3.2热力学第一定律 教学设计 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.2 热力学第一定律 【教学目标】 1．理解物体跟外界做功和热传递的过程及W、Q、ΔU的物理意义。 2．理解热力学第一定律ΔU＝W＋Q，会用ΔU＝W＋Q分析和计算有关问题。 【教学重难点】 教学重点：热力学第一定律的推导与运用。 教学难点：运用热力学第一定律公式时各物理量的正、负号的意义及确定。 【教学过程】 教学 环节 教师活动 学生活动 设计 意图 新课引入 回顾焦耳的两个实验： 单纯地对系统做功做功：ΔU＝W 单纯地对系统传热：ΔU＝Q 汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？ 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量： ΔU＝W＋Q 热力学第一定律 热力学第一定律： 1.内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 2.表达式： 3.几种特殊情况（气体） ①等温过程：内能不变，ΔU＝0，W+Q=0，W=-Q ②等容过程：体积不变，W＝0，ΔU=Q ③绝热过程：Q＝0，ΔU=W 4.中各个物理量的符号如及含义 压缩气体，外界对气体做功，内能增加；气体不自由膨胀，气体对外界做功，内能减小；气体自由膨胀，体积也增加，气体对外界不做功，内能不变。 5.热力学第一定律的应用——一般的解题步骤： ①确定研究对象 ②根据符号法则写出各已知量（W、Q、∆U）的正负。 ③代入方程ΔU＝W＋Q 求出未知量。 ④再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功和内能增减情况。 计算对气体做功的两个实例： 气体等压变化时，p-V图与坐标轴所围面积即做功多少；缓慢推动活塞使其发生很小的位移ΔW=FΔx =pSΔx =pΔV 思考与讨论： 给旱区送水的消防车停在水平地面上，如图所示。在缓慢放水过程中，若车胎不漏气且胎内气体温度不变，不计分子间的势能，试分析气体的吸放热情况。 答案：由于车胎内气体温度不变，故气体分子的平均动能不变，内能不变，即ΔU=0。放水过程中车胎内气体体积增大，对外做功，即W<0 ，由ΔU = W + Q可知， Q>0 ，即气体吸热。 课堂巩固： 1.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(若不计气泡内空气分子的势能)，则下列说法正确的是B A.气泡对外做功，内能不变，同时放热 B.气泡对外做功，内能不变，同时吸热 C.气泡内能减少，同时放热 D.气泡内能不变，不吸热也不放热 2.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是B A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C.W＝-8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D.W＝-8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J 3.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0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图甲)，内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，压缩过程中气体传递给汽缸的热量为25 J。 （1）求上述压缩过程中气体内能的变化量。175J （2）燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1 m，其做的功相当于9×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图乙)，该做功过程气体传递给汽缸的热量为30 J，求此做功过程气体内能的变化量。920J 【本课小结】狭缝与振动方向垂直 1. 气体体积增大，气体对外做功。 2. 一定质量的理想气体的内能仅与温度有关 3. 等压变化气体膨胀对外做功：W=PΔV 4. ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，Q的正负判断是吸热还是放热 【课后作业】 【板书设计】 学科网（北京）股份有限公司 $$