資源簡介

3.2熱力學第一定律 教案
【教材分析】
（一）教材分析
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 通過分析討論，自然得出熱力學第一定律。通過課本例題的講解，培養學生運動熱力學第一定律分析和解決問題的能力。
【教學目標】
（一）教學目標
1．理解物體跟外界做功和熱傳遞的過程及W、Q、ΔU的物理意義。
2．理解熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，會用ΔU＝W＋Q分析和計算有關問題。
3．掌握能量守恒定律，會用能量守恒的觀點分析、解決有關問題。
【教學重難點】
（一）教學重難點
學習重點 熱力學第一定律的推導與運用
學習難點 運用熱力學第一定律公式時各物理量的正、負號的意義及確定
【新課導入】
（一）新課導入
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(做功或傳熱)更明顯。這是為什么呢
【新課講解】
（一）熱力學第一定律
改變內能的兩種方式
1、做功
（外界對物體做功）內能增加
（物體對外界做功）內能減少
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？
一、熱力學第一定律及其應用
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.
2、意義：熱力學第一定律反映了功、熱量跟系統內能改變之間的定量關系.
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？如果膨脹時氣體對外做功是135J，同時向外放熱85J，氣體內能的變化量是多少？內能是增加了還是減少了？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
課堂練習1
一定量的氣體，從外界吸收熱量2.7×J,內能增加4.3×J.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×J；ΔU=+4.3×J由ΔU＝W + Q得： W=1.6× ＞0即外界對氣體做功。
（一）熱力學第一定律的應用
熱力學第一定律的應用
一般的解題步驟：
①確定研究對象
②根據符號法則寫出各已知量（W、Q、 U）的正負。
③代入方程ΔU＝W＋Q 求出未知量。
④再根據未知量結果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功和內能增減情況。
課本例題
如圖，一臺四沖程內燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內移動的距離為0.1 m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當于2×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功（圖甲）。內燃機工作時汽缸溫度高于環境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25 J。
（1）求上述壓縮過程中氣體內能的變化量。
（2）燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動0.1 m，其做的功相當于9×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功（圖乙），該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過程氣體內能的變化量。
動圖播放汽缸活塞的運動過程，增加學生的學習興趣。
分析：根據熱力學第一定律，在第（1）問中，活塞壓縮氣體的過程是外界對系統做功，活塞對氣體所做的功 W，為正值。在第（2）問中，氣體膨脹推動活塞的過程是系統對外界做功，氣體對外界所做的功W，為負值。在兩種情況下，氣體都把熱量傳遞給了汽缸，都屬于放熱，因此Q1、Q2均為負值。
解 （1）壓縮過程活塞對氣體做的功：W1= F1l1= 2×10 ×0.1 J = 200 J
氣體內能的變化量ΔU1= W1＋Q1= 200 J -25 J = 175 J
（2）氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功：W2= F2L2=-9×10 ×0.1 J =-900 J
氣體內能的變化量ΔU2= W2＋Q2=-900 J - 30J =-930 J
汽缸內氣體在壓縮過程中內能增加了175 J，在膨脹做功過程中氣體內能減少了 930 J。
【板書】
（一）板書
3.2熱力學第一定律
1. 氣體體積增大，氣體對外做功。
2. 一定質量的理想氣體的內能僅與溫度有關
3. 等壓變化氣體膨脹對外做功：W=PΔV
4. ΔU＝W＋Q，則Q＝ΔU－W，Q的正負判斷是吸熱還是放熱
【課后反思】
（一）課后反思
1. 能以系統為研究對象，用綜合分析的方法推導出熱力學第一定律。
2.能運用熱力學第一定律解釋和計算能量的轉化、轉移問題。
3.歸納法的教育。

展開更多......

收起↑