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[!--downpath--]熱力學第一定理能量守恒定理新課標要求（一）知識與技能1．才能從能量轉化的觀點理解熱力學第一定理及其公式抒發，會用ΔU=W+Q剖析和估算問題。2．把握能量守恒定理，理解這個定理的重要意義。會用能量守恒的觀點剖析化學現象。3．能綜合運用學過的知識，用能量守恒定理進行有關估算，剖析、解決有關問題。4．了解第一類永動機不可能制成的誘因。（二）過程與方式通過用定量估算的例題講解及講義展示來加深你們對知識的理解。（三）情感、態度與價值觀1．學習諸多科學家孜孜以求、勇于探求自然規律的精神，進一步進行辨證唯心主義教育，為將來能在開發新能源、合理借助能源、發展節能技術的領域內做出貢獻而努力。2．體會俄羅斯科學家焦耳勤勞、刻苦，40年如一日研究電壓熱效應，測定熱功當量的頑強意志彰顯下來的人格美。教學重點能量轉化和守恒定理的理解及綜合應用，涉及熱力學第一定理的定性剖析和定量估算。教學難點熱力學第一定理的正確運用（定性剖析和定量估算）及對第一類永動機不可能制成的具體剖析探究過程的理解。教學方式講練法、分析歸納法、閱讀法教學用品：投影儀、投影片。教學過程（一）引入新課班主任：夏季去過泰山的朋友，都曉得泰山頂上很冷，客機在萬米高空飛行時，客機周圍的氣溫會達到零下四五十攝氏度，這是為何呢？讓我們帶著這個問題走入明天的課堂教學——熱力學第一定理能量守恒定理班主任：（備考提問）改變物體內能的方法有什么？中學生：做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方法。
班主任：既然做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，這么功，熱量跟內能的改變之間一定有某種聯系，本節課我們就來研究這個問題。（二）進行新課1．熱力學第一定理［投影］1．一個物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，這么：①如果外界做的功為W，則它的內能怎樣變化？變化了多少？②如果物體對外界做的功為W，則它的內能怎樣變化？變化了多少？2．一個物體，假若外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，這么：①如果物體吸收熱量Q，它的內能怎樣變化？變化了多少？②如果放出熱量Q，它的內能怎樣變化？變化了多少？［中學生解答思索題］班主任總結：一個物體，假若它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，這么，外界對它做多少功，它的內能就降低多少；物體對外界做多少功，它的內能就降低多少。假如外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，這么物體吸收了多少熱量，它的內能就降低多少，物體放出了多少熱量，它的內能就降低多少。［問］假如物體在跟外界同時發生做功和熱傳遞的過程中，內能的變化與熱量Q及做的功W之間又有哪些關系呢？［板書］ΔU=W+Q［介紹］該式表示的是功、熱量跟內能改變之間的定量關系，在化學學中稱作熱力學第一定理。［投影］定理中各量的正、負號及含意化學量符號意義符號意義W+外界對物體做功－物體對外界做功Q+物體吸收熱量－物體放出熱量ΔU+內能降低－內能減低［投影］例題例題：一定量的二氧化碳從外界吸收了2.6×105J的熱量，內能降低了4.2×105J。
問：①是二氧化碳對外界做了功，還是外界對二氧化碳做了功？做了多少焦耳的功？②如果二氧化碳吸收的熱量仍為2.6×105J不變，而且內能只降低了1.6×105J，這一過程做功情況如何？解析：①根據ΔU=W+Q得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105JW為正值，外界對二氧化碳做功，做了1.6×105J的功。②同理可得：W=ΔU－Q=1.6×105J－2.6×105J=－1.0×105JW為負值，說明二氧化碳對外界做功（二氧化碳容積變大），做了1.0×105J的功。［加強訓練］1、一定質量的理想二氧化碳，從某一狀態開始，經過一系列變化后又回到開始的狀態，用W1表示外界對二氧化碳做的功，W2表示二氧化碳對外界做的功，Q1表示二氧化碳吸收的熱量，Q2表示二氧化碳放出的熱量，則在整個過程中一定有()A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1＞Q22．如下圖所示，某同事將空的薄金屬筒開口向上壓入水底．設溫度均勻且恒定，筒內空氣無泄露，不計二氧化碳分子間的互相作用，則被吞沒的金屬筒在緩緩升高過程中，探究：金屬筒內空氣容積怎樣變化？從外界放熱還是向外界吸熱？內能減小還是內能減低？參考解答：1．解析：該理想二氧化碳回到開始的狀態時，ΔU=0，即（W1－W2）+（Q1－Q2）＝0，得Q1－Q2＝W2－W1，故A正確2．解析：溫度均勻且恒定，則ΔU=0，內能不變，金屬筒在緩緩升高過程中，空氣的浮力減小，容積增大，外界對二氧化碳做功，W﹥0，依據熱力學第一定理ΔU=W+Q可知，Q﹤0，所以二氧化碳向外界吸熱。
2．能量守恒定理指導中學生用3min閱讀課本P54，用心感受“能量守恒定理的發覺歷程”。并找中學生陳述。班主任：通過前面的學習我們曉得：做功改變物體內能的過程是內能和其他方式的能的轉化過程，熱傳遞改變物體內能的過程是內能從一個物體轉移到另一個物體的過程。總結：能量可以由一種方式轉化為另一種方式，也可以從一個物體轉移到另一個物體。班主任：做功改變物體的內能時，對物體做多少功就有多少機械能轉化為等量的內能，物體對外界做多少功，就有多少內能轉化為等量的機械能；在熱傳遞過程中，物體吸收多少熱量，內能就降低多少，物體放出多少熱量，內能就降低多少。熱力學第一定理表示，做功和熱傳遞提供給一個物體多少能量，物體的能量就降低多少，能量在轉化或轉移中守恒。［投影］能量既不會陡然形成，也不會陡然消失，它只能從一種方式轉化為別的方式，或則從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總數不變，這就是能量守恒定理。［中學生閱讀課文，并表述能量守恒定理發覺的意義］3．永動機不可能制成［介紹］哪些是第一類永動機永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這些機器叫永動機。人們把這些不消耗能量的永動機叫第一類永動機。
第一類永動機是否真的能永遠運動下去？［多媒體展示常見的永動機模型］通過講義展示歷史上幾種永動機的設計圖，剖析不能成功的緣由，強調：不消耗能量的機器從來沒有制成功過。［介紹永動不可能制成的誘因］依據能量守恒定理，任何一部機器，只能使能量從一種方式轉化為另一種方式，而不能無中生有地制造能量，因而第一類永動機是不可能制成的。［對中學生進行思想教育］人類借助自然，必須遵守自然規律，而不是去研發永遠沒法實現的永動機。能量不能創生，工程技術的任務在于設法找出合理借助能源途徑和降低能量耗損，而不是去研發永動機。解答剛上課提出的問題：高空的溫度為何低？研究大氣現象常常常用到熱力學第一定理．一般把氣溫、壓強相同的一部份空氣作為研究的對象，稱作氣團，半徑上千米．因為氣團很大，邊沿部份和外界的熱交換對整個氣團沒有顯著的影響，即公式W＋Q＝ΔU中的Q＝0，所以氣團的內能的增減只等于外界對它做功或它對外界做功的多少：ΔU＝W.陽光烤暖了大地，地面又促使上層的氣團氣溫下降，密度降低，因此上升．氣團膨脹的時侯要推擠周圍的空氣，對外做功，因而內能減少，水溫增加．所以越高的地方，空氣的濕度越低．對于干燥的空氣，大概每下降1km氣溫增加10℃.客機在萬米高空飛行的時侯，艙外溫度常常在－50℃以下．因為機上有空調設備，艙內總是溫暖如春．不過這時空調的作用不是使空氣升溫，而是降溫．高空的大氣壓比艙內氣抬高，要使艙內獲得新鮮空氣必須使用空氣壓縮機把空氣從艙外壓進來．在這個過程中，空氣壓縮機對二氧化碳做功，使二氧化碳的內能降低，體溫上升．假若不用空調，機艙內的氣溫可能達到50℃以上！（三）課堂總結、點評本節課我們主要學習了1．熱力學第一定理：熱力學第一定理是研究功、熱量和內能改變之間關系的.假若物體跟外界同時發生做功和熱傳遞的過程，這么，外界對物體所作的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內能的降低ΔU即ΔU=Q+W該定理既適用于外界對物體做功，物體放熱，內能降低的情況，也適用于物體對外做功.向外界散熱和內能減低的情況。
為了區別以上兩種情況，在應用ΔU=Q+W進行估算時，它們的正負號規定如下：W＞0，表示外界對系統做功；W＜0，表示系統對外界做功；Q＞0，表示系統從外界放熱；Q＜0，表示系統向外界吸熱；ΔU＞0，表示系統內能降低；ΔU＜0，表示系統內能減低。2．能量守恒定理（1）能量既不能陡然形成，也不能陡然消失，它只能從一種方式轉化為別的方式，或則從一個物體轉移到別的物體，這就是能的轉化和守恒定理。（2）能的轉化和守恒定理是19世紀自然科學中三大發覺之一，也莊重宣告永動機幻想的徹底破滅。進行隨堂達標監測。習題見達標檢查卷。課后作業收集永動機，并強調其不能成功的誘因。【學情剖析】熱力學第一定理能量守恒定理本章是必修3-3模塊的最后一章，也是整個學校數學課程述說力學的最后一章。中學生已把握了初步力學知識，具備了一定剖析力學問題的思維方法，這一章將在中學生已有的基礎上，以兩個基本的熱力學定理為核心，從能量轉化過程中的守恒和與熱現象有關的宏觀過程的方向性兩個方面對小學數學涉及的熱學問題作了一個總結。中學生對大量熱現象有了較為清晰的認識，早已才能通過觀察、實驗和對觀察、實驗中的大量信息進行剖析、歸納和概括來建構研究熱現象的熱力學。
中學生在在第1節“功和內能”里學習了“焦耳實驗”。焦耳的熱功當量實驗在數學學史上具有里程碑意義，它“精確地檢測了做功與系統狀態變化之間的關系，也就是精確地檢測了做功與傳質之間的等價關系”，因而為熱力學第一定理，也為愈發廣義的能量守恒定理奠定了堅實的實驗基礎。第2節“熱和內能”內容十分簡約，其主要內容在高中科學和小學數學出現過，本節主要介紹熱和內能的關系。有了1、2兩節的鋪墊，對中學生來說，第三節得出熱力學第一定理和能量守恒定理也就水到渠成了。【效果剖析】熱力學第一定理能量守恒定理本節課有效地落實了各個教學目標，在新課導出中，通過“高空為何體溫很低”，創設了緊貼中學生生活實際的學習情景，充分調動了中學生學習的積極性。課的展開階段，首先通過小組討論，迸發中學生，參與動機，之后指導中學生主動探究，合作交流，進而為中學生創設一個修身和諧的學習環境，使自主探求、合作交流真正成為中學生學習的重要方法。總結階段，注意拓展知識，回歸生活，充分彰顯化學生活化。在達標測量的時侯，設計了與生活息息相關的習題，如：高空為何體溫很低，電冰柜工作原理等，因為這種都比較緊貼中學生的生活，讓中學生很感興趣，中學生參與的熱情激增，使之自然而然地去用所學到的知識來解決問題。
附1：評測練習通過率題號正確答案通過率1AD0.992D1.003A0.994C0....928C0...84由表格數據可知本節課的目標大程度很高。附1：評測練習中學生達標率班級序號姓名成績1101單韞斐劉軍希李澤煜李加晶莊祥張羽婕褚堡李健徐明月鄭翔宇王松正靳尚卿楊明慈興軍燕開文郭方旭周楠李政沅王耀祖董沅鑫董瀚陽楊飛宇邢百匯傅煜邵斌賈振張沖梁富王小丹楊舒涵楊明琪邱遠哲吳惠而浦徐麗徐文軒徐藝軒王棟于彥雪秦聰聰王曰巍周勝鴻80由表格數據可知本節課的優秀率達到了100%，課堂療效達到了預期目標。
【教材剖析】熱力學第一定理能量守恒定理本章是必修3-3模塊的最后一章，也是整個學校數學課程述說力學的最后一章。這一章以兩個基本的熱力學定理為核心，從能量轉化過程中的守恒和與熱現象有關的宏觀過程的方向性兩個方面對小學數學涉及的力學問題作了一個總結。作為從宏觀途徑研究熱現象的熱力學，其基本建立途徑是觀察、實驗和對觀察、實驗中的大量信息進行剖析、歸納和概括。從這個意義上講，實驗和觀察對于熱力學具有愈加突出、更加直接的意義。正是基于這樣的認識，教科書在介紹熱力學第一定理之前特地安排了兩節課文介紹其實驗基礎。非常是在第1節“功和內能”里濃墨工筆地介紹“焦耳實驗”。焦耳的熱功當量實驗在數學學史上具有里程碑意義，它“精確地檢測了做功與系統狀態變化之間的關系，也就是精確地檢測了做功與傳質之間的等價關系”，因而為熱力學第一定理，也為愈發廣義的能量守恒定理奠定了堅實的實驗基礎。第2節“熱和內能”內容十分簡約，其主要內容在高中科學和小學數學出現過，本節主要介紹熱和內能的關系。有了1、2兩節的鋪墊，第三節得出熱力學第一定理也就水到渠成了。焦耳的實驗結果表明，在系統狀態發生改變時，只要始末狀態確定了，做功的數目或則傳質的數目就是確定的。
但是，熱功當量的測定結果表明，做功和傳質在改變系統的內能上等價，一定數目的功與確定數目的熱相對應。所以，當外界對系統做功又對系統傳質時，內能的降低量就應當滿足ΔU=W+Q，這就是熱力學第一定理的物理表達式。教科書又通過實例對表達式中數學量取值的正負意義進行了討論。在從熱力學第一定理到普遍的能量守恒定理的教學中，須要非常強調的是：能量守恒定理的完善，說明了不同運動方式在互相轉化中有量的共同性，因而把各類自然現象用定量的規律聯系了上去，突破了人們對物質運動的機械觀念的范圍，因而把各類自然現象用定量的規律聯系了上去，具有重大的理論意義；另一方面，能量守恒定理的確立，也具有重要的實踐意義，它對于制造永動機的構想，給與了科學上的最后否決。【評測練習】熱力學第一定理能量守恒定理熱力學第一定理表達式：各量的正、負號及涵義化學量符號意義符號意義W+－Q+－1．關于物體內能的改變，下述說法中正確的是A．才能改變物體內能的化學過程有兩種：做功和熱傳遞B．物體吸收熱量，它的內能一定降低C．物體放出熱量，它的內能一定降低D．外界對物體做功，物體的內能不一定降低2．做功和熱傳遞都能改變物體的內能，在下述改變物體內能的例子中，屬于做功過程的是A．爐火上的壺水逐步升溫的過程B．把燒紅的石塊投入水底，石塊氣溫增加的過程C．物體在陽光下被曬熱的過程D．汽油機汽缸內二氧化碳被壓縮的過程3．一定量的二氧化碳，從外界吸收熱量6.2×105J，內能降低4.7×105J。
則下述說法中正確的是A．二氧化碳對外做功1.5×105JB．外界對二氧化碳做功1.7×105JC．二氧化碳對外做功1.7×105JD．外界對二氧化碳做功1.5×105J4．在恒溫水池中，一個氣泡緩緩向下升起，在上升過程中A．氣泡的容積不變，內能減低，放出熱量B．氣泡的容積縮小，內能不變，放出熱量C．氣泡的容積減小，內能不變，吸收熱量D．氣泡的容積不變，內能降低，吸收熱量5．一定質量的理想二氧化碳沿p-V座標圖中曲線所示的方向發生變化，其中曲線BDA是以p軸、V軸為漸近線的雙曲線的一部份，則A．二氧化碳由A變到B，一定是放熱的B．二氧化碳由B變為A，一定是放熱的C．二氧化碳由A變到B再變到A，放熱少于吸熱D．二氧化碳由A變到B再變到A，吸熱少于放熱6．有關物體的內能，以下說法正確的是A．1g、00C的水的內能比1g、00C的冰的內能大B．電壓通過內阻后內阻發熱，它的內能降低是通過熱傳遞方法實現的C．二氧化碳膨脹，它的內能一定降低D．橡皮筋被拉伸時，分子間勢能降低7．假若將單車輪胎充氣過足，又置于陽光下遭到曝曬，輪胎極易爆裂，關于這一現象的描述，下述說法正確的是（曝曬過程中內胎體積幾乎不變）A．輪胎爆裂，是輪胎內二氧化碳氣溫下降，二氧化碳分子間作用力大幅減小的結果B．在爆裂前的過程中，二氧化碳氣溫下降，分子無規則熱運動激化，二氧化碳浮力減小C．在輪胎忽然爆裂的頓時，二氧化碳內能降低D．在輪胎忽然爆裂的頓時，二氧化碳內能減低8．客機在萬米高空飛行時，艙外溫度常常在-50℃以下。
在研究大氣現象時可把氣溫、壓強相同的一部份二氧化碳作為研究對象，稱作氣團。氣團半徑可達幾千米，因為氣團很大，邊沿部份與外界的熱交換對整個氣團沒有顯著影響，可以忽視。高空氣團氣溫很低的誘因可能是A．地面的氣團上升到高空的過程中膨脹，同時對外吸熱，使氣團自身體溫增加B．地面的氣團上升到高空的過程中收縮，同時從周圍吸收熱量，使周圍濕度增加C．地面的氣團上升到高空的過程中膨脹，氣團對外做功，氣團內能大量降低，氣團氣溫增加D．地面的氣團上升到高空的過程中收縮，外界對氣團做功，故周圍濕度增加9．一定質量的理想二氧化碳的狀態變化過程表示在如圖所示的P-V圖上，二氧化碳先由a狀態沿雙曲線經等溫過程變化到b狀態，再沿與縱軸平行的直線變化到c狀態，a、c兩點坐落與橫軸平行的直線上，以下說法中正確的是A．由a狀態至b狀態過程中，二氧化碳放出熱量能量守恒定律公式表達，內能不變B．由b狀態至c狀態過程中，二氧化碳對外做功，內能降低C．c狀態與a狀態相比，c狀態分子平均距離較大，分子平均動能較大D．b狀態與a狀態相比，b狀態分子平均距離較小，分子平均動能較小10．關于電冰柜的工作原理，請作以下研究：如圖所示為電冰柜的工作原理圖，毛細管壓縮機工作時，逼迫制熱劑在冰柜內外的管線中不斷循環。
下述說法中正確的是A．在冰柜外的管線中，制熱劑迅速膨脹并放出熱量B．在冰柜內的管線中，制熱劑迅速膨脹并吸收熱量C．在冰柜外的管線中，制熱劑被壓縮并放出熱量D．在冰柜內的管線中，制熱劑被壓縮并吸收熱量參考答案：1．AD2．D3．A4．C5．AC6．AD7．BD8．C9．AB10．BC【課后反省】熱力學第一定理能量守恒定理通過對“熱力學第一定理能量守恒定理”的教學，讓我對中學數學教學工作又有了更深一層的體悟。下邊就和同行們共同闡述一下教學反省。一、教學理念的反省教學理念是教學行為的理論支點。關注于中學生的體會，漸漸轉變課堂模式，培養中學生自主學習、提高興趣，變被動為主動能量守恒定律公式表達，提升思索能力和創新能力。使教學成為一種對話、一種溝通、一種合作，從根本上改變課堂，在教學實踐中，我的課堂也漸漸感遭到了顯著的療效，尤其是再讓中學生復述“能量守恒定理”的發覺歷程時，中學生的總結提煉能力還是很強的。教學設計的反思在本節課的教學中，對“高空為何體溫很低”的這樣一個實際問題，引導中學生構建化學模型，之后借助學習熱力學第一定理解決問題。于是我在教學設計時做了悉心打算，悉心設計問題，通過邏輯推理來突破難點，這樣中學生通過自己的探究找出答案，把握了知識，同時提升了解決實際問題的能力。
教學方式的反省培養中學生的參與意識，讓她們有充足的動手、動口、動腦的時間，重視學法指導。小學階段產生化學概念，一種是在大量的化學現象的基礎上歸納、總結下來的；另一種是在已有概念、規律的基礎上通過詮釋推理得到的。中學生只有積極參與教學活動，給她們以充分的動手、動口、動腦的時間，經歷觀察、分析、推理、綜合等過程，能夠完整理解數學概念的內涵及其外延，全面地把握規律的實質。與此同時，中學生的思維能夠得到真正的鍛練，彰顯出學習的主體角色。多媒體使用的反省在多媒體教學中，不夠熟練，不夠流暢，今后要強化學習。這是我在本節教學中的一點教學反省，還有更多的地方值得我們去思索。在之后的教學工作中還要繼續堅持寫好課后小結與反省筆記，把教學過程中的一些感慨、思考或困擾及時記錄出來，便于重新初審自己的教學行為。使得自己成長為新時期研究型、復合型的數學班主任。【課標剖析】熱力學第一定理能量守恒定理（一）知識與技能1．才能從能量轉化的觀點理解熱力學第一定理及其公式抒發，會用ΔU=W+Q剖析和估算問題。2．把握能量守恒定理，理解這個定理的重要意義。會用能量守恒的觀點剖析化學現象。3．能綜合運用學過的知識，用能量守恒定理進行有關估算，剖析、解決有關問題。
4．了解第一類永動機不可能制成的誘因。（二）過程與方式通過用定量估算的例題講解及講義展示來加深你們對知識的理解。推動中學生自主學習，讓中學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思索。（三）情感、態度與價值觀1．學習諸多科學家孜孜以求、勇于探求自然規律的精神，進一步進行辨證唯心主義教育，為將來能在開發新能源、合理借助能源、發展節能技術的領域內做出貢獻而努力。2．通過有關史實，了解熱力學第一定理和能量守恒定理的發覺過程，感受科學探求中的磨難和失敗對科學發展的意義。并重視迸發中學生學習數學的情趣和振興中華的使命感和責任感。3．認識熱力學第一定理。理解能量守恒定理。用能量守恒定理的觀點解釋自然現象。感受能量守恒定理是最基本、最普遍的自然規律之一。4．體會德國科學家焦耳勤勞、刻苦，40年如一日研究電壓熱效應，測定熱功當量的頑強意志彰顯下來的人格美。
