2019-2020年高中物理 第三章3.2 《熱力學(xué)第一定律》教案 粵教版選修3-3.doc
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2019-2020年高中物理 第三章3.2 《熱力學(xué)第一定律》教案 粵教版選修3-3 ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.能夠從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解熱力學(xué)第一定律及其公式表達(dá),公用Δu=W+Q分析和計(jì)算問題. 2.能綜合運(yùn)用學(xué)過的知識(shí),有關(guān)計(jì)算,分析,解決有關(guān)問題. 二、能力目標(biāo) 1.會(huì)用熱力學(xué)第一定律Δu=W+Q分析和計(jì)算問題; 2.會(huì)用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象. 三、德育目標(biāo) 通過形形色色的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案的失敗,使學(xué)生明白不可能不付出代價(jià)就從自然界創(chuàng)造動(dòng)力,而只有有效地利用自然界提供的各種能源. ●教學(xué)重點(diǎn) 能夠從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解熱力學(xué)第一定律及其公式表達(dá),會(huì)用Δu=W+Q分析和計(jì)算問題. ●教學(xué)難點(diǎn) 如何用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象,如何綜合運(yùn)用學(xué)過的知識(shí),用能量守恒定律進(jìn)行有關(guān)計(jì)算、分析、解決有關(guān)問題. ●教學(xué)方法 講練法、分析歸納法、閱讀法 ●教學(xué)用具 投影儀、投影片 ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 [投影]本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo): 1.掌握熱力學(xué)第一定律及其公式表達(dá),能夠從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解這個(gè)定律; 2.會(huì)用公式Δu=W+Q分析和計(jì)算問題; ●學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程 一、引入 [問]改變物體內(nèi)能的方式有哪些? [學(xué)生]做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式. [教師]既然做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能,那么功,熱量跟內(nèi)能的改變之間一定有某種聯(lián)系,本節(jié)課我們就來研究這個(gè)問題. 二、新課教學(xué) (一)熱力學(xué)第一定律 [投影] 1.一個(gè)物體,它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量,那么: ①如果外界做的功為W,則它的內(nèi)能如何變化?變化了多少? ②如果物體對(duì)外界做的功為W,則它的內(nèi)能如何變化?變化了多少? 2.一個(gè)物體,如果外界既沒有對(duì)物體做功,物體也沒有對(duì)外界做功,那么:①如果物體吸收熱量Q,它的內(nèi)能如何變化?變化了多少? ②如果放出熱量Q,它的內(nèi)能如何變化?變化了多少? [學(xué)生解答思考題] 教師總結(jié) 一個(gè)物體,如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量,那么,外界對(duì)它做多少功,它的內(nèi)能就增加多少;物體對(duì)外界做多少功,它的內(nèi)能就減少多少. 如果外界既沒有對(duì)物體做功,物體也沒有對(duì)外界做功,那么物體吸收了多少熱量,它的內(nèi)能就增加多少,物體放出了多少熱量,它的內(nèi)能就減少多少. [問]如果物體在跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程中,內(nèi)能的變化與熱量Q及做的功W之間又有什么關(guān)系呢? [板書]Δu=W+Q [介紹]該式表示的是功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系,在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律. [投影]定律中各量的正、負(fù)號(hào)及含義 物理量 符號(hào) 意義 符號(hào) 意義 W + 外界對(duì)物體做功 - 物體對(duì)外界做功 Q + 物體吸收熱量 - 物體放出熱量 Δu + 內(nèi)能增加 - 內(nèi)能減少 [投影]例題 一定質(zhì)量的氣體,在被壓縮的過程中外界對(duì)氣體做功300 J,但這一過程中氣體的內(nèi)能減少了300 J,問氣體在此過程中是吸熱還是放熱?吸收(或放出)多少熱量? 解:由題意知 W=300 J Δu=- 300 J,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得:Q=Δu-W=-300 J-300 J=-600 J Q為負(fù)值表示氣體放熱,因此氣體放出600J的熱量. [強(qiáng)化訓(xùn)練] 1.如圖所示,用力F壓縮氣缸中的空氣,力F對(duì)空氣做了1800 J的功,同時(shí)氣缸向外放熱xx J,空氣的內(nèi)能改變了多少? 2.關(guān)于物體內(nèi)能的變化,以下說法中正確的是 . A.物體吸收熱量,內(nèi)能一定增大 B.物體對(duì)外做功,內(nèi)能一定減少 C.物體吸收熱量,同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能可能不變 D.物體放出熱量,同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能可能不變 參考解答: 1.由熱力學(xué)第一定律:Δu=W+Q 得:+1800 J+(-xx )J=Δu ∴Δu=-200 J 即空氣內(nèi)能減少了200 J 2.解析:根據(jù)熱力學(xué)第一定律Δu=W+Q,物體內(nèi)能的變化與外界對(duì)氣體做功(或氣體對(duì)外界做功),氣體從外界吸熱(或向外界放熱)兩種因素有關(guān),物體吸收熱量,但有可能同時(shí)對(duì)外做功,故內(nèi)能有可能不變甚至減小,故A錯(cuò),同理,物體對(duì)外做功的同時(shí)有可能吸熱,故內(nèi)能不一定減小,B錯(cuò);若物體吸收的熱量與對(duì)外做功相等,則內(nèi)能不變,C正確.而放熱與對(duì)外做功是使物體內(nèi)能減小,所以D錯(cuò). 所以本題正確答案為C [強(qiáng)化訓(xùn)練] 圖1 1.如圖所示,A、B容器中各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞,活塞下是水,上為空氣,大氣壓恒定,A、B底部由帶有閥門K的管道相連,整個(gè)裝置與外界絕熱,原先A中水面比B中高,打開閥門,使A中的水逐漸向B中流,最后達(dá)到平衡,則在這個(gè)過程中,大氣壓力對(duì)水做功是 ,水的內(nèi)能增加為 (設(shè)水的密度為ρ,活塞面積分別為SA、SB,原來A、B中高度差為h) 2.如圖所示,直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B兩部分氣體,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加熱氣體,使兩部分氣體均勻混合,設(shè)在此過程中氣體吸熱Q,氣體內(nèi)能增量為Δu,則 . A.Δu=Q B.ΔU<Q C.Δu>Q D.無法比較 3.光滑的水平桌面上有一塊質(zhì)量M=400 g的木塊,被一顆質(zhì)量m=20 g以水平速度 v=500 m/s飛行的子彈擊中,子彈射出木塊時(shí)的速度v=300 m/s.若子彈擊中木塊的過程中,系統(tǒng)損失的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,其中η=41.8%部分被子彈吸收使其溫度升高,已知子彈的比熱c=125 J/kg℃,試求子彈穿過木塊過程中升高的溫度. 參考答案: 1.打開閥門K后,根據(jù)連通器原理,最后A、B兩管中的水面將相平,即A中的水面下降,B中的水面上升,設(shè)A中水面下降h1,B管水面上升的距離為h2,由于水的總體積保持不變,故:SAh1=SBh2 A管中的水受到向下的大氣壓力,與水面下降的方向相同,所以大氣壓力對(duì)水做正功,設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0,對(duì)水做的功為W1,則: W1=F1h1=p0SAh1 B管中的水也受到向下的大氣壓力,與水面上升的方向相反,所以大氣壓力對(duì)水做負(fù)功,用W2表示大氣壓力做的功,有: W2=-F2h2= -p0SBh2 大氣壓力對(duì)水做的總功為:W=W1+W2=p0S1h1-p0S2h2 又S1h1=S2h2 所以W=0 即大氣壓力對(duì)水不做功 閥門打開后,水從高處流向低處.在這個(gè)過程中水的重力做正功,所以水的內(nèi)能增加量等于水的重力勢(shì)能的減小量. 2.解:A、B氣體開始的合重心在中線下,混合均勻后重心在中線,所以系統(tǒng)重力勢(shì)能增大,由能量守恒知,吸收熱量一部分增加氣體內(nèi)能,一部分增加重力勢(shì)能. 3.解:子彈穿過木塊過程中,水平方向不受外力,由動(dòng)量守恒可算出木塊獲得的速度,根據(jù)子彈長(zhǎng)一木塊系統(tǒng)損失的機(jī)械能可算出產(chǎn)生的熱能,由此可算出子彈所升高的溫度. 設(shè)子彈穿出木塊后,木塊的速度設(shè)為V,則mV=mV1+MV 即,子彈與木塊系統(tǒng)損失的機(jī)械能 據(jù)能量守恒定律,子彈穿越過程中系統(tǒng)增加的內(nèi)能為:Δu=ΔE=1580 J 設(shè)子彈升高溫度為Δt,則:ηΔu=cmΔt ∴Δt=℃=264 ℃ 三、小結(jié) 本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了 熱力學(xué)第一定律:熱力學(xué)第一定律是研究功、熱量和內(nèi)能改變之間關(guān)系的. 如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程,那么,外界對(duì)物體所作的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的增加Δu. 即Δu=Q+W 該定律既適用于外界對(duì)物體做功,物體吸熱,內(nèi)能增加的情況,也適用于物體對(duì)外做功.向外界散熱和內(nèi)能減少的情況. 為了區(qū)別以上兩種情況,在應(yīng)用Δu=Q+W進(jìn)行計(jì)算時(shí),它們的正負(fù)號(hào)規(guī)定如下: W>0,表示外界對(duì)系統(tǒng)做功;W<0,表示系統(tǒng)對(duì)外界做功;Q>0,表示系統(tǒng)從外界吸熱;Q<0,表示系統(tǒng)向外界放熱;Δu>0,表示系統(tǒng)內(nèi)能增加;Δu<0,表示系統(tǒng)內(nèi)能減少;- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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