教学 设计：热力学第一定律 能量守恒定律

热力学第一定律能量守恒定律教学设计一、教材分析前面学习的焦耳实验结果表明，在系统状态发生改变时，只要初末状态确定了，做功的数量或者热传递的数量就是确定的。而且，热功当量的测量结果表明，做功和热传递在改变内能上是等价的。从而得出热力学第一定律的数学表达式。又通过实例对表达式中物理量取值的正负意义进行了讨论。接着，讲述了能量守恒定律的确立。它具有重大的理论意义和实践意义。它对于制造永动机的不可能实现，给予了科学上的最后判决。二、三维目标（一）知识与技能1．理解热力学第一定律。2．能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。3．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。4．通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性。5．知道第一类永动机是不能实现的。（二）过程与方法能够得出热力学第一定律，并会应用。（三）情感态度与价值观通过学习能量守恒定律的得出过程，学习科学家的探索精神三、教学重点难点重点：热力学第一定律难点：能量守恒定律四、学情分析由于热力学第一定律是教学的重点及难点，因此应利用教学的相当多的时间进行热力学第一定律的教学，具体说△U=W+Q中各物理量的意义及正负号的确定对学生讲是很困难的，以通俗易懂的语言阐述；对于能量守恒定律的教学，调动学生相互讨论自然界中的各种能量间的转化，分析得出能量守恒定律。五、教学方法自主阅读与思考、精讲精练六、课前准备七、课时安排1课时八、教学过程(一)预习检查、总结疑惑(二)情景引入、展示目标焦耳的实验表明：只要系统初末状态是确定的，所需做功数量就是确定的。另一方面，热功当量实验表明做功和热传递是等价的。(三)合作探究、精讲点播1．热力学第一定律(1)一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。其数学表达式为：ΔU=W+Q(2)与热力学第一定律相匹配的符号法则做功W热量Q内能的改变ΔU取正值“+”外界对系统做功系统从外界吸收热量系统的内能增加取负值“－”系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能减少(3)热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。(4)应用热力学第一定律解题的一般步骤：①根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负；②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；③再根据未知量结果的正、负确定吸热、放热情况或做功情况。2．能量守恒定律（1）自然界存在着多种不同形式的能。举例说明。（2）不同形式的能量之间可以相互转化。举例说明。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。（3）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。这就是能量守恒定律。（4）热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。（5）能量守恒定律的重要意义。第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。3．第一类永动机不可能制成任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出的。典例探究例1一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了×105J，则下列各式中正确的是()A.W=8×104J，ΔU=×105J，Q=4×104JB.W=8×104J，ΔU=－×105J，Q=－2×105JC.W=－8×104J，ΔU=×105J，Q=2×104JD.W=－8×104J，ΔU=－×105J，Q=－4×104J解析：本题主要考查热力学第一定律的应用。因为外界对气体做功，W取正值，即W=8×104J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU=－×105J；根据ΔU=W+Q，可知Q=ΔU－W=－×105－8×104=－2×105J，即B选项正确。答案：B友情提示：注意热力学第一定律关系式中各物理量的符号法则。例2一定质量的气体，在压缩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300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收(或放出)多少热量？解析：由题意可知，W=300J，ΔU=－300J，根据热力学第一定律可得Q=ΔU－W=－300J－300J=－600JQ为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量。友情提示：注意热力学第一定律关系式中各物理量的符号法则及其物理意义。例3一定质量的气体从外界吸收了×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)分子势能是增加还是减少？(3)分子的平均动能是增加还是减少？解析：(1)气体从外界吸热为：Q=×105J气体对外做功：W=－6×105J由热力学第一定律：ΔU=W+Q=(－6×105)+×105J)=－×105JΔU为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了×105J。(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了。(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。友情提示：本题以热力学第一定律关系式为起点，结合分子动理论中内能的定义，分析得出：①气体对外做功，体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了②气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分。(四)反思总结、当堂检测(五)布置作业九、板书设计1．热力学第一定律(1)内容：数学表达式为：ΔU=W+Q(2)与热力学第一定律相匹配的符号法则做功W热量Q内能的改变ΔU取正值“+”外界对系统做功系统从外界吸收热量系统的内能增加取负值“－”系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能减少(3)热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。(4)应用热力学第一定律解题的一般步骤：①根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负；②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；③再根据未知量结果的正、负确定吸热、放热情况或做功情况。2．能量守恒定律（1）自然界存在着多种不同形式的能。（2）不同形式的能量之间可以相互转化。（3）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。这就是能量守恒定律。(4)热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。(5)能量守