人教版（新教材）高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE3第2-3節熱力學第一定律能量守恒定律一、教學目標1、知道熱力學第一定律的內容及其表達式2、理解能量守恒定律的內容3、了解第一類永動機不可能制成的原因二、教學重點與難點從能量轉化的觀點理解熱力學第一定律，會用ΔU=W+Q分析和計算有關問題是本節的重點。熱力學第一定律ΔU=W+Q中各物理量的意義及正負號的確定，如何用能量轉化和守恒的觀點分析物理現象是本節的難點。三、教學方法與建議問題討論法、閱讀法四、學情分析通過對上兩節課內容的歸納，即做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，并且二者是等效的。在此基礎上，提出當外界對物體既做功又熱傳遞時，物體的內能如何改變？學生通過分析討論，自然得出熱力學第一定律。能量守恒定律的知識，學生一直都有，故不存在什么問題。永動機學生雖然比較陌生，但通過影片的播放介紹，學生應該能夠有所了解。五、教學過程（一）引入新課〖問題〗：改變物體內能的方式有哪些？學生回答：做功和熱傳遞。教師：既然做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，那么，功、熱量跟內能的改變之間一定有某種聯系，我們就來研究這個問題。（二）新課講授一、熱力學第一定律1、思考與討論（1）一個物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：①如果外界做的功為Ｗ，則它的內能如何變化？變化了多少？②如果物體對外界做的功為Ｗ，則它的內能如何變化？變化了多少？學生思考回答：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；物體對外界做多少功，它的內能就減少多少。（2）一個物體，如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么：①如果物體吸收熱量Ｑ，它的內能如何變化？變化了多少？②如果放出熱量Ｑ，它的內能如何變化？變化了多少？學生思考回答：如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么物體吸收了多少熱量，它的內能就增加多少，物體放出了多少熱量，它的內能就減少多少.（3）如果物體在跟外界同時發生做功和熱傳遞的過程中，內能的變化ΔU與熱量Ｑ及做的功Ｗ之間又有什么關系呢？學生思考后應該能夠得出ΔU=W+Q的結論。由此引出對熱力學第一定律的學習。2、熱力學第一定律（1）內容：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。（2）表達式：ΔU=W+Q（3）ΔU=W+Q中各量的正、負號及含義結合以上問題，討論不同情況下各量的正、負號及含義，作如下歸納：做功W熱量Q內能的改變ΔU取正值“+”外界對系統做功系統從外界吸收熱量系統的內能增加取負值“－”系統對外界做功系統向外界放出熱量系統的內能減少（4）應用例題：一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內能增加了4.2×105J。問：①是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？②如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105J不變，但是內能只增加了1.6×105J，這一過程做功情況怎樣？解：①根據ΔU=W+Q得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105JW為正值，外界對氣體做功，做了1.6×105J的功。②同理可得：W=ΔU－Q=1.6×105J－2.6×105J=－1.0×105JW為負值，說明氣體對外界做功（氣體體積變大），做了1.0×105J的功。教師：熱力學第一定律說明了做功和熱傳遞是系統內能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現能量的轉化或轉移，同時也進一步揭示了能量守恒定律。二、能量守恒定律首先通過多媒體向學生播放一段關于自然界中能量轉化的影片，然后請學生閱讀課本，作如下歸納：(1)自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。如機械運動對應機械能；分子熱運動對應內能；電磁運動對應電磁能。(2)不同形式的能量之間可以相互轉化。摩擦可以將機械能轉化為內能；熾熱電燈發光可以將電能轉化為光能。(3)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，在轉化或轉移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。(4)熱力學第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現。(5)能量守恒定律適用于任何物理現象和物理過程。(6)能量守恒定律的重要意義第一，能量守恒定律是支配整個自然界運動、發展、變化的普遍規律，學習這個定律，不能滿足一般理解其內容，更重要的是，從能量形式的多樣化及其相互聯系，互相轉化的事實出發去認識物質世界的多樣性及其普遍聯系，并切實樹立能量既不會憑空產生，也不會憑空消失的觀點，作為以后學習和生產實踐中處理一切實際問題的基本指導思想之一。第二，宣告了第一類永動機的失敗。三、永動機不可能制成學生閱讀課本，了解第一類永動機的相關知識以及不可能制成的原因。向學生播放一段關于永動機的影片。四、課堂練習1.如圖所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中．設水溫均勻且恒定，筒內空氣無泄漏，不計氣體分子間相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內空氣體積減小(C)A．從外界吸熱 B．內能增大C．向外界放熱 D．內能減小〖解析〗金屬筒緩慢下降過程中，外界對筒內氣體做功，而筒與水有熱交換、水溫恒定，所以筒內空氣要向外界放熱，溫度保持不變，從而內能不變．2.帶有活塞的汽缸內封閉一定量的理想氣體．氣體開始處于狀態a；然后經過過程ab到達狀態b，或經過過程ac到達狀態c，b、c狀態溫度相同，如V－T圖所示．設氣體在狀態b和狀態c的壓強分別為pb和pc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則(C)A．pb＞pc，Qab＞Qac B．pb＞pc，Qab＜QacC．pb＜pc，Qab＞Qac D．pb＜pc，Qab＜Qac〖解析〗V－T圖線的斜率越大，壓強p越小，故pb＜pc.由熱力學第一定律有：Q＝ΔU－W，因Tb＝Tc，所以ΔUab＝ΔUac，而對外做功Wab＞Wac，故Qab＞Qac.綜上可知C項正確．3.如圖所示，密閉絕熱容器內有一絕熱的具有一定質量活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁間的摩擦忽略不計．置于真空中的輕彈簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零)．現繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運動，經過多次往復運動后活塞靜止，氣體達到平衡狀態．經過此過程(D)A．Ep全部轉換為氣體的內能B．Ep一部分轉換成活塞的重力勢能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能C．Ep全部轉換成活塞的重力勢能和氣體的內能D．Ep一部分轉換成活塞的重力勢能，一部分轉換為氣體的內能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能〖解析〗當繩子突然斷開時，活塞受彈簧的彈力F、活塞的重力G、封閉氣體對活塞向下的壓力F′共同作用，如圖所示，其合力向上，經多次往復運動后活塞靜止時，活塞處于三力平衡狀態，氣體體積必減小，外力對氣體做正功，由于絕熱，氣體的內能增加，而活塞最終的靜止位置比初始位置高，其重力勢能增加，最終彈力與另外兩個力的合力平衡，彈簧仍有形變．設最終彈簧的彈性勢能為Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力勢能＋氣體增加的內能，所以D選項正確4．一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內能增加了4.2×105J，是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少功？如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105J不變，但是內能只增加了1.6×105J，這一過程做功情況怎樣？〖答案〗外界對氣體做功，做功為1.6×105J氣體對外界做功，做功為1.0×105J〖解析〗由題意知Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J，根據ΔU＝Q＋W，代入可得W＝1.6×105J，W為正值，外界對氣體做功，做功為1.6×105J.同理由題意可知Q′＝2.6×105J，ΔU′＝1.6×105J，利用熱力學第一定律得W′＝－1.0×105J，這說明氣體對外界做功(氣體體積變大)，做功為1.0×105J.五、課堂總結請學生總結本節課所學的內容。六、課后作業第2-3節熱力學第一定律能量守恒定律一、教學目標1、知道熱力學第一定律的內容及其表達式2、理解能量守恒定律的內容3、了解第一類永動機不可能制成的原因二、教學重點與難點從能量轉化的觀點理解熱力學第一定律，會用ΔU=W+Q分析和計算有關問題是本節的重點。熱力學第一定律ΔU=W+Q中各物理量的意義及正負號的確定，如何用能量轉化和守恒的觀點分析物理現象是本節的難點。三、教學方法與建議問題討論法、閱讀法四、學情分析通過對上兩節課內容的歸納，即做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，并且二者是等效的。在此基礎上，提出當外界對物體既做功又熱傳遞時，物體的內能如何改變？學生通過分析討論，自然得出熱力學第一定律。能量守恒定律的知識，學生一直都有，故不存在什么問題。永動機學生雖然比較陌生，但通過影片的播放介紹，學生應該能夠有所了解。五、教學過程（一）引入新課〖問題〗：改變物體內能的方式有哪些？學生回答：做功和熱傳遞。教師：既然做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，那么，功、熱量跟內能的改變之間一定有某種聯系，我們就來研究這個問題。（二）新課講授一、熱力學第一定律1、思考與討論（1）一個物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：①如果外界做的功為Ｗ，則它的內能如何變化？變化了多少？②如果物體對外界做的功為Ｗ，則它的內能如何變化？變化了多少？學生思考回答：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；物體對外界做多少功，它的內能就減少多少。（2）一個物體，如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么：①如果物體吸收熱量Ｑ，它的內能如何變化？變化了多少？②如果放出熱量Ｑ，它的內能如何變化？變化了多少？學生思考回答：如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么物體吸收了多少熱量，它的內能就增加多少，物體放出了多少熱量，它的內能就減少多少.（3）如果物體在跟外界同時發生做功和熱傳遞的過程中，內能的變化ΔU與熱量Ｑ及做的功Ｗ之間又有什么關系呢？學生思考后應該能夠得出ΔU=W+Q的結論。由此引出對熱力學第一定律的學習。2、熱力學第一定律（1）內容：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。（2）表達式：ΔU=W+Q（3）ΔU=W+Q中各量的正、負號及含義結合以上問題，討論不同情況下各量的正、負號及含義，作如下歸納：做功W熱量Q內能的改變ΔU取正值“+”外界對系統做功系統從外界吸收熱量系統的內能增加取負值“－”系統對外界做功系統向外界放出熱量系統的內能減少（4）應用例題：一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內能增加了4.2×105J。問：①是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？②如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105J不變，但是內能只增加了1.6×105J，這一過程做功情況怎樣？解：①根據ΔU=W+Q得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105JW為正值，外界對氣體做功，做了1.6×105J的功。②同理可得：W=ΔU－Q=1.6×105J－2.6×105J=－1.0×105JW為負值，說明氣體對外界做功（氣體體積變大），做了1.0×105J的功。教師：熱力學第一定律說明了做功和熱傳遞是系統內能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現能量的轉化或轉移，同時也進一步揭示了能量守恒定律。二、能量守恒定律首先通過多媒體向學生播放一段關于自然界中能量轉化的影片，然后請學生閱讀課本，作如下歸納：(1)自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。如機械運動對應機械能；分子熱運動對應內能；電磁運動對應電磁能。(2)不同形式的能量之間可以相互轉化。摩擦可以將機械能轉化為內能；熾熱電燈發光可以將電能轉化為光能。(3)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，在轉化或轉移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。(4)熱力學第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現。(5)能量守恒定律適用于任何物理現象和物理過程。(6)能量守恒定律的重要意義第一，能量守恒定律是支配整個自然界運動、發展、變化的普遍規律，學習這個定律，不能滿足一般理解其內容，更重要的是，從能量形式的多樣化及其相互聯系，互相轉化的事實出發去認識物質世界的多樣性及其普遍聯系，并切實樹立能量既不會憑空產生，也不會憑空消失的觀點，作為以后學習和生產實踐中處理一切實際問題的基本指導思想之一。第二，宣告了第一類永動機的失敗。三、永動機不可能制成學生閱讀課本，了解第一類永動機的相關知識以及不可能制成的原因。向學生播放一段關于永動機的影片。四、課堂練習1.如圖所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中．設水溫均勻且恒定，筒內空氣無泄漏，不計氣體分子間相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內空氣體積減小(C)A．從外界吸熱 B．內能增大C．向外界放熱 D．內能減小〖解析〗金屬筒緩慢下降過程中，外界對筒內氣體做功，而筒與水有熱交換、水溫恒定，所以筒內空氣要向外界放熱，溫度保持不變，從而內能不變．2.帶有活塞的汽缸內封閉一定量的理想氣體．氣體開始處于狀態a；然后經過過程ab到達狀態b，或經過過程ac到達狀態c，b、c狀態溫度相同，如V－T圖所示．設氣體在狀態b和狀態c的壓強分別為pb和pc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則(C)A．pb＞pc，Qab＞Qac B．pb＞pc，Qab＜QacC．pb＜pc，Qab＞Qac D．pb＜pc，Qab＜Qac〖解析〗V－T圖線的斜率越大，壓強p越小，故pb＜pc.由熱力學第一定律有：Q＝ΔU－W，因Tb＝Tc，所以ΔUab＝ΔUac，而對外做功Wab＞Wac，故Qab＞Qac.綜上可知C項正確．3.如圖所示，密閉絕熱容器內有一絕熱的具有一定質量活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁間的摩擦忽略不計．置于真空中的輕彈簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零)．現繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運動，經過多次往復運動后活塞靜止，氣體達到平衡狀態．經過此過程(D)A．Ep全部轉換為氣體的內能B．Ep一部分轉