高三物理教案：《能量守恒定律》教學(xué)設計

　　一、教材分析

　　前面學(xué)習的焦耳實(shí)驗結果表明，在系統狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，只要初末狀態(tài)確定了，做功的數量或者熱傳遞的數量就是確定的。而且，熱功當量的測量結果表明，做功和熱傳遞在改變內能上是等價(jià)的。從而得出熱力學(xué)第一定律的數學(xué)表達式。又通過(guò)實(shí)例對表達式中物理量取值的正負意義進(jìn)行了討論。接著(zhù)，講述了能量守恒定律的確立。它具有重大的理論意義和實(shí)踐意義。它對于制造永動(dòng)機的不可能實(shí)現，給予了科學(xué)上的最后判決。

　　二、教學(xué)目標

　　知識與技能：

　　1、理解熱力學(xué)第一定律。

　　2、能運用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉化、轉移問(wèn)題。

　　3、理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規律。

　　4、通過(guò)能量守恒定律的學(xué)習，認識自然規律的多樣性和統一性。

　　5、知道第一類(lèi)永動(dòng)機是不能實(shí)現的。

　　過(guò)程與方法：

　　能夠得出熱力學(xué)第一定律，并會(huì )應用。

　　情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)：

　　通過(guò)學(xué)習能量守恒定律的得出過(guò)程，學(xué)習科學(xué)家的探索精神

　　三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

　　重點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律

　　難點(diǎn)：能量守恒定律

　　四、學(xué)情分析

　　由于熱力學(xué)第一定律是教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，因此應利用教學(xué)的相當多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行熱力學(xué)第一定律的教學(xué)，具體來(lái)說(shuō)△U=W+Q中各物理量的意義及正負號的確定對學(xué)生來(lái)講是很困難的，以通俗易懂的語(yǔ)言來(lái)闡述；對于能量守恒定律的教學(xué)，調動(dòng)學(xué)生相互討論自然界中的各種能量間的轉化，分析得出能量守恒定律。

　　五、教學(xué)方法

　　自主閱讀與思考、精講精練

　　六、課前準備

　　七、課時(shí)安排1課時(shí)

　　八、教學(xué)過(guò)程

　�。ㄒ唬╊A習檢查、總結疑惑

　�。ǘ�）情景引入、展示目標

　　焦耳的實(shí)驗表明：只要系統初末狀態(tài)是確定的，所需做功數量就是確定的。

　　另一方面，熱功當量實(shí)驗表明做功和熱傳遞是等價(jià)的

　�。ㄈ�）合作探究、精講點(diǎn)播

　　1.熱力學(xué)第一定律

　�。�1）.一個(gè)熱力學(xué)系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。這個(gè)關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律。

　　其數學(xué)表達式為：ΔU=W+Q

　�。�2）.與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號法則

　�。�3）熱力學(xué)第一定律說(shuō)明了做功和熱傳遞是系統內能改變的量度，沒(méi)有做功和熱傳遞就不可能實(shí)現能量的轉化或轉移，同時(shí)也進(jìn)一步揭示了能量守恒定律。

　�。�4）應用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟：

　�、俑鶕�符號法則寫(xiě)出各已知量（W、Q、ΔU）的正、負；

　�、诟鶕�方程ΔU=W+Q求出未知量；

　�、墼俑鶕�未知量結果的正、負來(lái)確定吸熱、放熱情況或做功情況。

　　2.能量守恒定律

　�、�.自然界存在著(zhù)多種不同形式的能。舉例說(shuō)明。

　�、�.不同形式的能量之間可以相互轉化。舉例說(shuō)明。摩擦可以將機械能轉化為內能；熾熱電燈發(fā)光可以將電能轉化為光能。

　�、�.能量既不會(huì )憑空產(chǎn)生，也不會(huì )憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過(guò)程中其總量不變。這就是能量守恒定律。

　　(4).熱力學(xué)第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現。

　　(5). 能量守恒定律的重要意義

　　第一，能量守恒定律是支配整個(gè)自然界運動(dòng)、發(fā)展、變化的普遍規律，學(xué)習這個(gè)定律，不能滿(mǎn)足一般理解其內容，更重要的是，從能量形式的多樣化及其相互聯(lián)系，互相轉化的事實(shí)出發(fā)去認識物質(zhì)世界的多樣性及其普遍聯(lián)系，并切實(shí)樹(shù)立能量既不會(huì )憑空產(chǎn)生，也不會(huì )憑空消失的觀(guān)點(diǎn)，作為以后學(xué)習和生產(chǎn)實(shí)踐中處理一切實(shí)際問(wèn)題的基本指導思想之一。第二，宣告了第一類(lèi)永動(dòng)機的失敗。

　　3.第一類(lèi)永動(dòng)機不可能制成

　　任何機器運動(dòng)時(shí)只能將能量從一種形式轉化為另一種形式，而不可能無(wú)中生有地創(chuàng )造能量，即第一類(lèi)永動(dòng)機是不可能制造出來(lái)的。

　　典例探究

　　例1.一定量的氣體在某一過(guò)程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是  （   ）

　　A.W=8×104J，ΔU =1.2×105J ，Q=4×104J

　　B.W=8×104J，ΔU =－1.2×105J ，Q=－2×105J

　　C.W=－8×104J，ΔU =1.2×105J ，Q=2×104J

　　D.W=－8×104J，ΔU =－1.2×105J ，Q=－4×104J

　　解析：本題主要考查熱力學(xué)第一定律的應用。因為外界對氣體做功，W取正值，即W=8×104J；內能減少，ΔU取負值，即ΔU=－1.2×105J；根據ΔU=W+Q，可知Q=ΔU－W=－1.2×105－8×104=－2×105J，即B選項正確。

　　答案：B

　　友情提示：注意熱力學(xué)第一定律關(guān)系式中各物理量的符號法則。

　　例2.一定質(zhì)量的氣體，在壓縮過(guò)程中外界對氣體做功300J，但這一過(guò)程中氣體的內能減少了300J，問(wèn)氣體在此過(guò)程中是吸熱還是放熱？吸收（或放出）多少熱量？

　　解析：由題意可知，W=300J，ΔU=－300J，根據熱力學(xué)第一定律可得

　　Q=ΔU－W=－300J－300J=－600J

　　Q為負值表示氣體放熱，因此氣體放出600J的熱量。

　　友情提示：注意熱力學(xué)第一定律關(guān)系式中各物理量的符號法則及其物理意義。

　　例3. 一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.2×105J的熱量，同時(shí)氣體對外做了6×105J的功，問(wèn)：

　�。�1）物體的內能是增加還是減少？變化量是多少？

　�。�2）分子勢能是增加還是減少？

　�。�3）分子的平均動(dòng)能是增加還是減少？

　　解析：（1）氣體從外界吸熱為：Q=4.2×105J

　　氣體對外做功：W=－6×105J

　　由熱力學(xué)第一定律：ΔU=W+Q=（－6×105）+（4.2×105J）=－1.8×105J

　　ΔU為負，說(shuō)明氣體的內能減少了。所以，氣體內能減少了1.8×105J。

　�。�2）因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負功，氣體分子勢能增加了。

　�。�3）因為氣體內能減少，同時(shí)氣體分子勢能增加，說(shuō)明氣體分子的平均動(dòng)能一定減少了。

　　友情提示：本題以熱力學(xué)第一定律關(guān)系式為起點(diǎn)，結合分子動(dòng)理論中內能的定義，分析得出：①氣體對外做功，體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負功，氣體分子勢能增加了②氣體內能減少，同時(shí)氣體分子勢能增加，說(shuō)明氣體分

　�。ㄋ模┓此伎偨Y、當堂檢測

　�。ㄎ澹┌l(fā)導學(xué)案、布置作業(yè)

　　九、板書(shū)設計

　　1.熱力學(xué)第一定律

　�。�1）內容：

　　數學(xué)表達式為：ΔU=W+Q

　�。�2）.與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號法則

　�。�2）.與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號法則

　�。�3）熱力學(xué)第一定律說(shuō)明了做功和熱傳遞是系統內能改變的量度，沒(méi)有做功和熱傳遞就不可能實(shí)現能量的轉化或轉移，同時(shí)也進(jìn)一步揭示了能量守恒定律。

　�。�4）應用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟：

　�、俑鶕�符號法則寫(xiě)出各已知量（W、Q、ΔU）的正、負；

　�、诟鶕�方程ΔU=W+Q求出未知量；

　�、墼俑鶕�未知量結果的正、負來(lái)確定吸熱、放熱情況或做功情況。

　　2.能量守恒定律

　�、�.自然界存在著(zhù)多種不同形式的能。

　�、�.不同形式的能量之間可以相互轉化

　�、�.能量既不會(huì )憑空產(chǎn)生，也不會(huì )憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過(guò)程中其總量不變。這就是能量守恒定律。

　　(4).熱力學(xué)第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現。

　　(5). 能量守恒定律的重要意義

　　3.第一類(lèi)永動(dòng)機不可能制成

　　任何機器運動(dòng)時(shí)只能將能量從一種形式轉化為另一種形式，而不可能無(wú)中生有地創(chuàng )造能量，即第一類(lèi)永動(dòng)機是不可能制造出來(lái)的。

　　十、教學(xué)反思

　　各種能量在一定條件下可以相互轉化，轉化過(guò)程中總能量守恒．這是一個(gè)意識問(wèn)題，或者說(shuō)是悟性，從內心深處感覺(jué)到總能量不變．這是很重要的物理思想．