1、11 5 熱力學第一定律能量守恒定律一、教案目標1理解和掌握物體跟外界做功和熱傳遞的過程中W 、Q、U 的物理意義。2會確定的W 、Q、U 正負號。3理解熱力學第一定律U =W+Q4會用U =W+Q 分析和計算問題。5理解能量守恒定律，能列舉出能量守恒定律的實例；6理解“永動機”不能實現的原理。二、重點、難點分析1重點內容是熱力學第一定律和 能量守恒定律，強調能量守恒定律是自然科學中最基本的定律。學會運用熱力學第一定律和 能量守恒定律分析、計算一些物理習題。2運用能的轉化和守恒定律對具體的自然現象進行分析，說明能是怎樣轉化的，對學生來說是有難度的。三、教案方法：教師講解，課件演示，指導學生看書

2、四、教具： 計算機、大屏幕、自制多媒體課件五、教案過程（）引入新課上節課我們學習了改變內能的兩種方式，做功和熱傳遞，那么它們之間有什么數量關系呢？以前我們還學習過電能、化學能等各種形式的能，它們在轉化過程中遵守什么規律呢？這節課我們就來研究這些問題。【板書】第六節熱力學第一定律能量守恒定律（二）進行新課【板書】一、做功W 、熱傳遞Q、內能變化U 的物理意義1做功：做功使物體內能發生變化，實質是能量的轉化，是一種形式的能量向另一種形式的能轉化。功是能量轉化的量度。2熱傳遞：是能量的轉移，內能由一個物體傳遞給給另一個物體，傳遞的能量用Q表示。3內能的改變：是物體內所有分子動能和勢能之和發生了變化，

3、宏觀表現在溫度和體積上的變化。【板書】二、W、 Q、U 正負號的確定1 W ，外界對物體做功，W 取正值；物體對外界做功，W 取負值。1 / 52 Q，物體吸熱， Q 取正值；物體放熱，Q 取負值。3，U ，物體內能增加，U 取正值；物體減少，U 取負值。【板書】三、W、 Q、U 之間的關系一個物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對它做多少功，它的內能就增加多少一個物體，如果它既沒有對外做功，也沒有其他物體對它做功，那么，它從外界吸收多少熱量，它的內能就增加多少如果外界既向物體傳熱又對物體做功，那么物體內能的增加量就等于物體吸收的熱量和外界對物體做的功之和用U 表示物體內能的增

4、加量，用Q 表示物體吸收的熱量，用W表示外界對物體做的功，那么U=Q+W這個式子所表示的，內能的變化量跟功、熱量的定量關系，在物理學中叫做熱力學第一定律【例題】一定量的氣體從外界吸收了2.6 ×10 5J 的熱量，內能增加了4.2 ×10 5J外界對氣體做了多少功？解：由 (1) 式得W= UQ=4.2 ×10 5J2.6 ×10 5J=1.6 × 105J外界對氣體做的功是1.6 ×10 5J思考與討論上題中，如果氣體吸收的熱量仍為2.6 ×10 5J，但是內能只增加了1.6 ×10 5J，計算結果 W將為負值怎

5、樣解釋這個結果？一般地講，U、 Q、W的正值和負值各代表什么物理意義？【板書】四、能量守恒定律【課件演示】讓學生先看幾個能量轉化的例子（增強感性認識）1機械能與內能轉化過程中能量守恒（ 1）運動的汽車緊急剎車，汽車最終停下來。這過程中汽車的動能（機械能）轉化為輪胎和路面的內能（假定這過程沒有與周圍物體有熱交換，既不散熱也不吸熱）。摩擦力做了多少功，內能就增加多少。公式 W= E 表示了做功與內能變化的關系，這公式也反映出做功過程中，機械能的損失數量恰好等于物體內能增加的數量。2 / 5（ 2）把一鐵塊放入盛有水的燒杯中，用酒精燈加熱燒杯內水，直至水沸騰。在這一過程中，鐵塊從周圍水中吸收了熱量使

6、它溫度升高，內能增加。這過程中水的一部分內能通過熱量傳遞使鐵塊內能增加。鐵塊吸收多少熱量，它內能就增加多少。公式Q=E 表示吸收的熱量與內能變化量的關系，也反映出鐵塊增加的內能數量與水轉移給鐵塊的內能數量相等。一般情況下，如果物體跟外界同時發生做功和熱傳遞過程，那么，外界對物體所做的功 W加上物體從外界吸收的熱量Q，等于物體內能的增加E，即W+Q= E上式所表示的是功、熱量和內能之間變化的定量關系，同時它也反映了一個物體的內能增加量等于物體的機械能減少量和另外物體內能減少量（內能轉移量）之和。進而說明，內能和機械能轉化過程中能量是守恒的。2其他形式的能也可以和內能相互轉化（ 1）介紹其他形式能

7、：我們學習過機械運動有機械能，熱運動有內能，實際上自然界存在著許多不同形式的運動，每種運動都有一種對應的能量，如電能、磁能、光能、化學能、原子能等。（ 2）不僅機械能和內能可以相互轉化，其他形式能也可以和內能相互轉化，舉例說明：（同時放映幻燈片）電爐取暖：電能內能煤燃燒：化學能內能熾熱燈燈絲發光：內能光能（ 3）其他形式的能彼此之間都可以相互轉化。畫出圖表讓學生回答分析：3能量守恒定律大量事實證明：各種形式的能都可以相互轉化，并且在轉化過程中守恒。3 / 5能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體；在轉化和轉移過程中其總量不變這就是能量

8、守恒定律。在學習力學知識時，學習了機械能守恒定律。機械能守恒定律是有條件限制的定律，而且實際現象中是不可能實現的。而能量守恒定律是存在于普遍自然現象中的自然規律。這規律對物理學各個領域的研究，如力學、電學、熱學、光學等都有指導意義。它也對化學、生物學等自然科學的研究都有指導作用。4永動機不可能制成歷史上不少人希望設計一種機器，這種機器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功。這種機器被稱為永動機。雖然很多人，進行了很多嘗試和各種努力，但無一例外地以失敗告終。失敗的原因是設計者完全違背了能的轉化和守恒定律，任何機器運行時其能量只能從一種形式轉化為另一種形式。如果它對外做功必然消耗能量，不消耗能量

9、就無法對外做功，因而永動機是永遠不可能制造成功的。5運用能的轉化和守恒定律進行物理計算例題：用鐵錘打擊鐵釘，設打擊時有80的機械能轉化為內能，內能的50用來使鐵釘的溫度升高。問打擊20 次后，鐵釘的溫度升高多少攝氏度？已知鐵錘的質量為1.2kg ，鐵錘打擊鐵釘時的速度是10m/s，鐵釘質量是40g，鐵的比熱是5.0 × 102J/ （kg·）。首先讓學生分析鐵錘打擊鐵釘的過程中能量的轉化。歸納學生回答結果，指出鐵錘打擊鐵釘時，鐵錘的一部分動能轉化為內能，而且內能中的一半被鐵釘吸收，使它的溫度升高。如果用E 表示鐵釘的內能增加量，鐵錘和鐵釘的質量分別用M和 m表示，鐵錘打擊鐵

10、釘時的速度用v 表示。依據能的轉化和守恒定律，有：20× 1 Mv 2 × 80%×E2鐵釘的內能增加量不能直接計算鐵釘的溫度，我們把機械能轉化為內能的數量等效為以熱傳遞方式完成的，因此等效為計算打擊過程中鐵釘吸收多少熱量，這熱量就是鐵釘的內能增加量。因此有：Q=cmt上式中 c 為鐵釘的比熱，t 表示鐵釘的溫度升高量。將上面兩個公式聯立，得出：20Mv2t80% 50% 24 2cm4 / 5經計算得出鐵釘溫度升高24。在這個物理計算過程中突出體現了如何應用能的轉化和守恒定律這一基本原理。應該注意，有的同學把上述題目中鐵錘打擊鐵釘過程中的能量轉化，說成“鐵錘做功轉化為熱量”是不正確的。只能說做功與熱傳遞在使物體內能改變上是等效的。（三）課堂小結熱力學第一定律表示的是功、熱量和內能之間變化的定量關系；自然界各種形式的能存在著相互轉化過程，轉化過程中總量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。同學們要會分析一些自然現象中能是怎樣轉化的。應該知道，根據能量守恒定律，永動機是不可能制造成功的。通過課上的例題計算，學會運用能的轉化和守恒定律解決