热力学第一定律教案[小编推荐]

第一篇：热力学第一定律教案[小编推荐]

教学重点：热力学第一定律和能量守恒定律

教学难点：永动机

一、热力学第一定律

改变物体内能的方式有两种：做功和热传递．

运用此公式时，需要注意各物理量的符号：物体内能增加时，为负；外界对物体做功时，为负．

为正，物体对外界做功时，为正，物体内能减少时，为负；物体吸收热量时，为正，物体放出热量时，例1：下列说法中正确的是：

A、物体吸收热量，其内能必增加

B、外界对物体做功，物体内能必增加

C、物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少

D、物体温度不变，其内能也一定不变

答案：C

评析：在分析问题时，要求考虑比较周全，既要考虑到内能包括分子动能和分子势能，又要考虑到改变内能也有两种方式：做功和热传递．

例题2：空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量2.0 ×105J，同时空气的内能增加了1.5 ×105J.这时空气对外做了多少功？

解：根据热力学第一定律

知

1.5 ×105J-2.0 ×105J =-0.5 ×105J

所以此过程中空气对外做了0.5 ×105J的功．

二、能量守恒定律

1、复习各种能量的相互转化和转移

2、能量守恒定律：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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变．（学生看书学习能量守恒定律内容）．

3、能量守恒定律的历史意义．

三、永动机

永动机的原理违背了能量守恒定律，所以是不可能的．

举例说明几种永动机模型

四、作业

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。

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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：《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？

第四篇：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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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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第五篇：工程热力学-热力学第一定律讲稿

热力学第一定律

一、热力学第一定律的实质

自然界的物质处于不断地变化中，转化中的守恒与守恒中的转化时自然界的基本法则之一。人们从无数的实践经验中总结出：自然界一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，各种不同形式的能量都可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种能量形式转变到另一种能量形式，但在转移过和转变程中，它们的总量保持不变。这一规律称为能量守恒与转换定律。

而热力学第一定律就是能量守恒与转换定律在热现象中应用，它确定了热力工程中热力系与外界进行能量交换时，各种形态的能量在数量上的守恒关系。在工程热力学中热力学第一定律可以表述为：热可以变为功，功也可以变为热，一定的热量消失时必产生相应的功，消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。

二、热力系统常用到的能量形式

（一）、储存能

1、内储存能／热力学能（U）：

组成热力系统的大量微观粒子本身所具有的能量。热力学能是下列各种能量的总和：（1）分子热运动所形成的内动能。

（2）分子间相互作用力所形成的内位能。

（3）构成分子的化学能和构成原子的的原子能。

2、外储存能（1）宏观动能（Ek）：相对于热力系统以外的的参考坐标，由于宏观运动速度

而具有的能量。Ek12mc2f

（2）重力位能（Ep）：在重力场中，热力系统由于重力作用而具有的能量。

Epmgz

3、热力系统的总储存能（E）： 是内储存能与外储存能之和，即： EUEkEpU eu12cf212mc2fmgz 或

gz

（二）迁移能：能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式做功和传热，传递过程中的功

量和热量称为迁移能。热力系统与外界存在势差时，进行的能量交换途径有三种：功量交换、热量交换、质量交换。

1、功量（1）体积功：在压力差的作用下，热力系统体积膨胀或收缩时与外界交换的功量。

（2）轴功（Ws）：热力系统通过叶轮机械的轴和外界交换的功量。

2、热量：系统与外界在温差的推动下通过微观粒子的无规则运动而传递的能量。

3、随质量交换传递的能量

（1）流动工质的储存能：流动工质本身具有热力学能、宏观动能和重力位能，会随工质的的流进（流出）系统而带入（带出）系统。这部分能量为：

EU12mc2fmgz 或 eu12cf2gz

（2）流动功（推动功）（Wf）：工质在开口系统中流动而传递的功。流动功与体积功不同，流动功只有在工质流动过程中才会出现，做流动功时工质的流动状态不发生变化，当然也不存在能量形态的转化，工质做流动功是只起到传递能量的作用。

W fpV2PV1 或 wf1

p2v2p1v1

三、热力学第一定律的基本能量方程

设想有一热力系如上图所示，其总能量为 EUEkEp 假定这一热力系在一段极短的时间d内从外界吸收了微小的热量Q,又从外界流入了每千克总能量为e1的质量m1与此同时热力系对外界做出了微小的总功Wtot，并向外界流出了每千克总能量为e2的质量m2，经过时间d后，热力系的总能量变为EdE。

热力学第一定律的能量方程，就是系统变化过程中的能量平衡方程式，文字表达式为：加入热力系的能量总和 — 热力系输出的能量总和 = 热力系总能量的增量

即：

Qe1m1Wtote2m2EdEE

QdEe2m2e1m1Wtot

（1）

对有限长时间积分得 ：

QEe2m2e1m1Wtot

（2）

式（1）和式（2）为热力学第一定律最基本的表达式，适用于任何工质进行的任何无摩擦或有摩擦的过程。

四、闭口系统的能量方程

在闭口系统中，（1）热力系的宏观能量变化很小，宏观动能和重力位能可以忽略，因此，热力系中能量的变化就等于热力学能的变化量，即：EU。（2）另外对于闭口系统它与外界无质量交换，即：m10 m20（3）所做的功是体积功。所以闭口系统的能量方程可简化为：

微元热力过程下：QdUW;qduw 总热力过程下

：QUW;quw

五、开口系统的能量方程

在实际工程中，工质要在热力装置中循环不断的流经各相互衔接的热力设备，完成不同的热力过程实现能量转换对这类有工质流进和流出的热力设备（如燃气轮机、汽轮机、叶轮 2

式压气机）常采用开口系统即控制体积的分析方法。

我们把控制体内质量和能量随时间而变化的过程称为不稳定流动过程。把系统内质量和能量不随时间变化，各点参数保持一定的称为稳定流动过程。下面从最普遍额不稳定流动过程着手导出开口系统的能量方程。

设控制体在到d的时间内进行一个微元热力过程。在这段时间内控制体截面处流入的工质质量为m1，流出的工质质量为m2，控制体从热远处吸热Q，对外做轴W，进出口截面相对参考系的高度分别为z1和z2，控制体积内储存能的增量为dEcv，则控制体的能量输入与输出情况如下： 进入控制体的能量=Qh112cf1gz1m1 212cf2gz2m2 2离开控制体的能量=Wsh2控制体储存能的变化 dEcvEdEcvEcv 根据热力学第一定律建立能量方程得：

1122 Q+h1cf1gz1m1h2cf2gz2m2WsdEcv

22整理得：

1122 Q=h2cf2gz2m2h1cf1gz1m1WsdEcv

22

六、稳定流动的能量方程

当流体流过开口系统时，有能量的输入和输出，此时输入的能量、输出的能量及系统积累的能量分别为：

（1）流入的能量：流入流体携带的热力学能、宏观动能及位能、流体流入时得到的流动能、流体从外界获得的热能。流入的能量具体为： 微观能即热力学能：U1m1u1 宏观动能：Ek112m1c1

2宏观位能：Ep1m1gz1 流体流动能：PVm1P1v1 11流体从外界获得的热能为：Q

（2）流出的能量：流出流体携带的热力学能、宏观动能及位能、流体流出时得到的流动能、流体通过转动部件对外界传出的机械能。流出的能量具体为： 微观能即热力学能：U2m2u2 宏观动能：Ek212m2c2

2宏观位能：Ep2m2gz2 流体流动能：P2V2m2P2v2 热力系对输出的机械能为：W

则根据热力学第一定律，应有：E1E2dE

Q 其中：E1U1Ek1Ep1PV11E2U2Ek2Ep2P2V2W

即：

m1u112m1c1m1gz1m1P1v1QdEm2u22122m2c2m2gz2m2P2v2W

开口稳定流动系统定义及特征：热力系中各个参数稳定，即无能量和质量的积累。开口稳定流动系统满足的表达式：m1m2m

dE0 则热力学第一定律在开口稳定流动热力系中的具体表达式为：

21212化简为：Qm((upvcgz)2(upvcgz)1)W

22m((upv)112c1gz1)Qm((upv)221c2gz2)W

2其中：hupv

代入即： Qm((h12cgz)2(h122212cgz)1)W

12cgz)1w

22单位kg的热力系：q(hcgz)2(h

七、热力学第一定律的具体应用 换热器中的应用：qh2h1 内燃机中的应用：wh1h2 喷管中的应用：12ch1h2 2压缩机的应用：wh2h1