第十二章 热力学第一定律 能量守恒 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； 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； 7、知道第一类永动机不可能成功的原因； 重点、难点分析 重点：热力学第一定律 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，要抓住研究对象。 知识回顾： 1、物体内能的定义 2、决定物体内能的因素 3、一定质量理想气体内能的决定因素 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 能量守恒定律 板书：一、改变物体内能的方法：做功和热传递 思考： 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、如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化ΔU与热量Q及做的功W之间又有什么关系呢？ 思考： 1、一个物体如果仅吸收85J的热量，物体的内能如何变化？ 2、如果仅有外界对物体做功135J，物体的内能如何变化？ 3、如果外界对物体做了135J的功，同时吸收了85J的热量，物体内能如何变化？ 板书：二、热力学第一定律 1、表述：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。 2、意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。 3、数学表达式： ΔU= Q +W 讨论： 4、如果外界对物体做了135J的功，同时放出了85J的热量，物体内能如何变化？ 5、如果物体对外界做了135J的功，同时吸收了85J的热量，物体内能如何变化？ 6、如果物体对外界做了135J的功，同时放出了85J的热量，物体内能如何变化？ 让同学们前后座四人为一小组，互相交流一下，得出正确答案，同时讨论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？W、Q、△U三者都有正负，它们的关系怎样？ 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。 结论：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，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。 例题：空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量2.0 ×105J，同时空气的内能增加了1.5 ×105J. 这时，在压缩空气的过程中，外界对空气做了多少功？ 解析：根据热力学第一定律ΔU = Q + W 知： W= ΔU－Q = +1.5 ×105J -（- 2.0 ×105J） = +3.5 ×105J 所以此过程中外界对空气做了3.5 ×105J的功 。 分组讨论 一定质量理想气体的几种特殊变化 变化过程 内能变化 做功情况 吸（放）热 等温膨胀 等温压缩 等容升温 等容降温 绝热膨胀 绝热压缩 等压膨胀 等压压缩 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。 变化过程 内能变化 做功情况 吸（放）热 等温膨胀 ΔU = 0 气体对外做功W<0 吸热Q>0 等温压缩 ΔU = 0 外对气体做功W>0 放热Q<0 等容升温 温度升高ΔU >0 W=0 吸热Q>0 等容降温 温度降低ΔU <0 W=0 放热Q<0 绝热膨胀 温度降低ΔU <0 气体对外做功W<0 Q=0 绝热压缩 温度升高ΔU >0 外对气体做功W>0 Q=0 等压膨胀 温度升高ΔU >0 气体对外做功W<0 吸热Q>0 等压压缩 温度降低ΔU <0 外对气体做功W>0 放热Q<0 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。 板书：三、能量守恒定律 1、内容：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保持不变． 2、能量守恒定律的历史意义：能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭。能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言。 板书：四、永动机不可能制成 1、 第一类永动机 概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。 结果：无一例外地归于失败。 原因：违背了能量守恒定律。 2、永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。 例题：2.水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越来越慢，最后停止.这一现象符合能的转化和守恒定律吗？如果符合，汽车失去的动能变成了什么？ 动能→地面、轮胎的内能 符合能的转化和守恒定律 例题：3．第一类永动机违反了什么而不能制成( ) A．违反了热力学第一定律 B．违反了机械能守恒定律 C．违反了能量守恒定律 D．以上说法都不对 练一练： 1.如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定.A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热.原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡.在这个过程中，下面说法正确的是（ ） A．大气压力对水做功，水的内能增加 B．水克服大气压力做功，水的内能减少 C．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加 小结： 1、热力学第一定律表达式、符号法则 2、能量守恒 3、第一类永动机违反了能量守恒定律 教后记： 本节课由于是借班上课对学生的情况不是很了解，因而教学上存在师生互动不畅的情况，大部分同学对热力学第一定律内容能很好的掌握，但是对符号法则不太熟练。