六、热力学第一定律 能量守恒定律 教案示例

第一篇：六、热力学第一定律 能量守恒定律 教案示例

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二、热力学第一定律

能量守恒定律

教学目的

1．理解、掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义． 2．会确定W、Q、ΔU的正负号． 3．理解热力学第一定律ΔU＝W＋Q． 4．会用ΔU＝W＋Q分析和计算问题． 5．理解、掌握能量守恒定律及重要性．

6．会用能量守恒的观点分析、解决有关问题，明确它的优越性． 7．知道第一类永动机不可能成功的原因． 教具

柴油机模型、电动机、灯泡、打气筒、多媒体． 教学过程 ●引入新课

我们在前面学习了改变内能的两种方法：做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么样的规律呢？今天我们就来研究这些问题．

【板书】

一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义

1．做功：做功使物体内能发生变化，本质是能量的转化，是一种形式的能向另一种形式的能转化，功是能量转化的量度．

2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给另一个物体，传递的能量用热量Q表示．

3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度变化和体积变化． 【板书】

二、W、Q、ΔU正负号确定

1．W，外界对物体做功，W取正；物体对外界做功，W取负． 2．Q，物体吸热，Q取正；物体放热，Q取负．

3．ΔU，物体内能增加，ΔU取正；物体内能减少，ΔU取负． 【板书】

三、W、Q、ΔU三者之间关系

在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，它们遵守下列关系： ΔU＝W＋Q 这就是势力学第一定律，它表示了功、势量跟内能改变之间的定量关系．

例：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？

启发学生讨论：1．引起物体内能变化的物理过程有哪两种？2．物体内能增加量大于物体从外界吸收的热量是什么原因？3．怎样找W、Q、ΔU的正负值．

引起物体内能变化的物理过程有两种，做功和热传递；物体内能增加量大于物体从外界吸收的热量，是由于还有做功，一定是外界对气体做了功．W＝？，Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，代入4.2×105＝2.6×105＋W ∴W＝(4.2－2.6)×105＝1.6×105(J)W为正值，说明是外界对气体做了1.6×105J的功．

观看柴油机模型，用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理．

活塞压缩气体，活塞对气体做功，由于时间很短，散热可忽略，机械能转化为气体内能，温度升高，达到柴油燃点，可“点燃”柴油．

做功和热传递能使物体内能改变，能量在转化或转移过程中守恒．不仅机械能，其它形式的能也可以与内能相互转化，如电流通过灯泡钨丝变热发光，电能转化为内能和光能(出示电灯泡)．燃料燃烧生热，化学能转化成内能，实验证明：在这些转化过程中，能量都是守恒的．

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http://www.xiexiebang.com 【板书】

四、能量守恒定律 同学们看课文

再看一段录像：风力发电、电动机带动水泵抽水，汽车在公路上行驶，水电站、植物生长等，同时利用投影仪打出讨论题目：

1．能量守恒定律的内容？ 2．各种机器的作用是什么？

3．风力发电是什么能转化成什么能？

4．化学上电解食盐的过程，是什么能转化成什么能？ 5．为什么说：能量守恒定律是伟大的运动基本规律？ 6．第一类永动机为什么不能成功？ 7．举出一些生活中能量守恒的实例． 讨论总结： 1．见课本．

2．各种机械都是能量转化器． 3．是机械能转化为电能． 4．是电能转化成化学能．

5．能够把各个领域联系起来，具有共同语言． 6．因为它违背了能量守恒定律．

7．举不胜举．能量守恒是自然界最普遍的规律之一． 能量守恒，就是能量既不会多，也不会少，总量不变． ●巩固练习

1．某一家庭用高压锅煮饭，由于皮垫用久了，当水煮沸时跑气了，大量的热气喷到了距高压锅2米以外的小张手上，但并没有烫伤，为什么？

2．一定质量的气体，从外界吸收了2.6×105J的热量，内能只增加了1.6×105J，做功情况如何？ 3．进入冬季，教室与教研室采暖设计一样，但教室温度比教研室高，为什么？ 参考题

1．炮兵训练打靶时，炮弹在炮膛中加速飞出炮口的过程中，炮膛中的火药气体温度是变化很大还是很小？说明理由．

2．一瀑布，落差30m，假如在下落过程中机械能减少量全部转化成水的内能，水的温度升高多少？[水的比热容为4.2×103J/(kg℃)] 3．说明下列现象中能量是怎样转化的？[

] A．水电站发电时，水轮机被水流冲击转动，带动发电机发电．

B．利用地热发电． C．化学上的电镀过程．

D．植物生长过程． 说明

1．热力学第一定律ΔU＝W＋Q中各字母正负值确定是个难点，难就难在物理意义不清楚．

2．各种能量在一定条件下可以相互转化，转化过程中总能量守恒．这是一个意识问题，或者说是悟性，从内心深处感觉到总能量不变．这是很重要的物理思想．

3．以前我们学习的机械能守恒定律，动能定理等，还有刚学的热力学第一定律，都可以统一在能量守恒定律之中．比如说，汽车刹车直到停下的过程中，动能减少，内能增加．或者说，汽车克服摩擦力所做的功等于增加的汽车动能．

三理想气体状态方程

一、理想气体状态方程

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http://www.xiexiebang.com 1．理想气体

提问：什么气体可以看做是理想气体？ 学生活动

能严格遵守气体实验定律的气体．

压强不太大、温度不太低（常温、常压）的实际气体． 2．一定质量的某种理想气体的状态方程

（1）推证理想气体的状态方程的理论依据是什么？ 气体实验定律．

补充：气体状态参量间的变化与过程无关．（2）推证过程：（要求学生在课下完成）（3）结论：

此式反映的是n个状态间过程的联系．（4）推论：

对一定质量的理想气体，设密度为ρ，有V=m/ρ，则

[例1]教室的容积是100m3，在温度是7℃，大气压强为1.0×105Pa时，室内空气的质量是130kg，当温度升高到27℃时大气压强为1.2×105Pa时，教室内空气质量是多少？

分析：

（1）研究对象是教室内的气体吗？（2）气体的初末态如何确定？ 学生回答问题：（1）教室内的气体不能作为研究对象，因为教室内气体的质量发生了变化，有可能是外面的气体跑进教室，也有可能是教室的气体跑到外面．所以以原来教室内的130kg的气体为研究对象，才能根据理想气体的状态方程求解．

（2）初态：p1=1.0×105pa，V1=100m3，T1=273+7=280K 末态：p2=1.2×105Pa，V2=？，T2=300K根据理想气体状态方程：

二、热力学第一定律在理想气体等值变化过程中的应用 1．理想气体的内能

理想气体的分子间作用力为零，分子势能为零，所以理想气体的内能等于分子动能．那么决定一定质量的某种理想气体的内能的宏观标志是什么？

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http://www.xiexiebang.com 温度T 2．几个等值变化过程（1）绝热过程．

绝热一般指封闭气体的材料绝热或过程完成得迅速，此过程的特点是热量Q=0，那么同学们可以讨论当一个绝热气缸内的气体向外膨胀的过程中，气体的内能如何变化？气体的温度如何变化？

当一个绝热气缸内的气体向外膨胀的过程中，气体的体积变大，气体对外做功，又因为是绝热过程，气体既不吸热也不向外界放热，根据热力学第一定律，其内能减小，气体的温度降低．

（2）等温过程．

等温过程中气体的温度保持不变，所以其内能不变．那么当一定质量的理想气体的压强增大，系统是吸热还是放热？

因为是等温过程，所以系统的内能不变；根据玻-马定律，当气体压强增大时，气体的体积变小，外界对气体做功；根据热力学第一定律，系统向外界放热．

（3）等容过程．

等容过程的特点是什么？那么当一定质量的理想气体的压强增大，系统是吸热还是放热？

体积不变，所以做功W=0；根据查理定律，气体的压强增大，则温度升高，内能变大；根据热力学第一定律，系统从外界吸热．

（4）等压过程．

等压过程的特点是什么？那么当一定质量的理想气体的体积增大，系统是吸热还是放热？

第四节

空气的湿度

一、引入 ［放录像］

地上的水、江河湖海里的水，以及动植物的表皮以及动物的呼吸也在不断地散发出水蒸汽，使得我们周围的空气中含有水蒸汽.

［教师］一定体积的空气中含的水蒸气越多，空气就越潮湿，含的水蒸气越少，空气就越干燥，本节课我们就来学习空气的湿度.

二、新课教学

（一）空气的湿度 ［投影］阅读思考题

1.什么叫空气的绝对湿度？为什么空气的湿度不用单位体积的空气中所含水蒸气的质量来表示？ 2.水蒸发的快慢，动物感觉到的干燥和湿润，与什么有关？有什么关系？ 3.什么叫相对湿度？

［学生活动］阅读课文有关内容并解答阅读思考题 ［师生总结］

1.空气中所含水蒸气的压强叫做空气的绝对湿度.

2.由于直接测量空气中水蒸气的密度比较困难，所以不用空气中所含水蒸气的密度来表示空气的绝对湿度.

3.水蒸发的快慢，动物感觉到的干燥或湿润，不是完全由空气绝对湿度的大小决定的，而是跟空气中的水蒸气离饱和状态的远近有关系.

在空气的绝对湿度一定的情况下，气温高时水蒸气离饱和状态远，水蒸发的快，气温低时水蒸气离饱和状态近，水蒸发的慢.

当人体中的水蒸发的快时，我们就感到空气比较干燥，反之，我们就感到空气很潮湿.4.某温度时空气的绝对湿度跟同一温度下水的饱和气压的百分比，叫做此温度下空气的相对湿度. 求解公式为：

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http://www.xiexiebang.com B=p×100% psp→空气的绝对湿度→单位（Pa)

pS→同一温度下水的饱和气压→单位（Pa) B→相对湿度 ［强化训练］

1.在潮湿的天气里，洗了的衣服不容易晾干，为什么？

2.在绝对湿度相同的情况下，夏天和冬天的相对湿度哪个大？为什么？

3.当空气的绝对湿度是1.2×103Pa，气温是15℃时，空气的相对湿度是多大？ ［学生活动］ 解答强化训练题

1.在潮湿的天气里，空气的湿度大，空气中的水蒸气接近饱和，水份不容易蒸发，所以洗了的衣服不容易晾干.

2.在绝对湿度相同的情况下，水的饱和汽压ps在温度高时大，温度低时小，根据B=冬天的相对速度大.

3.解：

∵p=1.2×103Pa

查表得ps=1.705×103Pa

p夏天和冬天相比，ps1.2103p∴B===70.4% 3ps1.70510［讨论］

1.当空气的绝对湿度一定时，白天为什么我们感觉到比较干燥，而夜晚却感到很潮湿？ 2.水的饱和汽压随温度如何变化？ ［学生活动］ 解答讨论题

1.由课文饱和汽压表可知：

在绝对湿度一定的情况下，在白天，水蒸气离饱和状态较远，我们就感觉到空气比较干燥，而在夜晚气温降低，饱和汽压降低，水蒸气接近饱和，我们就感觉到空气很潮湿.

2.水的饱和汽压随温度的升高而升高. ［教师］

由于水的饱和汽压随温度的升高而升高，所以当绝对湿度一定时，空气里的未饱和汽将逐渐接近饱和，当气温降到某一温度时，水蒸气将达到饱和状态，这时将有水蒸气凝结成水，在物体表面上形成一层细小的露滴.

［板书］

使空气里的水蒸气刚好达到饱和时的温度叫做露点. ［讨论］

根据露点和气温的差值，能否判断出相对湿度的大小？ ［学生活动］ 解答讨论题

空气中含的水蒸气多，气温只要少许降低一点，就达到露点，水蒸气就达到饱和，反之空气中含的水蒸气

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http://www.xiexiebang.com 少，气温要降低很多，才能达到露点，水蒸气才达到饱和，所以根据露点和气温的差值，可以大致判断出空气中水蒸气的饱和程度，从而判断出相对湿度的大小.

（二）湿度计

［实物投影］课本图13~24的干湿泡湿度计. ［投影］

介绍干湿泡温度计的构造：

1.干湿泡温度计是由两支完全相同的温度计组成的. 2.分别观察两支温度计的特征： 从实物投影观察到：

温度计B的感温泡上包着棉纱，棉纱的下端浸在水中 而A中的感温泡是干燥的

→这就是干湿泡温度计名称的由来.

3.学生阅读课文，叙述干湿泡温度计的原理： 由于水的蒸发，温度计B指示的温度总是低于温度计A的，空气的相对湿度越小，其中的水汽离饱和越远，湿泡温度计B上的水蒸发得越快，温度就降得越低，两支温度计的温度差越大.空气的相对湿度越大，其中的水汽越接近饱和，温度计B上的水蒸发得越慢，A、B的温度差就越小，所以干湿泡温度计的温度差的大小跟空气的相对湿度有直接关系.

把不同温度时相应于不同的干湿泡温度差的相对湿度计算出来，绘制成表或画成曲线，根据干湿包湿度计上A、B两支温度计的读数，从表或曲线上很快就可以算出空气的相对湿度.

三、小结

本节课我们主要学习了：

1.空气的湿度是指空气的干湿程度，它是由空所中所含水蒸气的多少来决定的，空气的湿度可以用绝对湿度和相对湿度来表示.

2.空气越潮湿，空气中所含水蒸气的密度越大，水蒸气的压强也越大，由于测量水蒸气的压强要比测量水蒸汽的密度容易得多，因而人们便利用空气中所含水蒸气的压强来表示空气的湿度，称为空气的绝对湿度.

3.人们对空气湿度的关注，往往不直接体现在空气中所含水蒸气的多少上，而是体现在空气中的水蒸气离离饱和状态的远近上，空气中的水蒸气越接近饱和状态，那么空气中水蒸气的压强跟同温度下水的饱和汽压就越近，它们的比值必然越大.

某温度时空气的绝对湿度p与同一温度下水的饱和气压ps的百分比来表示空气的湿度，称为空气的相对湿度B.

即B=p×100% ps4.空气的湿度可以用湿度计来直接测量，常用的湿度计有干湿泡湿度计.

四、作业

课本P85练习六：

五、板书设计

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六、本节优化训练设计

1.当气温突然下降时，空气的相对湿度将___________.

A.增大

B.减小

C.不变

D.不能确定 2.下列说法正确的是___________. A.空气的绝对湿度大时，水的蒸发慢

B.水蒸气的密度一定时，湿度越高相对湿度越小 C.气温低时空气的相对湿度一定大

D.气温降至露点时空气的相对湿度为100%

3.已知20℃时水的饱和汽压是2.338×103Pa，12℃时水的饱和汽压是1.402×103Pa,若20℃时空气的相对湿度是70%，则此时的露点t是___________

A.t＞20℃

B.12℃＜t＜20℃

C.t=12℃

D.t＜12℃

4.用测定露点的方法可以确定空气的绝对湿度和相对湿度，设气温为t1,测得其露点为t2，如何得出气温为t1时的绝对湿度和相对湿度.

参考答案：

1.A

2.BD

3.B

4.p=ps2,B=

ps2×100% ps1亿库教育网

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第二篇：热力学第一定律 能量守恒定律教案

热力学第一定律 能量守恒定律

一、教学目标

1．知识目标：

（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。（2）会确定的W、Q、ΔU正负号。（3）理解热力学第一定律ΔU =W+Q（4）会用ΔU =W+Q分析和计算问题。

（4）理解能量守恒定律，能列举出能量守恒定律的实例；（5）理解“永动机”不能实现的原理。2．能力目标：

在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU =W+Q，并会用ΔU =W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。

3．物理学方法教育目标：

能量守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用能量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。

二、重点、难点分析

1．重点内容是热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最基本的定律。学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。

2．运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。

三、教学方法

教师讲解，课件演示，指导学生看书

四、教具

计算机、大屏幕、自制多媒体课件

五、教学过程（－）引入新课

上节课我们学习了改变内能的两种方式，做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么规律呢？这节课我们就来研究这些问题。

【板书】第六节

热力学第一定律

能量守恒定律

（二）进行新课

【板书】

一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义

1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。

2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。

3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。

【板书】

二、W、Q、ΔU正负号的确定

1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。

3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体减少，ΔU取负值。【板书】

三、W、Q、ΔU之间的关系

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．

一个物体，如果它既没有对外做功，也没有其他物体对它做功，那么，它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少．

如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和．用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么ΔU=Q+W 这个式子所表示的，内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．

【例题】 一定量的气体从外界吸收了2.6×10J的热量，内能增加了4.2×10J．外界对气体做了多少功？

解

由(1)式得 W=ΔU－Q =4.2×10J－2.6×10J =1.6×10J 外界对气体做的功是1.6×10J． 思考与讨论

上题中，如果气体吸收的热量仍为2.6×10J，但是内能只增加了1.6×10J，计算结果W将为负值．怎样解释这个结果？一般地讲，ΔU、Q、W的正值和负值各代表什么物理意义？

【板书】

四、能量守恒定律

【课件演示】让学生先看几个能量转化的例子（增强感性认识）1．机械能与内能转化过程中能量守恒

（1）运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，既不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。

（2）把一铁块放入盛有水的烧杯中，用酒精灯加热烧杯内水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。

555555

5一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即

W+Q=ΔE 上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。

2．其他形式的能也可以和内能相互转化

（1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。

（2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映幻灯片）

① 电炉取暖：电能→内能 ② 煤燃烧：化学能→内能 ③ 炽热灯灯丝发光：内能→光能

（3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析：

3．能量守恒定律

大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。

在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。

4．永动机不可能制成

历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。

5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算

例题：用铁锤打击铁钉，设打击时有80％的机械能转化为内能，内能的50％用来使铁钉的温度升高。问打击20次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1.2kg，铁锤打击铁钉时的速度是10m/s，铁钉质量是40g，铁的比热是5.0×10J/（kg·℃）。

首先让学生分析铁锤打击铁钉的过程中能量的转化。

归纳学生回答结果，指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉吸收，使它的温度升高。如果用ΔE表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M和m表示，铁锤打击铁钉时的速度用v表示。依据能的转化和守恒定律，有 5 铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的，因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量，这热量就是铁钉的内能增加量。因此有

Q=cmΔt 上式中c为铁钉的比热，Δt表示铁钉的温度升高量。将上面两个公式联立，20Mv280%50%24℃ 得出t2cm经计算得出铁钉温度升高24℃。在这个物理计算过程中突出体现了如何应用能的转化和守恒定律这一基本原理。

应该注意，有的同学把上述题目中铁锤打击铁钉过程中的能量转化，说成“铁锤做功转化为热量”是不正确的。只能说做功与热传递在使物体内能改变上是等效的。

（三）课堂小结

热力学第一定律表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系；自然界各种形式的能存在着相互转化过程，转化过程中总量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。

同学们要会分析一些自然现象中能是怎样转化的。

应该知道，根据能量守恒定律，永动机是不可能制造成功的。

通过课上的例题计算，学会运用能的转化和守恒定律解决物理问题的方法。

（四）说明

热力学第一定律和能量守恒定律是学生进入高中物理阶段后，第一次完整、细致地学习。此定律对今后学习物理是很重要的一个理论铺垫。教学上要重视，课堂上讲解要细致和透彻。

（五）布置作业

复习本节内容，完成练习六。

课后思考与讨论

有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮．他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了(下图)．

请你分析一下，高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运动下去． 阅读材料

高空的气温为什么低

研究大气现象时常常用到热力学第一定律．通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象，叫做气团，直径上千米．由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响，即(1)式中Q=0，所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少：

ΔU=W 阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升．上升时气团膨胀，推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低．所以，越 7 高的地方，空气的温度越低．对于干燥的空气，大约每升高1km温度降低7℃(图10－13)．

飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在－50℃以下．由于机上有空调设备，舱内总是温暖如春．不过这时空调的作用不是使空气升温，而是降温．高空的大气压比舱内气压低，要使舱内获得新鲜空气必须使用空气压缩机把空气从舱外压进来．在这个过程中，空气压缩机对气体做功，使气体的内能增加，温度上升．如果不用空调，机舱内的温度可能达到50℃以上！

第三篇：能量守恒定律教案

能量守恒定律教案

(一)教学目的

1．知道各种形式的能是可以相互转化的。

2．知道能量在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。(二)教学过程 1．复习

通过这两章的学习，我们初步认识了能量的概念，知道了机械能和内能这两种形式的能量。（通过提问复习能量、机械能和内能的概念）

2．引入新课

我们知道物体的动能和热能，是由物体的机械能运动情况决定的能量，内能跟物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关。物体内部分子的热运动，物体的机械运动都是物质运动的形式，由于运动形式不同，与之相联系的能量也不相同。

3．进行新课

(1)自然界存在着多种形式的能量。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。

(2)在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。

在自然界中能量的转化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。有关能量转化的事例同学们一定能举出许多，课本图2-17中画出了一些农常用的生活、生产设备。请同学分析在使用图中设备时能量的转化。

(3)在能量转化和转移的过程中，能的总量保持不变。大量事实证明，在普遍存在的能量的转化和转移过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量。如在热传递过程中，高温物体放出多少热量（减少多少内能），低温物体就吸收多少热量（增加多少内能）；克服摩擦力做了多少功，就有多少机械能转化为能量，但能量的总量不变。就是说某体损失的能量等于几个物体得到几个物体得到的能量的总和。例如，把烧热的金属块，投到冷水中，冷水，盛水的容器以及周围的空气等，都要吸收热量，它们所吸收的热量总和跟金属块放出的热量相等。再如水电站里，水从高处流下，损失了机械能，一方面由于推动发电机转动而转化为电能，一方面水跟水轮机、管道摩擦而转化为内能。那么水的机械能的损失等于产生的电能和内能的总和。

以上规律是人类经过长期的实践探索，直到19世纪，才确立了这个自然界最普遍的定律——能量的转化守恒定律。通常把它表述为：

能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总保持不变。

4．小结

能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。

(1)能量守恒定律普遍适用。在形形色色的自然现象中，只要有能量的转化，就一定服从能量守恒规律。从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，大到宇宙天体的演变，小到原子核内部粒子的运动，都服从能量守恒的规律。

(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。自然界的各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。电灯发光跟电流有联系，电能转化为光能反映了这种联系。植物生长更不是孤立的，要靠阳光进行光合作用才能生长，光能转化为化学能反映了这种联系。

(3)能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。人类认识自然，就要根据种种自然现象，总结规律，能量守恒定律就是人类总结出的规律之一，而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律。1933年意大利科学家费米，在研究β衰变的过程中发现，能量不守恒。于是他根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未发现的粒子，这就是现在已被科学界公认的中微子。这一事例说明了能明守恒定律，已成为人类认识自然的重要依据。

(4)能量守恒定律是人类利用自然的重要武器。纵观人类科学技术进步的历史，也是一部认识能量、利用能量、实现能量转化的历史。从原始人钻木取火，到水能利用；从蒸汽机发明，到电能的利用；从太阳能，到核能的利用。人类总是在认识、利用能源，逐步实现能量的转化。

第四篇：《热力学第一定律》教案1

《热力学第一定律》

一、改变内能的两种方式：做功和热传递

1．做功可以改变物体的内能

【生活实例】列举锯木头和用砂轮磨刀具，锯条、木头和刀具温度升高，说明克服摩擦力做功，可以使物体的内能增加。如果外力对物体做功全部用于物体内能改变的情况下，外力做多少功，物体的内能就改变多少。如果用W表示外界对物体做的功，用ΔE表示物体内能的变化，那么有W=ΔE。功的单位是焦耳，内能的单位也是焦耳。

【演示】演示压缩空气，硝化棉燃烧。说明外力压缩空气过程，对气体做功，使气体的内能增加，温度升高到棉花的燃点而使其燃烧。

以上实例说明做功可以改变物体的内能。2．热传递可以改变物体的内能

【生活实例】在炉灶上烧热水，火炉烤热周围物体，这些物体温度升高内能增加。这些实例说明依靠热传递方式也可以使物体的内能改变。物体吸收热量，内能增加。物体放出热量，物体的内能减少。如果传递给物体的热量用Q表示，物体内能的变化量是ΔE，那么，Q=ΔE。

热量的计算公式有：Q=cmΔt。热量的单位是焦耳，过去的单位是卡。所以做功和热传递是改变物体内能的两种方式。3．做功和热传递对改变物体的内能是等效的。4．做功和热传递的区别

虽然做功和热传递对改变物体的内能是等效的，但是这两种方式的物理过程有本质的区别。做功使物体内能改变的过程是机械能转化为内能的过程。而热传递的过程只是物体之间内能的转移，没有能量形式的转化。例：

1．在下列过程中，通过热传递增加物体内能的是

[ ] A． 火车经过铁轨后铁轨的温度升高 B．压缩筒内乙醚，使其燃烧

C．铁棒被太阳晒热 D.汽车刹车后，轮胎变热

2．物体的内能增加这是因为

[ ] A．一定是由于物体吸收了热量 B．一定是由于对物体做了功 C．可能是由于物体吸收了热量，也可能是由于对物体做了功 3．说明下列各题中内能改变的方法：

(1)一盆热水放在室内，一会就凉了，______；

(2)高温高压的气体，迅速膨胀，对外做功，温度降低，______。(3)铁块在火炉上加热，一会儿热得发红，______；(4)打气筒给车胎打气，过一会筒壁发热，______’(5)冬天人们往手上呵气取暖，______；(6)两手互相摩擦取暖，______。

二、热力学第一定律、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义

1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。

2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。

3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。

2、W、Q、ΔU正负号的确定

1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。

3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体内能减少，ΔU取负值。

3、W、Q、ΔU之间的关系

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． ΔU=W 一个物体，如果它既没有对外做功，也没有其他物体对它做功，那么，它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少． ΔU=Q 如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和．用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体 吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么 ΔU=Q+W

这个式子所表示的，内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．

物体内能的增加等于物体从外界吸收的热量与外界对物体所做的功的总和。

【例题】

一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．外界对气体做了多少功？

解

由(1)式得 W=ΔU－Q =4.2×105J－2.6×105J =1.6×105J 外界对气体做的功是1.6×105J． 思考与讨论

上题中，如果气体吸收的热量仍为2.6×105J，但是内能只增加了1.6×105J，计算结果W将为负值．怎样解释这个结果？一般地讲，ΔU、Q、W的正值和负值各代表什么物理意义？

第五篇：高中物理 《能量守恒定律》教案

能量守恒定律

本节课的设计，教材继续沿用了前几节的课程模式，先由生活中的实例引出研究问题，然后用实验加以证实，让学生接受这个物理事实.接着再从理论上推导、证明，从而得出结论.这节课教材是从生活中骑自行车上坡的实例入手，引出动能和重力势能在此过程中是在相互转化的.接着通过实验来证实这个转化过程中的守恒结论.最后提出了自然界中最普遍、最基本的规律之一能量转化和守恒定律.机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例，要使学生对定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识，这是能够用该定律解决力学问题的基础.各种不同形式的能相互转化和守恒的规律，贯穿在整个物理学中，是物理学的基本规律之一.能量守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学和动力学知识的进一步综合和展开的重要基础.所以这一节知识是本章重要的一节.机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能.分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能，是本节学习的难点之一.在教学中应让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的.在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面.教学重点1.理解机械能守恒定律的内容；

2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式； 3.理解能量转化和守恒定律.教学难点1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件； 2.能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒.教具准备自制投影片、CAI课件、重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子.课时安排1课时

三维目标

一、知识与技能

1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化； 2.理解机械能守恒定律的内容；

3.在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式； 4.理解能量守恒定律，能列举、分析生活中能量转化和守恒的例子.二、过程与方法

1.初步学会从能量转化和守恒的观点解释现象、分析问题；

2.通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法.三、情感态度与价值观

1.通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题；

2.通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观.培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度.教学过程

导入新课 ［实验演示］

5.测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错.他的看法正确吗？为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？

学生活动：思考老师的问题，讨论、交流，选出代表发表见解.1.因为打点计时器每隔0.02 s打点一次，在最初的0.02 s内物体下落距离应为0.002 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近2 mm的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔t=0.02 s.2.因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，而只需验证12vnghn就行了.23.打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用.4.必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落.5.这个同学的看法是正确的.为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好.教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难.学生活动：学生进行分组实验.数据处理：

明确本实验中要解决的问题即研究动能与重力势能的转化与守恒.在右图中，质量为m的物体从O点自由下落，以地面作零势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：

EA1122mvAmghA, EBmvBmghB 22如果忽略空气阻力，物体下落过程中如果动能的改变量等于势能的改变量，于是有

1122mvAmghAmvBmghB 221122上式亦可写成mvBmvAmghAmghB

22Ea=Eb,即该式左边表示物体由A到B过程中动能的增加，右边表示物体由A到B过程中重力势能的减少.如果实验证明等式成立,说明物体重力势能的减少等于动能的增加.为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点（上图中A点）来进行研究，这时应有：

12mvAmhg.式中2h是物体从O点下落至A点的高度，vA是物体在A点的瞬时速度.1.如何求出A点的瞬时速度vA？

根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度vA.右图是竖直纸带由下而上实际打点后的情况.从O点开始依次取点1、2、3„„图中s1、s2、s3„„分别为0～2点，1～3点，2～4点„„各段间的距离.根据公式vs，t=2×0.02 s（纸带上任意两个相邻的t点间所表示的时间都是0.02 s），可求出各段的平均速度.这些平均速度就等于1、2、3„„各点相对应的瞬时速度v1、v2、v3„„例如：

不仅重力势能和动能可以相互转化，弹性势能和动能也可以相互转化.放开被压缩的弹簧，可以把跟它接触的小球弹出去，这时弹簧的弹力做功，弹簧的弹性势能转化为小球的动能.在弹性势能和动能的相互转化中，如果只有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒.【方法引导】

解决某些力学问题，从能量的观点来分析，应用机械能守恒定律求解，往往比较方便.应用机械能守恒定律解决力学问题，要分析物体的受力情况.在动能和重力势能的相互转化中，如果只有重力做功，就可以应用机械能守恒定律求解.【例题剖析】

（一）机械能守恒条件的判断

［例1］下列关于机械能是否守恒的叙述正确的是（）A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒 B.做匀变速直线运动的物体的机械能可能守恒 C.合外力对物体做功为零时，机械能一定守恒 D.只有重力对物体做功，物体机械能一定守恒 解析：

A.做匀速直线运动的物体，除了重力做功外，可能还有其他力做功，如降落伞在空中匀速下降时，除了重力做功外，空气阻力也对降落伞做功，所以机械能不守恒，不选.B.做匀变速直线运动的物体可能只受重力且只有重力做功，如自由落体运动，物体机械能守恒，应选.C.如降落伞在空中匀速下降时合外力为零，合外力对物体做功为零，除重力做功外，空气阻力也做功，所以机械能不守恒，不选.D.符合机械能守恒的条件，应选.可见，对物体进行受力分析，确定各力做功情况是判定机械能是否守恒的一般程序.［例2］如图所示，斜面体置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑，在物体下滑过程中，下列说法正确的是（）

A.物体的重力势能减少，动能增大

B.物体的重力势能完全转化为物体的动能 C.物体的机械能减少

D.物体和斜面体组成的系统机械能守恒

解析：由于斜面体放在光滑斜面上，当物体沿斜面下滑时，物体实际位移方向和物体所受支持力的方向不垂直，所以支持力对物体做了功（负功），物体的机械能不守恒，物体的机械能减少了，物体对斜面体的压力对斜面体做了功（正功），斜面体的机械能增加了，斜面体的机械能也不守恒.对物体和斜面体组成的系统，斜面体和物体之间的弹力是内力，对系统做功的代数和为零，即不消耗机械能.在物体和斜面体的运动过程中只有重力做功，所以系统的机械能守恒.物体在下滑过程中重力势能减少，一部分转化为物体的动能，另一部分则转化为斜面体的动能.所以本题选ACD.（二）机械能守恒定律的应用

6断物体的机械能是否守恒，所以应透彻理解机械能守恒定律成立的条件，从而正确应用机械能守恒定律解题.布置作业

课本P37作业4、5、6.板书设计

活动与探究

有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮.他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已.机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了（右图）

.请你分析一下，高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运动下去.