1. 热力学第一定律（教学课件）物理教科版选择性必修第三册

Teaching 3.1 热力学第一定律 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 壹 素养目标 （1）了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义。会用功能关系构建内能的概念。 （2）知道做功与传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念。理解做功与内能的改变和传热与内能的改变的关系，会解释相关的现象。 （3）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。 （4）能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。 conclusion 课堂导入 ONE 在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？你能解释这个现象吗？ 课堂导入 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 TWO 知识点讲解 一、焦耳的实验 1.改变系统的热力学状态的方法： 传热 做功 焦耳（James Prescott Joule，1818—1889） 知识点讲解 2.实验一：对系统做机械功 ⑴实验装置 ⑵实验原理 重物下落时带动叶片转动，通过搅拌对绝热容器内的水做功，水由于摩擦而温度上升，即状态发生变化。 ⑶研究对象——热力学系统： 容器中的水 ——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。 知识点讲解 ⑷状态变化过程 系统状态变化过程中，系统不从外界吸热，也不向外界放热。 绝热过程： ⑸焦耳的多次实验测量结论 尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。 知识点讲解 ⑴实验装置 ⑵实验原理 让正在下降的重物带动发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体温度上升。 ⑶焦耳的多次实验测量结论 3.实验二：对系统做电功 对于同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态就发生了同样的变化。 知识点讲解 实验1 重物下落重力做功 叶片搅拌容器中的水 水与叶片摩擦而温度上升 系统从状态1 变为状态2 T1 T2 实验2 系统从状态1 变为状态2 T1 T2 电机发电 电热丝发热 发热丝对水加热温度上升 重物下落重力做功 做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与重物的质量、做功的次数无关。 系统状态通过绝热过程发生变化 做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与做功的方式无关。 知识点讲解 4、内能： 任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在初末两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系.我们把这个物理量称为系统的内能。 ⑵微观定义（分子动理论对内能的定义）： 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 ⑴宏观定义（热力学对内能的定义）： 任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的一种能量，这种能量叫做系统的内能。 知识点讲解 二 、功与内能的改变 在热力学系统的绝热过程中，系统从状态1经过绝热过程达到状态2。 ΔU=U2-U1 ΔU=W 系统内能增量 外界对系统所做的功W Q=0 U1 U2 知识点讲解 在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 知识点讲解 三、热与内能的改变 单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态 水壶温酒 容器中的酒 ——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。 △U＝Q Q T1 T2 U1 U2 ΔU=U2-U1 系统内能增量 即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量。 知识点讲解 1.热传递 两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递。 热传导、热对流、热辐射。 3.发生热传递的条件： 当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差时才能发生热传递。 温度↓ 温度↑ 内能↓ 内能↑ 热量 2.热传递的三种方式： 知识点讲解 4.内能与热量的区别 内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能。 热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能。 知识点讲解 四、热力学第一定律 1.内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 2.公式： 3.物理意义：不仅反映了做功与传热在改变系统内能方面是等效的，而且给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。 ΔU=W+Q ΔU ：物体内能的变化量 W： 外界对物体做的功 Q： 物体吸收的热量 ΔU=U2-U1 知识点讲解 4.定律中各量的正、负号及含义 物理量 符号 意义 符号 意义 W + - Q + - ΔU + - 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 ΔU= Q +W 知识点讲解 不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。 （人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）。 1.永动机 五、永动机不可能制成 知识点讲解 五、永动机不可能制成 1.第一类永动机 概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。 结果：无一例外地归于失败。 原因：根据热力学第一定律，物体对外做功，即W<0;物体做功后回到原来的状态，即∆U=0;则物体一定要从外界吸收热量，即Q>0。可见，要使物体既对外做功又不必吸收热量的第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了热力学第一定律。因此，也有人将热力学第一定律表述为“第一类永动机是不可能制成的”。 conclusion 课堂检测 THREE 课堂检测 1.如果用 Q表示物体吸收的热量，用 即表示物体对外界做的功，把热力学第一定律表示为 Q=ΔU+W，你认为应该怎样理解它的物理意义? 课堂检测 2.用活塞压缩气缸里的气体，对气体做功 1200J，同时气缸向外散热 300J，气缸中气体的内能如何变化，变化了多少? 课堂检测 3.一定质量的气体，从外界吸收了6.2x10J的热量，内能增加了3.5x10J，是外界对气体做功还是气体对外界做功，做了多少功? conclusion 总结与归纳 THREE conclusion 课后作业 FOUR 课后作业 添加分层作业链接 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 $$