2019-2020年高中物理 10.3 熱力學第一定律 能量守恒定律教案 新人教版選修3-3.doc
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2019-2020年高中物理 10.3 熱力學第一定律 能量守恒定律教案 新人教版選修3-3 一、 教材分析 前面學習的焦耳實驗結(jié)果表明,在系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變時,只要初末狀態(tài)確定了,做功的數(shù)量或者熱傳遞的數(shù)量就是確定的。而且,熱功當量的測量結(jié)果表明,做功和熱傳遞在改變內(nèi)能上是等價的。從而得出熱力學第一定律的數(shù)學表達式。又通過實例對表達式中物理量取值的正負意義進行了討論。接著,講述了能量守恒定律的確立。它具有重大的理論意義和實踐意義。它對于制造永動機的不可能實現(xiàn),給予了科學上的最后判決。 二、教學目標 知識與技能: 1、 理解熱力學第一定律。 2、 能運用熱力學第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題。 3、 理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律。 4、 通過能量守恒定律的學習,認識自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。 5、 知道第一類永動機是不能實現(xiàn)的。 過程與方法: 能夠得出熱力學第一定律,并會應(yīng)用。 情感態(tài)度與價值觀: 通過學習能量守恒定律的得出過程,學習科學家的探索精神 二、 教學重點難點 重點:熱力學第一定律 難點:能量守恒定律 四、學情分析 由于熱力學第一定律是教學的重點及難點,因此應(yīng)利用教學的相當多的時間來進行熱力學第一定律的教學,具體來說△U=W+Q中各物理量的意義及正負號的確定對學生來講是很困難的,以通俗易懂的語言來闡述;對于能量守恒定律的教學,調(diào)動學生相互討論自然界中的各種能量間的轉(zhuǎn)化,分析得出能量守恒定律。 五、教學方法 自主閱讀與思考、精講精練 六、課前準備 七、課時安排1課時 八、教學過程 (一)預(yù)習檢查、總結(jié)疑惑 (二)情景引入、展示目標 焦耳的實驗表明:只要系統(tǒng)初末狀態(tài)是確定的,所需做功數(shù)量就是確定的。 另一方面,熱功當量實驗表明做功和熱傳遞是等價的 (三)合作探究、精講點播 1.熱力學第一定律 (1).一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)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。這個關(guān)系叫做熱力學第一定律。 其數(shù)學表達式為:ΔU=W+Q (2).與熱力學第一定律相匹配的符號法則 做功W 熱量Q 內(nèi)能的改變ΔU 取正值“+” 外界對系統(tǒng)做功 系統(tǒng)從外界吸收熱量 系統(tǒng)的內(nèi)能增加 取負值“-” 系統(tǒng)對外界做功 系統(tǒng)向外界放出熱量 系統(tǒng)的內(nèi)能減少 (3)熱力學第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度,沒有做功和熱傳遞就不可能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移,同時也進一步揭示了能量守恒定律。 (4)應(yīng)用熱力學第一定律解題的一般步驟: ①根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正、負; ②根據(jù)方程ΔU=W+Q求出未知量; ③再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功情況。 2.能量守恒定律 ⑴.自然界存在著多種不同形式的能。舉例說明。 ⑵.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。舉例說明。摩擦可以將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;熾熱電燈發(fā)光可以將電能轉(zhuǎn)化為光能。 ⑶.能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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(xiàn)。 (5). 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(fā)展、變化的普遍規(guī)律,學習這個定律,不能滿足一般理解其內(nèi)容,更重要的是,從能量形式的多樣化及其相互聯(lián)系,互相轉(zhuǎn)化的事實出發(fā)去認識物質(zhì)世界的多樣性及其普遍聯(lián)系,并切實樹立能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失的觀點,作為以后學習和生產(chǎn)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。 3.第一類永動機不可能制成 任何機器運動時只能將能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,而不可能無中生有地創(chuàng)造能量,即第一類永動機是不可能制造出來的。 典例探究 例1.一定量的氣體在某一過程中,外界對氣體做了8104J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2105J,則下列各式中正確的是 ( ) A.W=8104J,ΔU =1.2105J ,Q=4104J B.W=8104J,ΔU =-1.2105J ,Q=-2105J C.W=-8104J,ΔU =1.2105J ,Q=2104J D.W=-8104J,ΔU =-1.2105J ,Q=-4104J 解析:本題主要考查熱力學第一定律的應(yīng)用。因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8104J;內(nèi)能減少,ΔU取負值,即ΔU=-1.2105J;根據(jù)ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2105-8104=-2105J,即B選項正確。 答案:B 友情提示:注意熱力學第一定律關(guān)系式中各物理量的符號法則。 例2.一定質(zhì)量的氣體,在壓縮過程中外界對氣體做功300J,但這一過程中氣體的內(nèi)能減少了300J,問氣體在此過程中是吸熱還是放熱?吸收(或放出)多少熱量? 解析:由題意可知,W=300J,ΔU=-300J,根據(jù)熱力學第一定律可得 Q=ΔU-W=-300J-300J=-600J Q為負值表示氣體放熱,因此氣體放出600J的熱量。 友情提示:注意熱力學第一定律關(guān)系式中各物理量的符號法則及其物理意義。 例3. 一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.2105J的熱量,同時氣體對外做了6105J的功,問: (1)物體的內(nèi)能是增加還是減少?變化量是多少? (2)分子勢能是增加還是減少? (3)分子的平均動能是增加還是減少? 解析:(1)氣體從外界吸熱為:Q=4.2105J 氣體對外做功:W=-6105J 由熱力學第一定律:ΔU=W+Q=(-6105)+(4.2105J)=-1.8105J ΔU為負,說明氣體的內(nèi)能減少了。所以,氣體內(nèi)能減少了1.8105J。 (2)因為氣體對外做功,所以氣體的體積膨脹,分子間的距離增大了,分子力做負功,氣體分子勢能增加了。 (3)因為氣體內(nèi)能減少,同時氣體分子勢能增加,說明氣體分子的平均動能一定減少了。 友情提示:本題以熱力學第一定律關(guān)系式為起點,結(jié)合分子動理論中內(nèi)能的定義,分析得出:①氣體對外做功,體積膨脹,分子間的距離增大了,分子力做負功,氣體分子勢能增加了②氣體內(nèi)能減少,同時氣體分子勢能增加,說明氣體分 (四)反思總結(jié)、當堂檢測 (五)發(fā)導學案、布置作業(yè) 九、板書設(shè)計 1.熱力學第一定律 (1)內(nèi)容: 數(shù)學表達式為:ΔU=W+Q (2).與熱力學第一定律相匹配的符號法則 做功W 熱量Q 內(nèi)能的改變ΔU 取正值“+” 外界對系統(tǒng)做功 系統(tǒng)從外界吸收熱量 系統(tǒng)的內(nèi)能增加 取負值“-” 系統(tǒng)對外界做功 系統(tǒng)向外界放出熱量 系統(tǒng)的內(nèi)能減少 (3)熱力學第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度,沒有做功和熱傳遞就不可能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移,同時也進一步揭示了能量守恒定律。 (4)應(yīng)用熱力學第一定律解題的一般步驟: ①根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正、負; ②根據(jù)方程ΔU=W+Q求出未知量; ③再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功情況。 2.能量守恒定律 ⑴.自然界存在著多種不同形式的能。 ⑵.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化 ⑶.能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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(xiàn)。 (5). 能量守恒定律的重要意義 3.第一類永動機不可能制成 任何機器運動時只能將能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,而不可能無中生有地創(chuàng)造能量,即第一類永動機是不可能制造出來的。 十、教學反思 各種能量在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化過程中總能量守恒.這是一個意識問題,或者說是悟性,從內(nèi)心深處感覺到總能量不變.這是很重要的物理思想.- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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