这节课要学习的内容。（二）新课教学：1、热力学第一定律早在19世纪，克劳修斯就在热力学理论研究方面建树卓著，更在1850年在他发表的论文中首次用数学的形式表达了内能与热量及做功的关系，这就是热力学第一定律。 （1）内容： 一个物体的内能增量等于物体吸收的热量与外界对物体所做的功之和。 （2）表达式：U = Q + W 其中U表示物体内能的增量，Q表示物体吸收的热量，W表示外界对物体做的功。教师提问：我们知道功有正负，且正负号所代表的物理意义不同，那么上式中U和Q是否又有正负之分呢？如果有正负号代表的物理意义相同吗？ （3）对公式U、Q、W符号的规定：教室引导学生从热力学第一定律的内容来分析上述三物理量的符号的规定。具体如下：内容中的提到的是内能的增加量，如果物体的内能是减少，则去U的符号为“一”，相反，增加则为“+”；同理，物体放出热量，Q符号取“一”，吸收热量则取“+”；气体对外界做功，W符号取“一”， 外界对物体做的功则取“+”。总而言之，与定律内容相反的取“一”号，否则取“+”号。详见下表：名称内能的改变热量做功符号UQW取正值“+”内能增加吸热外界对物体做功取负值“-”内能减少放热物体对外界做功典例1：关于物体内能的变化,以下说法正确的是()A.物体吸热,内能一定增大B.物体对外做功,内能可能增大C.物体吸收热量,同时对外做功,内能不可能不变D.物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变课堂练习1、一定质量的理想气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比，（ ）A气体内能一定增加 B气体内能一定减小C气体内能一定不变 D气体内能是增是减不能确定课堂练习2、如右上图所示是一定质量的理想气体从状态A经B到C的V-T图线（三点连线与T轴垂直）,则在此过程中() A.气体的内能改变 B.气体的压强增大 C.气体向外界放热 D.气体对外界做功评析：在该习题中，考查了气体状态变化与热力学第一定律的综合运用。此类型题中，最重要的是要能分析出状态变化与各物理量的对应关系，以下对此进行总结。2、气体状态变化与物理量对应方法（1）绝热过程：过程是绝热的,则Q=0,W=U,外界对物体做的功等于物体内能的增加。（2）导热良好：气体与外界有热交换,且与外界温度保持相同。（3）等容过程：过程中不做功,即W=0,则Q=U,物体吸收的热量等于物体内能的增加。（4）等温过程：在过程的始末状态,物体的内能不变,即U=0,则W+Q=0或W=-Q,表示吸收的热量全部用来做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出。教师：接下来我们来练习使用U = Q + W进行定量计算。典例2：一定质量的气体从外界吸收了2.6105J的热量，内能增加了4.2 105J。问：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？解：根据U = W + Q 得W = U Q = 4.2 105J 2.6105J= 1.6105J W为正值，外界对气体做功，做了1.6105J 的功。3、应用热力学第一定律解题的一般步骤：(1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统。(2)根据符号法则判断已知量的正、负。(3)根据方程U=W+Q求出未知量。(4)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。课堂练习3、如图所示是密闭的气缸,外力推动活塞P压缩缸内理想气体,对缸内气体做功800J,同时气体向外界放热200J,缸内气体的()A.温度升高,内能增加600 J B.温度升高,内能减少200 JC.温度降低,内能增加600 J D.温度降低,内能减少200 J课堂练习4、定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8104J的功,气体的内能减少了1.2105J,则下列各选项中正确的是()A.W=8104J,U=1.2105J,Q=4104JB.W=8104J,U=-1.2105J,Q=-2105JC.W=-8104J,U=1.2105J