《热力学第一定律》教案.docx
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1、热力学第一定律教案热力学其次定律116热力学其次定律一、教学目标1了解热传导过程的方向性2了解什么是其次类永动机,为什么其次类永动机不行制成3了解热力学其次定律的两种表述方法以及这两种表述的物理实质4了解什么是能量耗散二、重点、难点分析1重点内容是了解热力学其次定律的两种表述方法以及这两种表述的物理实质,知道为什么其次类永动机不行制成。2其次类永动机不行制成的物理实质是教学的难点。三、教学方法:老师讲解与学生课堂自学结合,并探讨归纳四、教具:投影仪,大屏幕,相关图片五、教学过程()引入新课有这样一个好玩的问题:地球上有大量海水,它的总质量约为1.41018t,只要这些海水的温度降低0.1,就能
2、放出5.81023J的热量,这相当于1800万个核电站一年的发电量为什么人们不去探讨这种“新能源”呢?原来,这样做是不行能的这涉及物理学的一个基本定律,就是本节要探讨的热力学其次定律。【板书】第七节热力学其次定律(二)进行新课学生带着问题阅读、探讨:思索:1、何为热传导的方向性?2、什么是其次类永动机?它违反了什么规律?3、何为热力学其次定律?它有几种表述方法?归纳:、热传导的方向性:高温物体只能“自发地”将热量传给低温物体,而低温物体必需要依靠外界的协助才能将热量传给高温物体。、其次类永动机、没有冷凝器的能从单一热源汲取热量并全部用来做功而不引起其他改变的热机。、特征:符合能量守恒定律;不行
3、能引起其他改变。、结论:机械能和内能的转化过程具有方向性,尽管机械能可以全部转化为内能,但内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其它改变、热力学其次定律表述一:不行能使热量由低温物体传递到高温物体,而不产生其他改变。(按热传导的方向性表述)表述二:不行能从单一热源汲取热量并把它全部用来做功,而不引起其他改变。(按能量转化的方向性表述)小结:热力学其次定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,使得它成为独立于热力学第肯定律的一个重要的自然规律热力学其次定律在物理、化学、生物等学科中有重要的应用,它对于我们相识自然和利用自然有重要的指导意义。、能量耗散在自然界中的宏观过程由于方向性
4、,使得能量在转化过程中不行能使转化后的能量全部加以利用,总会有一部分能量会流散,这种现象叫能量耗散。(三)让学生合上书本,思索并回答问题1电冰箱内部的温度比外部低,为什么致冷系统还能不断地把箱内的热量传给外界的空气?这个事实说明白什么?这是因为电冰箱消耗了电能,对致冷系统做了功(下图所示,投影)一旦切断电源,电冰箱就不能把箱内的热量传给外界的空气了相反,外界的热量会自发地传给电冰箱,使箱内的温度渐渐上升我们看到,热传导的过程是有方向性的,这个过程可以向一个方向自发地进行,但是向相反的方向却不能自发地进行要实现相反方向的过程,必需借助外界的帮助,因而产生其他影响或引起其他改变2能否生产出效率可达
5、到100的热机?为什么?气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1,推动活塞做功W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到大气中由能量守恒定律知道Q1=W+Q2我们把热机做的功W和它从热源汲取的热量Q1的比值叫做热机的效率,用表示效率,则有,只有当气缸中工作物质的温度比大气温度高时内燃机才能工作,所以Q2这部分热量是不行避开的热机工作时,总要向冷凝器散热,总要由工作物质带走一部分热量Q2(如下图,投影),所以总有Q1W因此,热机的效率不行能达1003能量耗散和能量守恒是否冲突?试举例说明。不冲突。比如流淌的水带动水磨做功,由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压,磨盘、粮食的温度上升,水流的机
6、械能转变成了内能这些内能最终流散到四周的环境中我们没有方法把这些流散的内能重新收集起来加以利用这种现象叫做能量的耗散,而总能量并没有削减。电池中的化学能转变成电能,电能又在灯泡中转变成光能光被墙壁汲取之后变成四周环境的内能,我们无法把这些内能收集起来重新利用火炉把屋子烤暖,这时高温物体的内能变成低温物体的内能谁也不能把这些散失的能量重新收集到火炉中再次用来取暖自然界中的宏观过程具有方向性,能量耗散从能量转化的角度反映出这种方向性,与能量守恒定律是不冲突的。(四)课堂小结通过这节课的学习,我们了解了热传导过程的方向性、什么是其次类永动机、热力学其次定律的两种表述方法以及什么是能量耗散。大家课下要
7、多看课本,驾驭好这些内容。(五)布置作业:完成课本上练习六(P87)(1)(4)教学建议1热力学第肯定律和热力学其次定律是构成热力学学问的理论基础,热力学第肯定律对自然过程没有任何限制,只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失,热力学其次定律解决哪些过程可以发生,教学时要留意讲清二者的关系。2热力学其次定律的两种表述,以重视根据传导过程的方向性表述,另一种是根据机械能和内能转化过程的方向性表述。这两种表述是等价的,它们都表明,自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不行逆的。教学时,要留意说明这两种不同表述的内在联系,讲清这两种表述的物理实质。高考物理第一轮热力学定律复习学案 第十三
8、章热力学定律 1.本章主要是探讨热和功间的关系、热力学第一其次定律,了解能源的开发利用,以拓宽同学们的视野。2.本章主要是以以前学习过的内容为基础,探讨功与能间的关系,以热力学定律为基础结合各种能量间关系的计算。3.高考中以选择题形式考查对基础学问的理解,以计算题形式计算能量间的转化和转移关系。 第一课时热力学定律 【教学要求】1理解热力学第肯定律和能量守恒定律。2知道热力学其次定律,知道能源与环境的关系,了解新能源的开发和利用。【学问再现】一、功和能做功与热传递在变更内能方面二者是等价的做功时内能与其它形式的能相互转化热传递是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。二、热力学第肯定律
9、功、热量跟内能变更之间的定量关系UW+Q。三、能的转化和守恒定律1能量既不能凭空产生,也不能凭空消逝,它只能从一种形式为另一种形式或从到另一个物体。2不消耗任何能量,却源源不断地对外做功的机器叫,它违反了能的,因此这种机器制造出来。四、热力学其次定律1热力学其次定律的两种表述表述一,不行能使由低温物体传递到而不引起其他。表述二:不行能从并把它全部用来对外而不引起其他改变。2其次类永动机:只从吸取热量,使之全部用来做功,而不引起其他改变的热机。五、能源的开发利用1能源与人类发展关系是:。2能源与环境的关系是:。3等为新能源。学问点一温度、热量、功、内能功、热量是能量转化转移的量度,是与内能的改变
10、相联系的,是过程量内能是状态量物体的内能大,并不意味着物体肯定会对外做功或向外传递热量,或者做的功多,传递的热量多只有物体的内能改变大的过程中做的功或传递的热量才会多温度只是分子平均动能的标记物体的内能除与温度有关外,还与物体的物质的量、体积、物态等因素有关【应用1】推断下列各种说法是否正确()A物体从10变为8,其热量削减了B物体从10变为8,放出了肯定的内能C物体从10变为8,其内能削减了D物体从10变为8,物体可能释放了肯定热量导示:热量是在有热交换过程中内能转移的物理量,物体没有热量削减的说法,A错。B中也只能说是放出了热量,而不是内能,B错。物体的内能不仅与温度有关,还与体积有关,C
11、错。物体温度降低,可能向外传热,也可能有做功过程,D正确。热力学问题中,一样要区分过程量与状态量之间的关系,学问点二热力学第肯定律物体内能的增量U等于外界对物体做的功W和物体汲取的热量Q的总和表达式:W十QU【应用2】关于物体内能及其改变,下列说法中正确的是()A物体的温度变更时,其内能必定变更B物体对外做功,其内能不肯定变更;向物体传递热量,其内能不肯定变更C对物体做功,其内能必定变更;物体向外传出肯定热量其内能必定变更D若物体与外界不发生热交换,则物体的内能必定不变更导示:物体的内能不仅与温度有关,还与体积有关,温度变更,内能不肯定改变,A错。变更物体内能有两种方式:做功与热传递。物体对外
12、做功,其内能不肯定变更;同样向物体传递热量,其内能不肯定变更,B正确,CD错。故选B。符号法则:外界对物体做功,物体体积减小,W取正值;物体对外界做功,物体体积增大,W取负值物体汲取热量,Q取正值;物体放出热量,Q取负值;物体内能增加,U取正值,物体内能削减,U取负值学问点三能量守恒定律能量是量度物体运动的物理量,不同形式的能与不同的运动形式相对应如:内能与分子热运动相对应,电能与电荷运动相对应等能的转化肯定要通过做功才能实现,而能的转移要通过某种形式的传递来完成不同形式能的转化,意味着物体的运动由一种形式转化成了另一种形式,因此,能量守恒是沟通不同运动的重要纽带【应用3】如图所示,容器A、B
13、各有一个自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面是大气,大气压恒定,A、B的底部由带着阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热,起先时,A中的水面比B中的高,打开阀门,使A中的水渐渐向B中流,最终达到平衡,在这个过程中()A大气压力对水做功,水的内能增加B水克服大气压力做功,水的内能削减C大气压力对水不做功,水的内能不变D大气压力对水不做功,水的内能增加导示:大气压力对左侧水做功,同时右侧水对大气做功,可知两者做功相等,所以大气对水做功为零。而水的内能增加的缘由是因为重力对水做了功,转化成了水的内能。故ABC错,D正确。各种形式的能在转化和转移中总能量守恒是无条件的,而某种或某几种形式的能的守恒是有条
14、件的,如:在只有重力和弹力做功时,机械能才守恒,对此应予以留意某种形式的能削减,肯定有其他形式的能增加,且削减量和增加量肯定相等,如:相互摩擦的系统中,一对滑动摩擦力所做的总功是负值,因此使系统的机械能削减,内能增加,摩擦力所做总功的肯定值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即等于系统损失的机械能同理,若某个物体的能量削减,肯定存在其他物体的能量增加,且削减量和增加量肯定相等,这也是列能量守恒定律方程式的两条基本思路学问点四热力学其次定律热力学第肯定律和热力学其次定律是热力学学问的基础理论热力学第肯定律指出任何热力学过程中能量守恒,而对过程没有其他限制。热力学其次定律指明哪些过程可以自发的发生,哪
15、些过程不行能自发的发生,如:其次类永动机不行能实现,热机效率不行能是100,热现象过程中能量耗散是不行避开的,宏观的实际的热现象过程是不行逆的【应用4】下列说法中正确的是()A热量能自发地从高温物体传给低温物体B热量不能从低温物体传到高温物体C热传导是有方向的D能量耗散说明能量是不守恒的导示:热量能自发地从高温物体传给低温物体,而从低温物体传到高温物体则必需有肯定的条件,A对B错。热传导具有方向性,C正确。全部物理现象都遵循能的转化与守恒定律,D错。故选AC。热力学其次定律有多种表述,但无论用什么方式表述,都是揭示了自然界的基本规律:一切与热现象有关的实际宏观过程都是不行逆的类型一热力学第肯定
16、律的应用物体内能的增加与否,不能单单只看做功或者热传递,要将二者结合起来,内能的改变由UW+Q得到应用热力学第肯定律时,留意正确推断U、W、Q的正负号。【例1】在温度匀称的液体中,一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面,上升过程中气泡的体积不断地增大,则气泡在浮起的过程中()A放出热量B汲取热量C不吸热也不放热D无法推断导示:气体分子之间的距离很大,相互作用力很小,对气体来说,气体的状态改变时,分子势能几乎不变所以,肯定质量的气体的内能的改变,就是气体分子热运动的动能总和的改变,即由温度的改变确定在温度匀称的液体中,一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面的过程中,小气泡温度不变,其内能增量U0上升
17、过程中,气泡的体积不断增大,气体对外做功,即有W0,依据热力学第肯定律,可知Q0,所以气泡在浮起的过程中,汲取热量,因此选项B正确物体处于大气环境中,做功的一个显著特点是物体的体积发生了改变,体积增大,物体对外做功,体积减小,外界对物体做功。类型二能量守恒定律的应用通过做功把其他形式的能量(特殊是机械能)转化为内能的问题是一类重要的综合题解这类综合题的关键在于弄清内能的来源如:在机械能与内能相互转化的过程中,转化为内能的往往不是探讨对象的全部机械能,而是系统损失的机械能【例2】直立容器内部有被隔开的AB两部分气体,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加热气体,使这两部分气体匀称混合,设在此过程中
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