高三物理教案：《能量守恒定律》教學設計

　　一、教材分析

　　前面學習的焦耳實驗結果表明，在系統狀態發生改變時，只要初末狀態確定了，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的。從而得出熱力學第一定律的數學表達式。又通過實例對表達式中物理量取值的正負意義進行了討論。接著，講述了能量守恒定律的確立。它具有重大的理論意義和實踐意義。它對于制造永動機的不可能實現，給予了科學上的最后判決。

　　二、教學目標

　　知識與技能：

　　1、理解熱力學第一定律。

　　2、能運用熱力學第一定律解釋自然界能量的轉化、轉移問題。

　　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、通過能量守恒定律的學習，認識自然規律的多樣性和統一性。

　　5、知道第一類永動機是不能實現的。

　　過程與方法：

　　能夠得出熱力學第一定律，并會應用。

　　情感態度與價值觀：

　　通過學習能量守恒定律的得出過程，學習科學家的探索精神

　　三、教學重點難點

　　重點：熱力學第一定律

　　難點：能量守恒定律

　　四、學情分析

　　由于熱力學第一定律是教學的重點及難點，因此應利用教學的相當多的時間來進行熱力學第一定律的教學，具體來說△U=W+Q中各物理量的意義及正負號的確定對學生來講是很困難的，以通俗易懂的語言來闡述；對于能量守恒定律的教學，調動學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、教學方法

　　自主閱讀與思考、精講精練

　　六、課前準備

　　七、課時安排1課時

　　八、教學過程

　　（一）預習檢查、總結疑惑

　　（二）情景引入、展示目標

　　焦耳的實驗表明：只要系統初末狀態是確定的，所需做功數量就是確定的。

　　另一方面，熱功當量實驗表明做功和熱傳遞是等價的

　　（三）合作探究、精講點播

　　1.熱力學第一定律

　　（1）.一個熱力學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。這個關系叫做熱力學第一定律。

　　其數學表達式為：ΔU=W+Q

　　（2）.與熱力學第一定律相匹配的符號法則

　　（3）熱力學第一定律說明了做功和熱傳遞是系統內能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現能量的轉化或轉移，同時也進一步揭示了能量守恒定律。

　　（4）應用熱力學第一定律解題的一般步驟：

　　①根據符號法則寫出各已知量（W、Q、ΔU）的正、負；

　　②根據方程ΔU=W+Q求出未知量；

　　③再根據未知量結果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功情況。

　　2.能量守恒定律

　　⑴.自然界存在著多種不同形式的能。舉例說明。

　　⑵.不同形式的能量之間可以相互轉化。舉例說明。摩擦可以將機械能轉化為內能；熾熱電燈發光可以將電能轉化為光能。

　　⑶.能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。

　　(4).熱力學第一定律、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自然界運動、發展、變化的普遍規律，學習這個定律，不能滿足一般理解其內容，更重要的是，從能量形式的多樣化及其相互聯系，互相轉化的事實出發去認識物質世界的多樣性及其普遍聯系，并切實樹立能量既不會憑空產生，也不會憑空消失的觀點，作為以后學習和生產實踐中處理一切實際問題的基本指導思想之一。第二，宣告了第一類永動機的失敗。

　　3.第一類永動機不可能制成

　　任何機器運動時只能將能量從一種形式轉化為另一種形式，而不可能無中生有地創造能量，即第一類永動機是不可能制造出來的。

　　典例探究

　　例1.一定量的氣體在某一過程中，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：注意熱力學第一定律關系式中各物理量的符號法則。

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

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

　　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：注意熱力學第一定律關系式中各物理量的符號法則及其物理意義。

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

　　（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

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

　　ΔU為負，說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，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能一定減少了。

　　友情提示：本題以熱力學第一定律關系式為起點，結合分子動理論中內能的定義，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，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分

　　（四）反思總結、當堂檢測

　　（五）發導學案、布置作業

　　九、板書設計

　　1.熱力學第一定律

　　（1）內容：

　　數學表達式為：ΔU=W+Q

　　（2）.與熱力學第一定律相匹配的符號法則

　　（2）.與熱力學第一定律相匹配的符號法則

　　（3）熱力學第一定律說明了做功和熱傳遞是系統內能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現能量的轉化或轉移，同時也進一步揭示了能量守恒定律。

　　（4）應用熱力學第一定律解題的一般步驟：

　　①根據符號法則寫出各已知量（W、Q、ΔU）的正、負；

　　②根據方程ΔU=W+Q求出未知量；

　　③再根據未知量結果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功情況。

　　2.能量守恒定律

　　⑴.自然界存在著多種不同形式的能。

　　⑵.不同形式的能量之間可以相互轉化

　　⑶.能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。

　　(4).熱力學第一定律、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.第一類永動機不可能制成

　　任何機器運動時只能將能量從一種形式轉化為另一種形式，而不可能無中生有地創造能量，即第一類永動機是不可能制造出來的。

　　十、教學反思

　　各種能量在一定條件下可以相互轉化，轉化過程中總能量守恒．這是一個意識問題，或者說是悟性，從內心深處感覺到總能量不變．這是很重要的物理思想．