热力学第一定律：能量转化与守恒

（一）教学目标

（1）在物理知识方面的要求：第一，理解能的转化和守恒定律，能列举出能的转化和守恒定律的实例；第二，理解“永动机”不能实现的原理。

（2）让学生初步学会运用热力学第一定律计算一些简单的内能和机械能相互转化的问题。

（3）能的转化和守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用能的转化和守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。

（二）重点、难点分析

（1）重点内容是能的转化和守恒定律，强调能的转化和守恒定律是自然科学中最基本定律。

学习运用热力学第一定律计算一些物理习题。

（2）运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。

（三）电视录像内容是

（1）反映电能、机械能、化学能与内能相互转化的实例插图。

（2）反映自然界各种形式能相互转化的实例插图。

（3）历史上有人设计的“永动机”插图。

（四）主要教学过程

1.引入新课(www.zuozong.com)

我们知道刀具在砂轮上磨削时，刀具发热是因为通过摩擦力做功，机械能转化为内能。在暖气片上放有一瓶冷水，过一段时间后水变热，这是通过热量传递使这瓶水内能增加。这些实例中，物体的内能为什么增加了？是凭空产生的还是由其他形式能转化来的？能的转化过程中数量之间有什么关系？这是今天要学习的内容。

2.教学过程设计

（1）机械能与内能转化过程中能量守恒。①运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，即不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W＝ΔE表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。②把一铁块放入盛有水的烧杯中，用酒精灯加热烧杯内水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q＝ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。

一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即

W＋Q＝ΔU叫热力学第一定律

上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。

说明：W、Q、ΔU正负号的确定方法

例：一定质量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J。是气体对外做功还是外界对气体做功？做了多少功？

（2）其他形式的能也可以和内能相互转化。①介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。②不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映录像片）

a电炉取暖：电能→内能

b煤燃烧：化学能→内能

c炽热灯灯丝发光：内能→光能

d其他形式的能彼此之间都可以相互转化。