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[!--downpath--]热力学第一定理能量守恒定理新课标要求（一）知识与技能1．才能从能量转化的观点理解热力学第一定理及其公式抒发，会用ΔU=W+Q剖析和估算问题。2．把握能量守恒定理，理解这个定理的重要意义。会用能量守恒的观点剖析化学现象。3．能综合运用学过的知识，用能量守恒定理进行有关估算，剖析、解决有关问题。4．了解第一类永动机不可能制成的诱因。（二）过程与方式通过用定量估算的例题讲解及讲义展示来加深你们对知识的理解。（三）情感、态度与价值观1．学习诸多科学家孜孜以求、勇于探求自然规律的精神，进一步进行辨证唯心主义教育，为将来能在开发新能源、合理借助能源、发展节能技术的领域内做出贡献而努力。2．体会俄罗斯科学家焦耳勤劳、刻苦，40年如一日研究电压热效应，测定热功当量的顽强意志彰显下来的人格美。教学重点能量转化和守恒定理的理解及综合应用，涉及热力学第一定理的定性剖析和定量估算。教学难点热力学第一定理的正确运用（定性剖析和定量估算）及对第一类永动机不可能制成的具体剖析探究过程的理解。教学方式讲练法、分析归纳法、阅读法教学用品：投影仪、投影片。教学过程（一）引入新课班主任：夏季去过泰山的朋友，都晓得泰山顶上很冷，客机在万米高空飞行时，客机周围的气温会达到零下四五十摄氏度，这是为何呢？让我们带着这个问题走入明天的课堂教学——热力学第一定理能量守恒定理班主任：（备考提问）改变物体内能的方法有什么？中学生：做功和热传递是改变物体内能的两种方法。
班主任：既然做功和热传递都可以改变物体的内能，这么功，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）进行新课1．热力学第一定理［投影］1．一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，这么：①如果外界做的功为W，则它的内能怎样变化？变化了多少？②如果物体对外界做的功为W，则它的内能怎样变化？变化了多少？2．一个物体，假若外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，这么：①如果物体吸收热量Q，它的内能怎样变化？变化了多少？②如果放出热量Q，它的内能怎样变化？变化了多少？［中学生解答思索题］班主任总结：一个物体，假若它既没有吸收热量也没有放出热量，这么，外界对它做多少功，它的内能就降低多少；物体对外界做多少功，它的内能就降低多少。假如外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，这么物体吸收了多少热量，它的内能就降低多少，物体放出了多少热量，它的内能就降低多少。［问］假如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之间又有哪些关系呢？［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，在化学学中称作热力学第一定理。［投影］定理中各量的正、负号及含意化学量符号意义符号意义W+外界对物体做功－物体对外界做功Q+物体吸收热量－物体放出热量ΔU+内能降低－内能减低［投影］例题例题：一定量的二氧化碳从外界吸收了2.6×105J的热量，内能降低了4.2×105J。
问：①是二氧化碳对外界做了功，还是外界对二氧化碳做了功？做了多少焦耳的功？②如果二氧化碳吸收的热量仍为2.6×105J不变，而且内能只降低了1.6×105J，这一过程做功情况如何？解析：①根据ΔU=W+Q得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105JW为正值，外界对二氧化碳做功，做了1.6×105J的功。②同理可得：W=ΔU－Q=1.6×105J－2.6×105J=－1.0×105JW为负值，说明二氧化碳对外界做功（二氧化碳容积变大），做了1.0×105J的功。［加强训练］1、一定质量的理想二氧化碳，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对二氧化碳做的功，W2表示二氧化碳对外界做的功，Q1表示二氧化碳吸收的热量，Q2表示二氧化碳放出的热量，则在整个过程中一定有()A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1＞Q22．如下图所示，某同事将空的薄金属筒开口向上压入水底．设温度均匀且恒定，筒内空气无泄露，不计二氧化碳分子间的互相作用，则被吞没的金属筒在缓缓升高过程中，探究：金属筒内空气容积怎样变化？从外界放热还是向外界吸热？内能减小还是内能减低？参考解答：1．解析：该理想二氧化碳回到开始的状态时，ΔU=0，即（W1－W2）+（Q1－Q2）＝0，得Q1－Q2＝W2－W1，故A正确2．解析：温度均匀且恒定，则ΔU=0，内能不变，金属筒在缓缓升高过程中，空气的浮力减小，容积增大，外界对二氧化碳做功，W﹥0，依据热力学第一定理ΔU=W+Q可知，Q﹤0，所以二氧化碳向外界吸热。
2．能量守恒定理指导中学生用3min阅读课本P54，用心感受“能量守恒定理的发觉历程”。并找中学生陈述。班主任：通过前面的学习我们晓得：做功改变物体内能的过程是内能和其他方式的能的转化过程，热传递改变物体内能的过程是内能从一个物体转移到另一个物体的过程。总结：能量可以由一种方式转化为另一种方式，也可以从一个物体转移到另一个物体。班主任：做功改变物体的内能时，对物体做多少功就有多少机械能转化为等量的内能，物体对外界做多少功，就有多少内能转化为等量的机械能；在热传递过程中，物体吸收多少热量，内能就降低多少，物体放出多少热量，内能就降低多少。热力学第一定理表示，做功和热传递提供给一个物体多少能量，物体的能量就降低多少，能量在转化或转移中守恒。［投影］能量既不会陡然形成，也不会陡然消失，它只能从一种方式转化为别的方式，或则从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总数不变，这就是能量守恒定理。［中学生阅读课文，并表述能量守恒定理发觉的意义］3．永动机不可能制成［介绍］哪些是第一类永动机永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这些机器叫永动机。人们把这些不消耗能量的永动机叫第一类永动机。
第一类永动机是否真的能永远运动下去？［多媒体展示常见的永动机模型］通过讲义展示历史上几种永动机的设计图，剖析不能成功的缘由，强调：不消耗能量的机器从来没有制成功过。［介绍永动不可能制成的诱因］依据能量守恒定理，任何一部机器，只能使能量从一种方式转化为另一种方式，而不能无中生有地制造能量，因而第一类永动机是不可能制成的。［对中学生进行思想教育］人类借助自然，必须遵守自然规律，而不是去研发永远没法实现的永动机。能量不能创生，工程技术的任务在于设法找出合理借助能源途径和降低能量耗损，而不是去研发永动机。解答刚上课提出的问题：高空的温度为何低？研究大气现象常常常用到热力学第一定理．一般把气温、压强相同的一部份空气作为研究的对象，称作气团，半径上千米．因为气团很大，边沿部份和外界的热交换对整个气团没有显著的影响，即公式W＋Q＝ΔU中的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，地面又促使上层的气团气温下降，密度降低，因此上升．气团膨胀的时侯要推挤周围的空气，对外做功，因而内能减少，水温增加．所以越高的地方，空气的湿度越低．对于干燥的空气，大概每下降1km气温增加10℃.客机在万米高空飞行的时侯，舱外温度常常在－50℃以下．因为机上有空调设备，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抬高，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，空气压缩机对二氧化碳做功，使二氧化碳的内能降低，体温上升．假若不用空调，机舱内的气温可能达到50℃以上！（三）课堂总结、点评本节课我们主要学习了1．热力学第一定理：热力学第一定理是研究功、热量和内能改变之间关系的.假若物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，这么，外界对物体所作的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的降低ΔU即ΔU=Q+W该定理既适用于外界对物体做功，物体放热，内能降低的情况，也适用于物体对外做功.向外界散热和内能减低的情况。
为了区别以上两种情况，在应用ΔU=Q+W进行估算时，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，表示系统从外界放热；Q＜0，表示系统向外界吸热；ΔU＞0，表示系统内能降低；ΔU＜0，表示系统内能减低。2．能量守恒定理（1）能量既不能陡然形成，也不能陡然消失，它只能从一种方式转化为别的方式，或则从一个物体转移到别的物体，这就是能的转化和守恒定理。（2）能的转化和守恒定理是19世纪自然科学中三大发觉之一，也庄重宣告永动机幻想的彻底破灭。进行随堂达标监测。习题见达标检查卷。课后作业收集永动机，并强调其不能成功的诱因。【学情剖析】热力学第一定理能量守恒定理本章是必修3-3模块的最后一章，也是整个学校数学课程述说力学的最后一章。中学生已把握了初步力学知识，具备了一定剖析力学问题的思维方法，这一章将在中学生已有的基础上，以两个基本的热力学定理为核心，从能量转化过程中的守恒和与热现象有关的宏观过程的方向性两个方面对小学数学涉及的热学问题作了一个总结。中学生对大量热现象有了较为清晰的认识，早已才能通过观察、实验和对观察、实验中的大量信息进行剖析、归纳和概括来建构研究热现象的热力学。
中学生在在第1节“功和内能”里学习了“焦耳实验”。焦耳的热功当量实验在数学学史上具有里程碑意义，它“精确地检测了做功与系统状态变化之间的关系，也就是精确地检测了做功与传质之间的等价关系”，因而为热力学第一定理，也为愈发广义的能量守恒定理奠定了坚实的实验基础。第2节“热和内能”内容十分简约，其主要内容在高中科学和小学数学出现过，本节主要介绍热和内能的关系。有了1、2两节的铺垫，对中学生来说，第三节得出热力学第一定理和能量守恒定理也就水到渠成了。【效果剖析】热力学第一定理能量守恒定理本节课有效地落实了各个教学目标，在新课导出中，通过“高空为何体温很低”，创设了紧贴中学生生活实际的学习情景，充分调动了中学生学习的积极性。课的展开阶段，首先通过小组讨论，迸发中学生，参与动机，之后指导中学生主动探究，合作交流，进而为中学生创设一个修身和谐的学习环境，使自主探求、合作交流真正成为中学生学习的重要方法。总结阶段，注意拓展知识，回归生活，充分彰显化学生活化。在达标测量的时侯，设计了与生活息息相关的习题，如：高空为何体温很低，电冰柜工作原理等，因为这种都比较紧贴中学生的生活，让中学生很感兴趣，中学生参与的热情激增，使之自然而然地去用所学到的知识来解决问题。
附1：评测练习通过率题号正确答案通过率1AD0.992D1.003A0.994C0....928C0...84由表格数据可知本节课的目标大程度很高。附1：评测练习中学生达标率班级序号姓名成绩1101单韫斐刘军希李泽煜李加晶庄祥张羽婕褚堡李健徐明月郑翔宇王松正靳尚卿杨明慈兴军燕开文郭方旭周楠李政沅王耀祖董沅鑫董瀚阳杨飞宇邢百汇傅煜邵斌贾振张冲梁富王小丹杨舒涵杨明琪邱远哲吴惠而浦徐丽徐文轩徐艺轩王栋于彦雪秦聪聪王曰巍周胜鸿80由表格数据可知本节课的优秀率达到了100%，课堂疗效达到了预期目标。
【教材剖析】热力学第一定理能量守恒定理本章是必修3-3模块的最后一章，也是整个学校数学课程述说力学的最后一章。这一章以两个基本的热力学定理为核心，从能量转化过程中的守恒和与热现象有关的宏观过程的方向性两个方面对小学数学涉及的力学问题作了一个总结。作为从宏观途径研究热现象的热力学，其基本建立途径是观察、实验和对观察、实验中的大量信息进行剖析、归纳和概括。从这个意义上讲，实验和观察对于热力学具有愈加突出、更加直接的意义。正是基于这样的认识，教科书在介绍热力学第一定理之前特地安排了两节课文介绍其实验基础。非常是在第1节“功和内能”里浓墨工笔地介绍“焦耳实验”。焦耳的热功当量实验在数学学史上具有里程碑意义，它“精确地检测了做功与系统状态变化之间的关系，也就是精确地检测了做功与传质之间的等价关系”，因而为热力学第一定理，也为愈发广义的能量守恒定理奠定了坚实的实验基础。第2节“热和内能”内容十分简约，其主要内容在高中科学和小学数学出现过，本节主要介绍热和内能的关系。有了1、2两节的铺垫，第三节得出热力学第一定理也就水到渠成了。焦耳的实验结果表明，在系统状态发生改变时，只要始末状态确定了，做功的数目或则传质的数目就是确定的。
但是，热功当量的测定结果表明，做功和传质在改变系统的内能上等价，一定数目的功与确定数目的热相对应。所以，当外界对系统做功又对系统传质时，内能的降低量就应当满足ΔU=W+Q，这就是热力学第一定理的物理表达式。教科书又通过实例对表达式中数学量取值的正负意义进行了讨论。在从热力学第一定理到普遍的能量守恒定理的教学中，须要非常强调的是：能量守恒定理的完善，说明了不同运动方式在互相转化中有量的共同性，因而把各类自然现象用定量的规律联系了上去，突破了人们对物质运动的机械观念的范围，因而把各类自然现象用定量的规律联系了上去，具有重大的理论意义；另一方面，能量守恒定理的确立，也具有重要的实践意义，它对于制造永动机的构想，给与了科学上的最后否决。【评测练习】热力学第一定理能量守恒定理热力学第一定理表达式：各量的正、负号及涵义化学量符号意义符号意义W+－Q+－1．关于物体内能的改变，下述说法中正确的是A．才能改变物体内能的化学过程有两种：做功和热传递B．物体吸收热量，它的内能一定降低C．物体放出热量，它的内能一定降低D．外界对物体做功，物体的内能不一定降低2．做功和热传递都能改变物体的内能，在下述改变物体内能的例子中，属于做功过程的是A．炉火上的壶水逐步升温的过程B．把烧红的石块投入水底，石块气温增加的过程C．物体在阳光下被晒热的过程D．汽油机汽缸内二氧化碳被压缩的过程3．一定量的二氧化碳，从外界吸收热量6.2×105J，内能降低4.7×105J。
则下述说法中正确的是A．二氧化碳对外做功1.5×105JB．外界对二氧化碳做功1.7×105JC．二氧化碳对外做功1.7×105JD．外界对二氧化碳做功1.5×105J4．在恒温水池中，一个气泡缓缓向下升起，在上升过程中A．气泡的容积不变，内能减低，放出热量B．气泡的容积缩小，内能不变，放出热量C．气泡的容积减小，内能不变，吸收热量D．气泡的容积不变，内能降低，吸收热量5．一定质量的理想二氧化碳沿p-V座标图中曲线所示的方向发生变化，其中曲线BDA是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部份，则A．二氧化碳由A变到B，一定是放热的B．二氧化碳由B变为A，一定是放热的C．二氧化碳由A变到B再变到A，放热少于吸热D．二氧化碳由A变到B再变到A，吸热少于放热6．有关物体的内能，以下说法正确的是A．1g、00C的水的内能比1g、00C的冰的内能大B．电压通过内阻后内阻发热，它的内能降低是通过热传递方法实现的C．二氧化碳膨胀，它的内能一定降低D．橡皮筋被拉伸时，分子间势能降低7．假若将单车轮胎充气过足，又置于阳光下遭到曝晒，轮胎极易爆裂，关于这一现象的描述，下述说法正确的是（曝晒过程中内胎体积几乎不变）A．轮胎爆裂，是轮胎内二氧化碳气温下降，二氧化碳分子间作用力大幅减小的结果B．在爆裂前的过程中，二氧化碳气温下降，分子无规则热运动激化，二氧化碳浮力减小C．在轮胎忽然爆裂的顿时，二氧化碳内能降低D．在轮胎忽然爆裂的顿时，二氧化碳内能减低8．客机在万米高空飞行时，舱外温度常常在-50℃以下。
在研究大气现象时可把气温、压强相同的一部份二氧化碳作为研究对象，称作气团。气团半径可达几千米，因为气团很大，边沿部份与外界的热交换对整个气团没有显著影响，可以忽视。高空气团气温很低的诱因可能是A．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外吸热，使气团自身体温增加B．地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围湿度增加C．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，气团内能大量降低，气团气温增加D．地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，故周围湿度增加9．一定质量的理想二氧化碳的状态变化过程表示在如图所示的P-V图上，二氧化碳先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与纵轴平行的直线变化到c状态，a、c两点坐落与横轴平行的直线上，以下说法中正确的是A．由a状态至b状态过程中，二氧化碳放出热量能量守恒定律公式表达，内能不变B．由b状态至c状态过程中，二氧化碳对外做功，内能降低C．c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平均动能较大D．b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平均动能较小10．关于电冰柜的工作原理，请作以下研究：如图所示为电冰柜的工作原理图，毛细管压缩机工作时，逼迫制热剂在冰柜内外的管线中不断循环。
下述说法中正确的是A．在冰柜外的管线中，制热剂迅速膨胀并放出热量B．在冰柜内的管线中，制热剂迅速膨胀并吸收热量C．在冰柜外的管线中，制热剂被压缩并放出热量D．在冰柜内的管线中，制热剂被压缩并吸收热量参考答案：1．AD2．D3．A4．C5．AC6．AD7．BD8．C9．AB10．BC【课后反省】热力学第一定理能量守恒定理通过对“热力学第一定理能量守恒定理”的教学，让我对中学数学教学工作又有了更深一层的体悟。下边就和同行们共同阐述一下教学反省。一、教学理念的反省教学理念是教学行为的理论支点。关注于中学生的体会，渐渐转变课堂模式，培养中学生自主学习、提高兴趣，变被动为主动能量守恒定律公式表达，提升思索能力和创新能力。使教学成为一种对话、一种沟通、一种合作，从根本上改变课堂，在教学实践中，我的课堂也渐渐感遭到了显著的疗效，尤其是再让中学生复述“能量守恒定理”的发觉历程时，中学生的总结提炼能力还是很强的。教学设计的反思在本节课的教学中，对“高空为何体温很低”的这样一个实际问题，引导中学生构建化学模型，之后借助学习热力学第一定理解决问题。于是我在教学设计时做了悉心打算，悉心设计问题，通过逻辑推理来突破难点，这样中学生通过自己的探究找出答案，把握了知识，同时提升了解决实际问题的能力。
教学方式的反省培养中学生的参与意识，让她们有充足的动手、动口、动脑的时间，重视学法指导。小学阶段产生化学概念，一种是在大量的化学现象的基础上归纳、总结下来的；另一种是在已有概念、规律的基础上通过诠释推理得到的。中学生只有积极参与教学活动，给她们以充分的动手、动口、动脑的时间，经历观察、分析、推理、综合等过程，能够完整理解数学概念的内涵及其外延，全面地把握规律的实质。与此同时，中学生的思维能够得到真正的锻练，彰显出学习的主体角色。多媒体使用的反省在多媒体教学中，不够熟练，不够流畅，今后要强化学习。这是我在本节教学中的一点教学反省，还有更多的地方值得我们去思索。在之后的教学工作中还要继续坚持写好课后小结与反省笔记，把教学过程中的一些感慨、思考或困扰及时记录出来，便于重新初审自己的教学行为。使得自己成长为新时期研究型、复合型的数学班主任。【课标剖析】热力学第一定理能量守恒定理（一）知识与技能1．才能从能量转化的观点理解热力学第一定理及其公式抒发，会用ΔU=W+Q剖析和估算问题。2．把握能量守恒定理，理解这个定理的重要意义。会用能量守恒的观点剖析化学现象。3．能综合运用学过的知识，用能量守恒定理进行有关估算，剖析、解决有关问题。
4．了解第一类永动机不可能制成的诱因。（二）过程与方式通过用定量估算的例题讲解及讲义展示来加深你们对知识的理解。推动中学生自主学习，让中学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思索。（三）情感、态度与价值观1．学习诸多科学家孜孜以求、勇于探求自然规律的精神，进一步进行辨证唯心主义教育，为将来能在开发新能源、合理借助能源、发展节能技术的领域内做出贡献而努力。2．通过有关史实，了解热力学第一定理和能量守恒定理的发觉过程，感受科学探求中的磨难和失败对科学发展的意义。并重视迸发中学生学习数学的情趣和振兴中华的使命感和责任感。3．认识热力学第一定理。理解能量守恒定理。用能量守恒定理的观点解释自然现象。感受能量守恒定理是最基本、最普遍的自然规律之一。4．体会德国科学家焦耳勤劳、刻苦，40年如一日研究电压热效应，测定热功当量的顽强意志彰显下来的人格美。
