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4.2 热力学第一定律 教案1
●教学目标 一、知识目标
１.能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，公用Δu=W+Q分析和计算问题.
2.能综合运用学过的知识，有关计算，分析，解决有关问题. 二、能力目标
１.会用热力学第一定律Δu＝W＋Ｑ分析和计算问题； 2.会用能量转化和守恒的观点分析物理现象. 三、德育目标
通过形形色色的永动机设计方案的失败，使学生明白不可能不付出代价就从自然界创造动力，而只有有效地利用自然界提供的各种能源.
●教学重点
能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用Δu=W+Q分析和计算问题.
●教学难点
如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象，如何综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算、分析、解决有关问题.
●教学方法
讲练法、分析归纳法、阅读法 ●教学用具 投影仪、投影片 ●课时安排 1课时
●教学过程
［投影］本节课的学习目标：
１.掌握热力学第一定律及其公式表达，能够从能量转化的观点理解这个定律； 2.会用公式Δu=W+Q分析和计算问题； ●学习目标完成过程 一、引入
［问］改变物体内能的方式有哪些？
［学生］做功和热传递是改变物体内能的两种方式.
［教师］既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么功，热量跟内能的改变之间一定有某种联系，本节课我们就来研究这个问题.
二、新课教学
（一）热力学第一定律 ［投影］
1.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么： ①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？
②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？
2.一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？ ②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？
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［学生解答思考题］ 教师总结
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；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少.
如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少.
［问］如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？
［板书］Δu=W+Q
［介绍］该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律.
［投影］定律中各量的正、负号及含义
物理量 符号 + + + 意义 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 符号 － － - 意义 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 W Q Δu ［投影］例题
一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功３００ J，但这一过程中气体的内能减少了300 J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？
解：由题意知
Ｗ＝300 J Δu=- 300 J，根据热力学第一定律可得:Q=Δu-W=-300 J-300 J=-600 J Q为负值表示气体放热，因此气体放出６００J的热量. ［强化训练］
1.如图所示，用力Ｆ压缩气缸中的空气，力Ｆ对空气做了1800 J的功，同时气缸向外放热2000 J，空气的内能改变了多少？
2.关于物体内能的变化，以下说法中正确的是 . A.物体吸收热量，内能一定增大 B.物体对外做功，内能一定减少
C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 参考解答：
1.由热力学第一定律：Δu=W+Q
得：＋1800 J+(-2000 ) J=Δu ∴Δu=-200 J 即空气内能减少了200 J
2.解析：根据热力学第一定律Δu=W+Q，物体内能的变化与外界对气体做功（或气体对外界做功），气体从外界吸热（或向外界放热）两种因素有关，物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故Ａ错，同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，Ｂ错；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，Ｃ正确.而放热与对外做功是使物体内能减小，所以Ｄ错.
所以本题正确答案为Ｃ ［强化训练］
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１.如图所示，Ａ、Ｂ容器中各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定，Ａ、Ｂ底部由带有阀门Ｋ的管道相连，整个装置与外界绝热，原先Ａ中水面比Ｂ中高，打开阀门，使Ａ中的水逐渐向Ｂ中流，最后达到平衡，则在这个过程中，大气压力对水做功是 ，水的内能增加为 （设水的密度为ρ，活塞面积分别为SA、SB，原来Ａ、Ｂ中高度差为h）
2.如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的Ａ、Ｂ两部分气体，Ａ的密度小，Ｂ的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热Ｑ，气体内能增量为Δu，则 .
图1 A.Δu=Q B.ΔU＜Q C.Δu＞Q D.无法比较
３.光滑的水平桌面上有一块质量M=400 g的木块，被一颗质量m=20 g以水平速度
v=500 m/s飞行的子弹击中，子弹射出木块时的速度v=300 m/s.若子弹击中木块的过程中，系统损失的机械能全部转化为内能，其中η=41.8%部分被子弹吸收使其温度升高，已知子弹的比热c=125 J/kg·℃，试求子弹穿过木块过程中升高的温度.
参考答案：
1.打开阀门Ｋ后，根据连通器原理，最后Ａ、Ｂ两管中的水面将相平，即Ａ中的水面下降，Ｂ中的水面上升，设Ａ中水面下降h1，Ｂ管水面上升的距离为h2，由于水的总体积保持不变，故：SAh1=SBh2
A管中的水受到向下的大气压力，与水面下降的方向相同，所以大气压力对水做正功，设大气压强为p0，对水做的功为Ｗ１，则：
W1=F1h1=p0SAh1
B管中的水也受到向下的大气压力，与水面上升的方向相反，所以大气压力对水做负功，用Ｗ２表示大气压力做的功，有：
Ｗ２＝－Ｆ２h2= -p0SBh2
大气压力对水做的总功为：W=W1+W2=p0S1h1-p0S2h2 又S1h1=S2h2 所以W=0 即大气压力对水不做功
阀门打开后，水从高处流向低处.在这个过程中水的重力做正功，所以水的内能增加量等于水的重力势能的减小量.
2.解：Ａ、Ｂ气体开始的合重心在中线下，混合均匀后重心在中线，所以系统重力势能增大，由能量守恒知，吸收热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能.
3.解：子弹穿过木块过程中，水平方向不受外力，由动量守恒可算出木块获得的速度，根据子弹长一木块系统损失的机械能可算出产生的热能，由此可算出子弹所升高的温度.
设子弹穿出木块后，木块的速度设为V,则mV=mV1+MV
即V?m(v?v1)20?(500?300)?m/s?10m/s，子弹与木块系统损失的机械能 M400111mV2?LmV12?MV2)222
111??20?10?3?5002J?(?20?10?3?3002??400?10?3?102)J?1580J222?E?据能量守恒定律，子弹穿越过程中系统增加的内能为:Δu=ΔE=1580 J设子弹升高温度为Δt,则：ηΔu=cmΔt
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∴Δt=
41.8%?1580℃=264 ℃
125?20?10?3三、小结
本节课我们主要学习了
热力学第一定律：热力学第一定律是研究功、热量和内能改变之间关系的. 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所作的功Ｗ加上物体从外界吸收的热量Ｑ等于物体内能的增加Δu.
即Δu=Q+W
该定律既适用于外界对物体做功，物体吸热，内能增加的情况，也适用于物体对外做功.向外界散热和内能减少的情况.
为了区别以上两种情况，在应用Δu=Q+W进行计算时，它们的正负号规定如下： W＞0,表示外界对系统做功；Ｗ＜0,表示系统对外界做功；Q＞0,表示系统从外界吸热；Ｑ＜0，表示系统向外界放热；Δu＞0,表示系统内能增加；Δu＜0,表示系统内能减少；
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