高中物理教科版选修(3-3)4.2 教学设计 《热力学第一定律》(教科版).pdfVIP

《热力学第一定律》

◆教学目标

【知识与能力目标】

知道热力学第一定律的内容及其表达式。

【过程与方法目标】

会用ΔU=Q+W解决一些简单的问题。

【情感态度价值观目标】

会用热力学第一定律分析理想气体状态变化时，能量的交换关系。

◆教学重难点

【教学重点】

（1）用热力学第一定律分析内能改变的问题。

（2）掌握ΔU=Q+W的符号法则并熟练应用。

【教学难点】

表达式ΔU=Q+W中各物理量的符号及其物理意义。

◆课前准备

◆

压缩气体引火仪、铁架台、酒精灯、带软木塞的试管、多媒体设备等。

◆教学过程

（一）引入：

在本书第一章，我们学习了分子动理论，知道任何物体都具有内能，且永不为零，它的

大小由质量、温度、体积来决定。那在实际操作中，我们可以采用哪些方式来改变物体的内

能呢？接下来我们来看两个实验，在观察过程中，大家注意思考它们是采用什么方式改变物

体内能的。

教师演示压缩气体引燃棉花实验和加热试管中的水弹出试管软木塞实验。

由上述两个实验我们知道，做功和热传递都可以改变物体内能，那如果物体在跟外界同

时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量及做功之间有什么关系呢？这就是我们这

节课要学习的内容。

（二）新课教学：

1、热力学第一定律

早在19世纪，克劳修斯就在热力学理论研究方面建树卓著，更在1850年在他发表的

论文中首次用数学的形式表达了内能与热量及做功的关系，这就是热力学第一定律。

（1）内容：

一个物体的内能增量等于物体吸收的热量与外界对物体所做的功之和。

（2）表达式：ΔU=Q+W

其中ΔU表示物体内能的增量，Q表示物体吸收的热量，W表示外界对物体做的功。

教师提问：我们知道功有正负，且正负号所代表的物理意义不同，那么上式中ΔU和Q是

否又有正负之分呢？如果有正负号代表的物理意义相同吗？

（3）对公式ΔU、Q、W符号的规定：

教室引导学生从热力学第一定律的内容来分析上述三物理量的符号的规定。具体如下：

内容中的提到的是内能的增加量，如果物体的内能是减少，则去ΔU的符号为“一”，相反，

增加则为“+”；同理，物体放出热量，Q符号取“一”，吸收热量则取“+”；气体对外界做

功，W符号取“一”，外界对物体做的功则取“+”。总而言之，与定律内容相反的取“一”

号，否则取“+”号。详见下表：

名称内能的改变热量做功

符号ΔUQW

取正值“+”内能增加吸热外界对物体做功

取负值“-”内能减少放热物体对外界做功

典例1：关于物体内能的变化,以下说法正确的是()

A.物体吸热,内能一定增大

B.物体对外做功,内能可能增大

C.物体吸收热量,同时对外做功,内能不可能不变

D.物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变

课堂练习1、一定质量的理想气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，

则此过程的末态与初态相比，（）

A．气体内能一定增加B．气体内能一定减小

C．气体内能一定不变D．气体内能是增是减不能确定

课堂练习2、如右上图所示是一定质量的理想气体从状态A经B到C的V-T图线（三点连

线与T轴垂直）,则在此过程中()

A.气体的内能改变B.气体的压强增大C.气体向外界放热D.气体对外界做功

评析：在该习题中，考查了气体状态变化与热力学第一定律的综合运用。此类型题中，最重

要的是要能分析出状态变化与各物理量的对应关系，以下对此进行总结。

2、气体状态变化与物理量对应方法

（1）绝热过程：过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功