热力学第一定律示范教案

2热力学第一定律教学目标.能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律

2.能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题教学重难点教学重点热力学第一定律教学难点热力学第一定律教学用具多媒体课件相关资源【教学图片】做功并传热、【教学图片】内燃机、【教学图片】压缩冲程、【教学图片】做功冲程教学过程新课引入教师讲述通过上一节的学习，我们知道，汽缸内一定质量的气体在加热的情况下，内能会增加；在外界对其压缩做功的情况下，内能也会增加那么，如果同时采用两种方式则气体内能增加的情况与只采用单一方式时有区别吗？接下来我们就这个问题具体研究一To新课讲授

一、热力学第一定律教师提出问题一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，请大家思考

①如果外界做的功为w则它的内能如何变化？变化了多少？

②如果物体对外界做的功为W则它的内能如何变化？变化了多少？教师依据学生的回答进行总结一个物体，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；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少即Q=0时，AU=Wo教师提出问题一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么

①如果物体吸收热量Q它的内能如何变化？变化了多少？

②如果放出热量Q它的内能如何变化？变化了多少？教师依据学生的回答进行总结如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少即W=0时，AU=Q教师设问如果有这样一个过程，外界既对系统做功W又对系统传热Q则这个过程中系统内能的变化量△会多大？教师讲述在这个过程中，系统既有因外界对其做功而改变的内能A%=1¥又有因外界对其传热而改变的内能AU2=Q由于做功与传热对改变系统的内能是等价的，则系统实际发生的内能的变化量应该是AU=AU1+/^U2=W+Qo这就是热力学第一定律教师总结热力学第一定律的推导过程是一种典型的归纳推理过程教师讲述在热力学第一定律AU=W+Q中，AU是内能的变化量，W表示外界对系统所做的功，表示系统从外界吸收的热量对于气体，压缩气体时，外界对气体做功；气体膨胀时，气体对外界做功教师讲述并设问我们知道，外界对系统做功有助于内能增加；外界向系统传递热量也有助于系统内能增加若AU〉，表示内能增加，根据以上理解，请同学们思考以下几个问题

①外界对系统做功、外界向系统传递热量，如何选取卬和的正负？

②系统对外界做功、系统向外界传递热量，如何选取W和的正负？

③如果系统对外界做功卬的同时丁系统又向外界传递热量Q那么系统的内能如何变化？教师依据学生的回答进行归纳总结系统内能增加为正，即AU；反之为负，即Oo外界对系统做功为正，即小0；反之为负，即W0o系统从外界吸热为正，即Q0；反之为负，即QV0具体的符号用法如下表所示

二、热力学第一定律的应用教师PPT展示例题并讲解如图，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为m这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2X103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功图压缩冲程内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为25Jo1求上述压缩过程中气体内能的变化量2燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动m其做的功相当于9X103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功图做功冲程，该做功过程气体传递给汽缸的热量为30J求此做功过程气体内能的变化量插入图片【教学图片】压缩冲程.png插入图片【教学图片】做功冲程.png分析根据热力学第一定律，在第⑴问中，活塞压缩气体的过程是外界对系统做功，活塞对气体所做的功WI为正值；在第2问中，气体膨胀推动活塞的过程是系统对外界做功气体对外界所做的功W2为负值在两种情况下，气体都把热量传递给了汽缸，都属于放热，因此Qi、Q2均为负值解:1压缩过程活塞对气体做的功W4=F1=2x103x

0.1J=200J气体内能的变化量△Ui=W1+Q1=200J-25J=175J2气体膨胀过程中气体对外界所做的功W2=F2l2=-9x103x

0.1J=-900J气体内能的变化量△t/2=W2+Q2=-900J-30J=-930J汽缸内气体在压缩过程中内能增加了175J在膨胀做功过程中气体内能减少了930J典题剖析例1关于物体内能的变化，以下说法中正确的是0内能一定增大内能一定减少同时对外做功，内能可能不变同时对外做功，内能可能不变解析根据热力学第一定律物体内能的变化与外界对气体做功或气体对外界做功，气体从外界吸热或向外界放热两种因素有关，物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A选项错误；同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，B选项错误；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，C选项正确；而放热与对外做功是使物体内能减小，所以D选项错误答案C例2一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功300J但这一过程中气体的内能减少了300J问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？解析气体被压缩过程中外界对气体做功300J即0=300J；气体内能减少了300J即AU=-300Jo解根据热力学第一定律AU=〃+Q可得Q=^U-W=-300J-300J=-600JQ为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量课堂小结

一、热力学第一定律△U=+Q

二、热力学第一定律的应用物理量取正号+的意义取负号-的意义功W外界对系统做功系统对外界做功热量Q系统吸热系统放热内能的变化量AU内能增加内能减少物理量取正号

（十）的意义取负号

（一）的意义功w外界对系统做功系统对外界做功热量系统吸热系统放热内能的变化量AU内能增加内能减少。