人教版高中物理選擇性必修3第3章第2節熱力學第一定律教學設計

課題熱力學第一定律單元3學科物理年級高二

物理觀念：知道熱力學第一定律及其符號法則，了解能量守恒定律及永動機不可能制成。

科學思維：理解熱力學第一定律的公式并能進行相關的分析計算。

科學探究：通過熱力學第一定律的應用，養成與他人合作探究的習慣，體驗科學家探究

學習

規律的艱辛與執著。

目標

科學態度與責任：學習科學家執著探索的科學精神，實事求是的嚴謹的科學態度，培養

探究科學的興趣。

重點理解熱力學第一定律的公式并能進行相關的分析計算。

難點理解熱力學第一定律的公式并能進行相關的分析計算。

教學過程

教學環節教師活動學生活動設計意圖

導入新課汽缸內有一定質量的氣體，壓編氣體的同時給

汽缸加熱。那么，氣體內能的變化會比單一方式(做思考：改回顧上節課

功或傳熱)更明顯。這是為什么呢?變物體內能的所學知識，引入

方式有哪些？新課。

“做功和

熱傳遞。”

講授新課改變內能的兩種方式

1、做功回顧上節

（外界對物體做功）內能增加課所學知識。溫故而知

（物體對外界做功）內能減少新。

2、熱傳遞

（物體從外界吸熱）內能增加

（物體對外界放熱）內能減少

思考：

如果物體在跟外界同時發生做功和熱傳遞的思考問提出問題，

過程中，內能的變化ΔU與熱量Q及做的功W之題。學生思考并總結

間又有什么關系呢？改變系統內能的

一、熱力學第一定律及其應用兩種方式。

1、表述：一個熱力學系統的內能增量等于外

界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和.理解熱力

2、意義：熱力學第一定律反映了功、熱量跟學第一定律的

系統內能改變之間的定量關系.內容。

3、數學表達式：ΔU=Q+W

思考討論：一定質量的氣體，膨脹過程中是外

界對氣體做功還是氣體對外界做功？如果膨脹時弄清楚公

氣體對外做功是135J，同時向外放熱85J，氣體內式中正負號的

能的變化量是多少？內能是增加了還是減少了？含義。

請你通過這個例子總結功和熱量取正、負值的物理

意義。

定律中各量的正、負號及含義

完成課堂通過設計表

練習。格，讓學生更易

理解正負號的含

課堂練習1、一定量的氣體，從外界吸收熱量

義。

2.7×105J,內能增加4.3×105J.在這一過程中，是氣

體對外做功，還是外界對氣體做功？做了多少功？

解析：Q=+2.7×105J；ΔU=+4.3×105J

由ΔU＝W+Q得：W=1.6×105J＞0

即外界對氣體做功。

例題：如圖3.2-1，一臺四沖程內燃機，活塞在

獨立完成

壓縮沖程某段時間內移動的距離為0.1m,這段過程

課本例題，完

活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當于2x

成后小組討論

103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖

解題方法和過

3.2-2甲)。內燃機工作時汽缸溫度高于環境溫度，

程。

該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J。

(1)求上述壓縮過程中氣體內能的變化量。

采用例題的

(2)燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活

方式，讓學生更

塞移動0.1m,其做的功相當于9x103N的恒力使活

塞移動相同距離所做的功(圖3.2-2乙),該做功過程加深入的理解熱

氣體傳遞給汽缸的熱量為30J,求此做功過程氣體內力學第一定律，

能的變化量。并能應用熱力學

第一定律解決實

際問題。

解：(1)壓縮過程活塞對氣體做的功W1=F1l1=

2x103x0.1J=200J

氣體內能的變化量Δ

U1=W1+Q1=200J-25J=175J

(2)氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功

3

W2=F2l2=-9x10x0.1J=-900J

氣體內能的變化量ΔU2=W2+Q2=-900J-30J=-

930J

汽缸內氣體在壓縮過程中內能增加了175J,在

膨脹做功過程中氣體內能減少了930J。

二、熱力學第一定律的應用步驟通過例題

(1)根據符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)總結應用熱力

的正、負．學第一定律解

(2)根據方程ΔU＝W＋Q求出未知量．決實際問題的

(3)再根據未知量結果的正、負來確定吸熱、放步驟，并完成幫助學生總

熱情況或做功情況．課堂練習2。結解題方法，并

課堂練習、2、在熱力學第一定律的表達式Δ加以鞏固。

U=W+Q中關于ΔU、W、Q各個物理量的正、負，

下列說法中正確的是（）

A.外界對物體做功時W為正，吸熱時Q為負，

內能增加時ΔU為正

B.物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，

內能增加時ΔU為負

C.物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，

內能增加時ΔU為正

D.外界對物體做功時W為負，吸熱時Q為負，

內能增加時ΔU為負

答案：C

拓展提高1、下圖為某種椅子與其升降部分的結構示意

圖，M、N兩筒間密閉了一定質量的氣體，M可沿完成拓展

N的內壁上下滑動，設筒內氣體不與外界發生熱交提高。鞏固基礎知

換，在M向下滑動的過程中()識，加強能力提

升。

A．外界對氣體做功，氣體內能增大

B．外界對氣體做功，氣體內能減小

C．氣體對外界做功，氣體內能增大

D．氣體對外界做功，氣體內能減小

解析：解析：氣體體積減小，外界對氣體做功，

且氣體不與外界發生熱交換，△U=W，所以內能增

加

答案：A

2、空氣壓縮機在一次壓縮中，空氣向外界傳

遞的熱量2.0×105J，同時空氣的內能增加了1.5

×105J.這時，在壓縮空氣的過程中，外界對空氣

做了多少功？

解析：由熱力學第一定律ΔU=Q+W知

W=ΔU－Q=+1.5×105J-（-2.0×105J）=

+3.5×105J>0

所以此過程中外界對空氣做了3.5×105J的

功。

2、(多選)用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔

板左側充有理想氣體，隔板右側與絕熱活塞之間是

真空.現將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個汽缸.

待氣體達到穩定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到

原來的體積.假設整個系統不漏氣.下列說法正確的

是（）

A.氣體自發擴散前后內能相同

B.氣體在被壓縮的過程中內能增大

C.在自發擴散過程中，氣體對外界做功

D.氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功

E.氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動

能不變

解析：因為汽缸、活塞都是絕熱的，隔板右側

是真空，所以理想氣體在自發擴散的過程中，既不

吸熱也不放熱，也不對外界做功.根據熱力學第一定

律可知，氣體自發擴散前后，內能不變，選項A正

確，選項C錯誤；

氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功，氣

體內能增大，又因為一定質量的理想氣體的內能只

與溫度有關，所以氣體溫度升高，分子平均動能增

大，選項B、D正確，選項E錯誤.