6.7 热力学定律 教案 -2023-2024学年高二上学期（中职）物理高教版《技术物理 上册》

6-7 热力学定律 一、教学目标 1．理解热力学第一定律及能量守恒定律。 2．掌握热力学第一定律中各物理量取正、负号的规定及意义。 3．了解热力学第二定律。 4．使学生会应用热力学第一定律计算简单的热、功和内能的转换问题。 5．应用能量守恒的观点来分析物理现象。 二、教学重点难点 重点：热力学第一定律。 难点：正确选取热力学第一定律中各物理量的正负号。（在教学中引导学生，不要死记硬背各物理量取正、负号的规定，要在理解的基础上掌握它。） 三、教学器材 光盘。 四、教学建议 教法建议 讲练法。 教学设计方案 （一）引入新课 复习提问：怎样改变物体的热力学能？ 我们已经知道，热传递和做功是改变物体内能的两种方式。热传递使物体的热力学能变化时，热力学能的变化用传递的热量来量度；做功使物体的热力学能变化时，热力学能的变化用功的数值来量度。如果用表示热力学能的变化，那么物体内能的变化和功、热量之间有怎样的关系呢？这就是我们今天要学习的热力学第一定律。 （二）引出课程内容 例如，用砂轮磨刀具，刀具温度升高，说明克服摩擦力做功，使物体的热力学能增加。如果外力对物体做功全部用于改变物体的热力学能，外力做多少功，物体的热力学能就改变多少。如果用表示外界对物体做的功，用表示物体热力学能的变化，那么有 =。如果因外力对物体做功，使物体温度升高，则会向周围环境传递热量，假设传递的热量为，则 （1） 在火炉上烧水，水温升高热力学能增加。如果传递给物体的热量为，物体内能的变化量是，那么，=。如果考虑水温升高时体积膨胀，对外做功，则 = – （2） 如果规定：物体从外界吸热， 取正值；物体向外放热， 取负值。物体对外做功， 取正值；外界对物体做功，取负值。式（1）可写成和式（2）一样的形式。我们把式（2）变形得 =+ 这一关系式就是我们今天要学习的热力学第一定律。 1．热力学第一定律 （1）热力学第一定律：物体从外界吸收的热量，等于物体热力学能的改变量与物体对外所做功的总和。 （2）公式： =+ 热力学第一定律是热、功和热力学能之间变化的定量关系。力学中所讲的机械能守恒定律是动能和势能等机械能之间的相互转换规律。热力学第一定律是包括机械能和热力学能在内的能量转化与守恒的规律。 由于我们有了上述的规定，才把物体从外界吸热或向外界放热、物体对外做功或外界对物体做功的情况下，物体热力学能的变化与热和功的关系用一个公式表示出来。如果>，则>0，物体内能是增加的；如果<，则<0，物体内能是减少的。因此，我们在应用热力学第一定律处理问题时，应遵从这样的规定： （3）规定：物体从外界吸热，取正值；物体向外放热， 取负值。物体对外做功，W取正值；外界对物体做功，取负值。物体的热力学能增加， 取正值；物体的热力学能减少，取负值。 例题 一定量的气体从外界吸收1 676 J的热，热力学能增加了476 J，问气体对外做功，还是外界对气体做功？做了多少功？ 解 已知：=1 676 J， =476 J 由=+ 得 =- =1 676 J- 476 J=1.20×103 J 为正值，表示气体对外做了120×103 J的功。 图1 在工程技术中，普遍使用的蒸汽机(图1)、汽油机、柴油机等统称为热机。热机的核心是气缸(图2)，气缸中的工作物质(如水蒸气等)称为工质。热机工作时，工质陆续不断地吸热(如汽油机点火燃烧，气缸里的气体升温)，同时陆续不断地对外做功(气体膨胀推动活塞对外做功)。 气缸中的气体可近似当作理想气体，设它经历图3 中A—B—C—D—A的变化。利用物态方程和热力学第一定律分析如下： 图2 图3 ：等体升压，一定，p↑，T↑；ΔU>0，WAB>0；故QAB=ΔU>0 ：|膨胀，p一定，V↑，T↑；ΔU>0，WBC>0；故QBC=ΔU+WBC>0 ：等体降压，一定，p↓，T↓；ΔU<0，WCD=0；故QCD=ΔU<0 ：等压压缩，p一定，V↓，T↓；ΔU<0，WDA<0；故QDA=ΔU+WDA<0 在上述整个过程中： 总吸收热量 总释放热量 Q2=|QCD|+|QDA| 对外做的总功 因为气体经一个循环后又回到原来状态，所以整个过程中， 这是热机从高温处吸热，向低温处放热，同时对外做功形的一般公式。 下面根据热力学第一定律来研究理想气体在绝热过程中，及 之间