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人教版 (新课标)选修3选修3-3第十章 热力学定律3 热力学第一定律 能量守恒定律教案
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细备 知识目标：（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。（2）会确定的W、Q、ΔU正负号。（3）理解热力学第一定律ΔU =W+Q（4）会用ΔU =W+Q分析和计算问题。（4）理解能量守恒定律，能列举出能量守恒定律的实例；（5）理解“永动机”不能实现的原理。能力目标：在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU =W+Q，并会用ΔU =W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。 德育目标：通过形形色色的永动设计方案的失败，使学生明白不可能不付出代价就从自然界创造动力，而只有有效地利用自然界提供的各种能源。课题 第五节 热力学第一定律 能量守恒定律 课时 1课时 课时教学目标 热力学第一定律的内容是什么？各物理量的正负号笔物理意义是什么？能量守恒定律的内容是什么？永动机为什么不可能制造？学 生预习热力学第一定律的几种典型应用：(1)绝热过程：Q=0 (2)过程不做功：W=0 (3)过程内能不变：ΔU=02、对能量守恒定律的理解(1)对一个过程分析有哪些形式的能在变化，如何变化？(2)由某种形式的能量的减少等于另一种形式的能量的增加。学生预习疑难点教学重点：热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最基本的定律。学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。教学难点：运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。教学方法：教师讲解，课件演示，指导学生看书课时教学重难点 （－）引入新课上节课我们学习了改变内能的两种方式，做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么规律呢？这节课我们就来研究这些问题。（二）进行新课一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。二、W、Q、ΔU正负号的确定1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体减少，ΔU取负值。三、W、Q、ΔU之间的关系一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少．一个物体，如果它既没有对外做功，也没有其他物体对它做功，那么，它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少．如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和．用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么ΔU=Q+W这个式子所表示的，内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．四、能量守恒定律【课件演示】让学生先看几个能量转化的例子（增强感性认识）1．机械能与内能转化过程中能量守恒（1）运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，既不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。（2）把一铁块放入盛有水的烧杯中，用酒精灯加热烧杯内水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即：W+Q=ΔE 教学内容及方法 上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。2．其他形式的能也可以和内能相互转化（1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。（2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映幻灯片）① 电炉取暖：电能→内能② 煤燃烧：化学能→内能③ 炽热灯灯丝发光：内能→光能（3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析：3．能量守恒定律大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。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；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。4．永动机不可能制成历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算小结热力学第一定律表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系；自然界各种形式的能存在着相互转化过程，转化过程中总量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。教学内容及方法一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。二、W、Q、ΔU正负号的确定1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体减少，ΔU取负值。三、W、Q、ΔU之间的关系四、能量守恒定律1．机械能与内能转化过程中能量守恒2．其他形式的能也可以和内能相互转化3．能量守恒定律：4．永动机不可能制成5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算 板书【例题】 一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．外界对气体做了多少功？解 由(1)式得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105J外界对气体做的功是1.6×105J课堂作业课后作业复备 作业信息反馈补缺记载热力学第一定律和能量守恒定律是学生进入高中物理阶段后，第一次完整、细致地学习。此定律对今后学习物理是很重要的一个理论铺垫。教学上要重视，课堂上讲解要细致和透彻。教后一得教案修改
细备 知识目标：（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。（2）会确定的W、Q、ΔU正负号。（3）理解热力学第一定律ΔU =W+Q（4）会用ΔU =W+Q分析和计算问题。（4）理解能量守恒定律，能列举出能量守恒定律的实例；（5）理解“永动机”不能实现的原理。能力目标：在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU =W+Q，并会用ΔU =W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。 德育目标：通过形形色色的永动设计方案的失败，使学生明白不可能不付出代价就从自然界创造动力，而只有有效地利用自然界提供的各种能源。课题 第五节 热力学第一定律 能量守恒定律 课时 1课时 课时教学目标 热力学第一定律的内容是什么？各物理量的正负号笔物理意义是什么？能量守恒定律的内容是什么？永动机为什么不可能制造？学 生预习热力学第一定律的几种典型应用：(1)绝热过程：Q=0 (2)过程不做功：W=0 (3)过程内能不变：ΔU=02、对能量守恒定律的理解(1)对一个过程分析有哪些形式的能在变化，如何变化？(2)由某种形式的能量的减少等于另一种形式的能量的增加。学生预习疑难点教学重点：热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最基本的定律。学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。教学难点：运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。教学方法：教师讲解，课件演示，指导学生看书课时教学重难点 （－）引入新课上节课我们学习了改变内能的两种方式，做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么规律呢？这节课我们就来研究这些问题。（二）进行新课一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。二、W、Q、ΔU正负号的确定1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体减少，ΔU取负值。三、W、Q、ΔU之间的关系一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少．一个物体，如果它既没有对外做功，也没有其他物体对它做功，那么，它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少．如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和．用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么ΔU=Q+W这个式子所表示的，内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．四、能量守恒定律【课件演示】让学生先看几个能量转化的例子（增强感性认识）1．机械能与内能转化过程中能量守恒（1）运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，既不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。（2）把一铁块放入盛有水的烧杯中，用酒精灯加热烧杯内水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即：W+Q=ΔE 教学内容及方法 上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。2．其他形式的能也可以和内能相互转化（1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。（2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映幻灯片）① 电炉取暖：电能→内能② 煤燃烧：化学能→内能③ 炽热灯灯丝发光：内能→光能（3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析：3．能量守恒定律大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。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；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。4．永动机不可能制成历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算小结热力学第一定律表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系；自然界各种形式的能存在着相互转化过程，转化过程中总量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。教学内容及方法一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。二、W、Q、ΔU正负号的确定1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体减少，ΔU取负值。三、W、Q、ΔU之间的关系四、能量守恒定律1．机械能与内能转化过程中能量守恒2．其他形式的能也可以和内能相互转化3．能量守恒定律：4．永动机不可能制成5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算 板书【例题】 一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．外界对气体做了多少功？解 由(1)式得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105J外界对气体做的功是1.6×105J课堂作业课后作业复备 作业信息反馈补缺记载热力学第一定律和能量守恒定律是学生进入高中物理阶段后，第一次完整、细致地学习。此定律对今后学习物理是很重要的一个理论铺垫。教学上要重视，课堂上讲解要细致和透彻。教后一得教案修改
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