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》教学设计教学目标知识和技能理解热力学第一定律。能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。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。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。知道第一类永动机是不能实现的。过程和方法促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考，培养学生的科学探究能力。情感、态度和价值观学习众多科学家孜孜以求探索自然规律的精神。注重激发学生学习物理的情趣和社会责任感、使命感的教育。体会能量守恒定律对于人类的指导意义。2教学重点和难点2.1重点热力学第一定律的理解和应用2.2难点能量守恒定律的理解3设计思路与教学流程3.1设计思路课程标准对本节内容的要求是“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，会用能量守恒的观点分析物理现象”。本节知识是在学习了功和内能、热和内能之后的一节内容，首先在复习改变内能两种方式的基础上，给出了热力学第一定律的表达式^U=阳Q,理解各个字母的含义以及各个量取正、负的意义，对气体来说，要使学生知道：压缩气体时外界对气体做功，气体膨胀时气体对外界做功。对于能量守恒定律，教学中应该使学生掌握这个规律，理解这个定律的重要意义，特别是要让学生感知人类对能量守恒定律的认识经历了一个由浅入深、由含糊到清晰的过程，它是在众多科学家从不同领域研究、总结发现的重要规律，其中，迈尔、焦耳和亥姆霍兹做出了突出的贡献。永动机不可能制成，是导致能量守恒定律发现的一条重要线索，为使学生理解这一点，教材介绍永动机不可能制成时，举出一个实例来让学生分析，这个永动机方案是13世纪时法国人亨内考提出的，是早期的一个著名方案，教学时通过分析以帮助学生理解永动机不可能制成对能量守恒定律的建立所起的重要作用。3.2复习提问引入新课设问归纳提炼规律深入理解实践应用漫步科学感知历程回顾总结作业巩固图1教学流程（如图1）4教学实录4.1引入新课设问：改变物体内能的方式有那些？它们对改变物体的内能效果怎样?分析：做功和热传递，改变内能的效果是等效的,设问：这两种方式的实质一样吗？如果不一样分别是什么呢?分析：这两种方式改变内能的实质不一样。做功的过程是其他形式的能和内能之间的转化做功的过程是其他形式的能和内能之间的转化例如：一质量为1kg物体从10m高处往下落，到地面的速度为10m/s,物体的机械能减少了多少？减少的机械能到那里去了?热传递是内能在物体之间的转移过程。能量的形式没有发生变化。只是热量从一物体转移到另一物体。这节课我们具体来研究功、热量和内能之间的关系。4.2热力学第一定律设问：一物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：如果外界对它做了W的功，则它的内能如何改变？改变了多少？如果它对外界做了W的功，则它的内能又如何改变呢？改变的又是多少？分析：外界对它做功，则内能增加，做了多少功，内能增加多少；它对外界做功，内能减少，对外做多少功，内能就减少多少。U（外界对物体做功，W/为正；物体对外界做功，W为负；内能增加，为正，内能减少，为负）设问：-物体，外界没有对它做功，它也没有对外界做功，那么：如果它吸收热量Q,则内能如何变化，变化多少？如果它放出热量Q,贝呐能如何变化，变化多少?分析：物体吸收热量，则内能增力口，吸收了多少，内能增加多少；物体放出热量，则内能减少，放出了多少，则内能减少多少。Q="U（物体吸收热量，Q为正；物体放出热量，Q为负；内能增加，为正，内能减少,△U为负）探讨：如果物体内能在改变的过程中既有热传递又有做功，内能怎样改变。探讨：如果物体内能在改变的过程中既有热传递又有做功，内能怎样改变。外界对物体做了10J的功,同时物体吸热4J物体内能如何变化?外界对物体做了10J的功,同时物体放热4J物体内能如何变化?再如:物体对外界做了10J的功,外界对物体做了10J的功,同时物体吸热4J物体内能如何变化?外界对物体做了10J的功,同时物体放热4J物体内能如何变化?再如:物体对外界做了10J的功,同时物体吸热4J物体内能如何变化?小结: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。这就是热力学第一定律。数学表达式：△小结: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。这就是热力学第一定律。数学表达式：△U=Q+W思考：说明WQ和的正值、负值各代表什么意义?分析:W为正值，表示外界对物体做功;W为负值表示物体对外做功为正值，表示物体吸收热量;Q为负值表示物体放出热量分析:W为正值，表示外界对物体做功;W为负值表示物体对外做功为正值，表示物体吸收热量;Q为负值表示物体放出热量△U为正值，表示内能增加；为负值表示内能减少思考:怎样通俗理解WQ和的正、负值意义?小结：得到为正、失去为负小结：得到为正、失去为负应用：①一定量的气体从外界吸收了2.6X105J的热量，内能增加了4.2X应用：①一定量的气体从外界吸收了2.6X105J的热量，内能增加了问：如果内能增加了1.6X105J，这一过程做功情况又怎样？②一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，用W表示外界对气体做的功，W表示气体对外界做的功，Q表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有A.Q—Q2=W—WB.Q=QC.W=WD.Q>Q2总结：热力学第一定律说明了做功和热传递是内能转化或转移的量度。没有做功和热传递过程，就不可能实现内能的转化或转移。而且还揭示了能量在转化或转移过程中守恒。例如：在摩擦生热的现象中，物体克服摩擦力做了多少功，就有多少机械能转化成等量的内能。一个物体从外界吸收多少热量，就有多少内能从外界转移给物体。在这转化或转移中能量守恒。4.3能量守恒定律4.3.1各种形式的能量之间可以转化举例：物体的每一种运动形式都有一种对应的能机械运动机械能机械运动机械能热运动——内能电荷运动电能电荷运动电能化学运动一一化学能生物运动----生物能原子核内部的运动一一原子能分析：各种形式的能可以相互转化机械能中的动能和势能可互相转化（自由落体运动）；机械能可以与内能相互转化（摩擦生热，消耗了机械能通过做功的形式转化为内能；热机中的气体推动活塞做功把气体内能转化为机械能）；其它形式有能也可以转化为内能，如电流通过导体时，把电能转化为内能；炽热的灯丝发光，又把内能转化成光能；燃烧时，把化学能转化成内能）。432能量守恒定律结论：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一为另一种形种形式转化式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。433能量守恒定律的探索过程探索：研究能量守恒定律的先驱俄国化学家盖斯（课件照片）第一个提出守恒思想的人德国医生J・R.迈尔（课件照片）奠定了牢固实验基础的人英国物理学家焦耳（课件照片）理论上作了重要概况的人德国科学家H.亥姆霍兹（课件照片）意义：一个普遍适用的定律（比机械能守恒定律应用更广）将各种现象联系在一起（力学、热学、电学、光学、化学、生物学指导着人们..・）的生产、科研（预言中微子的存在）19世纪自然科学三大发现之一（恩格斯称其为“伟大的运动基本规律”）434热力学第一定律的实质热力学第一定律是只研究内能与其它形式的能发生转化时的能量守恒定4.4永动机不可能制成解释：什么是第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断对外做功的机器。设问：第一类永动机为什么失败?分析：根据能量守怛定律可知，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地制造能量，因此第一类永动机违背了能量守恒定律。是不可能制成的。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。设问：历史上最早的永动机之一奥恩库尔（法国人）提出它为什么不能制造成功?分析：虽然右边每个球产生的力矩大，但球的个数少，左边每个球产生的力矩小，但球的个数多，于是轮子不会持续转动下去而对外做功，最终肯定要停下来。史实：1775年法国科学院宣布“不再审查有关永动机的一切设计”题1：一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，未从木块中穿出.对于这一过程，下列说法中正确的评价：建议纪念碑“纪念为实现永动机的奋斗而失败的人们”4.5课后巩固练习A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B.子弹减少的动量等于木块增加的动量C•子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增C•子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块的内能增量之题2:如图所示的容器，A、B中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水上面是大气、大气压恒定，AB间带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，开始时A的水面比B高，开启K,A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中大气压力对水作功，水的内能增加B.水克服大气压力作功,水的内能减少C.大气压力对水不作功，水的内能不变D.大气压力对水不作功，水的内能增加理想气体题3:如图所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为EP（弹簧处于自然长度时的弹性势能为零），现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程（A.EP全部转换为气体的内能EP一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能EP一部分转换成活塞的重力势能部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能教学反思本节课按照“复习提问、引入新课一一设问归纳、提炼规律一一深入理解、实践应用一一漫步科学感知历程一一漫步科学、感知历程一一回顾总结、作业巩固”的模式开展，具体做法是：通过设问复习导入新课，用控制变量的分析方法得到热力学第一定律，再通过题目练习加深理解，然后通过历史的回顾感知能量守恒定律的产生过程，最后通过课外练习探究所学知识的应用。本节课注重体现三维教学目标，知识与技能方面着重体现物理学科的思维特征，学生对概念，规律及应用的要求能较好完成，在学习探究的过程中重视方法和渗透，避免直接告知学生，延缓了知识的形成，还潜移默化地渗透情感态度与价值观的教育，也有利于学