资源简介

课题 第三章 热现象及应用 第二节 能量守恒定律 2课时
教 学 目 标 知识目标 1. 了解热力学第一定律； 2. 知道能量守恒定律； 3. 了解能源与人类生存和社会发展的关系。
能力目标 1. 通过对热力学第一定律的学习，能进行简单的相关计算； 2. 通过对能量守恒定律的学习，能解释一些自然界中能量转化的问题； 3. 通过本节的学习，知道永动机不可能造成。
情感目标 1. 培养学生基本的节约能源意识和可持续发展的观念； 2. 增强振兴中华民族的责任感和使命感。
重点 热力学第一定律；能量守恒定律
难点 热力学第一定律
教具 多媒体展示系统
主要教学过程 学生活动
教 学 过 程 设 计 一、引入课题 用多媒体展示系统展示教材图3-11。 提问：现代化家庭中，人们可以利用电冰箱在炎热的夏天吃到冰镇的西瓜，可以让饭菜长时间地保鲜；利用空调器可以在炎热的夏季创造出凉爽洁净的空气环境，可以在严寒的冬日创造出温暖清新的生活空间。电冰箱和空调器是如何工作的呢？ （学生都回答不出来。） 引入课题： 本次课，我们就来了解这方面的知识——第二节 能量守恒定律。 二、热力学第一定律 如果物体从外界吸收热量Q，则物体的热力学能增加Q。如果同时外界又对物体做功W，则物体的热力学能又要增加W。则在整个过程之后，物体的热力学能的增加量为 ΔE＝Q＋W 这个公式可以理解为：物体热力学能的增加等于外界向它传递的热量与外界对它做功的和。这就是热力学第一定律。 为了使热力学第一定律的公式适用于各种情况，人们规定： 物体的热力学能增加时，ΔE＞0；热力学能减少时，ΔE＜0。 外界对物体做功时，W＞0；物体对外界做功时，W＜0。 物体从外界吸热时，Q＞0；物体向外界放热时，Q＜0。 例题 一定质量的气体从外界吸收热量2.6×105 J，热力学能增加 4.2×105 J，是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少功？ 解 由热力学第一定律公式ΔE＝Q＋W，得 W＝ΔE－Q＝4.2×105－2.6×105 J＝1.6×105 J W＞0，表示外界对气体做了功。 当两个物体接触时，热量总是自发地从高温物体传到低温物体，高温物体温度下降，低温物体温度升高，最终两个物体温度相等。 电冰箱却可以反其道而行之，实现热量从低温物体向高温物体的传递。即使在炎热的夏天，它也可以将热量从低温物体转移到高温物体。这是怎么回事呢？ 电冰箱是利用制冷剂的物态变化来实现这一过程的。常用的制冷剂有氨、二氧化碳、乙烯、R12（氟利昂）、R134a（四氟乙烷）等。由于氟利昂对环境有害，现在人们已经不再使用它了。 用多媒体展示系统展示教材图3-12。 电冰箱主要由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成，除了蒸发器和部分毛细管装在冷库（冷冻室和冷藏室）内部外，其他部件都装在冷库之外。这四个部分由管道连接，组成一个密闭的连通器系统，制冷剂作为工作物质，由管道输送，经过这四个部分，完成工作循环。 压缩机是电冰箱的“心脏”，它消耗电能对来自蒸发器的制冷剂做功，将气态制冷剂压缩。根据热力学第一定律，忽略热传递，由于压缩机对制冷剂做功，所以使制冷剂的热力学能增加，变成高温高压的蒸气（如p≈9.1 atm，t≈46 ℃）。 这种高温高压的制冷剂蒸气来到冷凝器，由于制冷剂的温度比外界空气高，因此向空气放热，热力学能减少，被冷却而凝结成常温高压的液体（如p≈8.9 atm，t≈37 ℃）。 这些常温高压的液态制冷剂由干燥过滤器滤掉水分和杂质，进入毛细管。毛细管是内径为0.5～1 mm、长为2～4 m的细长铜管。通过毛细管的节流降压，制冷剂变成低温低压的液体（如p≈1.5 atm，t≈－20 ℃）。 进入蒸发器时，低温低压的液态制冷剂在低压条件下迅速气化，膨胀做功，热力学能减少，温度降到比冷库的温度还低（如p≈1.0 atm，t≈－30 ℃）。然后气态制冷剂从冷库吸取热量，热力学能增加。 通过了蒸发器的制冷剂全部蒸发变为气体，再被吸入压缩机，进入下一个工作循环。这样，只要压缩机工作，制冷剂就会循环流动，不断地从冷库吸取热量，使冷库保持相当低的温度。 从整体上来审视制冷剂的循环过程，其能量转化满足如下的关系：从低温冷库吸收的热量加上外界所做的功（压缩机做功）等于向高温外界空气放出的热量。 三、能量守恒定律 提问：同学们已经知道的能量形式有哪些？ （将所有同学的答案归纳后，可以得到机械能、热力学能、电能、磁能、光能、核能、化学能等。） 提问：在以下各种情形中，是何种能量间的相互转化？ 1. 通电导线发热——（电能转化为热力学能）； 2. 燃料燃烧生热——（化学能转化为热力学能）； 3. 地热发电——（热力学能转化为电能）。 人们经过长期实践归纳出，其他形式的能也可以和热力学能互相转化。 各种不同形式的能量的互相转化，在自然界中每时每刻都在进行着。太阳把地面、水面、空气晒热，并使一部分水蒸发，变热的空气上升使空气流动而形成风，太阳能转化成空气的机械能；蒸发的水汽上升到高空就形成云，又以雨、雪的形式落下来，汇入江河流向海洋，太阳能又转化成水的机械能；太阳能的一部分被植物叶子吸收，通过光合作用，生成各种有机化合物，太阳能又转化成植物的化学能；植物作为食物被动物吃掉，植物的化学能又转化为动物的化学能；人们又以动物、植物为食物，从中获得了维持生命活动的能量；古代的植物和动物在地质变迁中转化成煤、石油、天然气，成为我们现代生活、生产的主要能源；在水力发电站和火力发电站里，水的机械能和煤、石油、天然气的化学能又转化成电能；在工厂、农村和住宅中，电能又通过各种用电器转化成机械能、热力学能和光能；等等。 在19世纪中叶，迈耶、焦耳和亥姆霍兹等科学家经过长期的实验探索，共同确定了一个规律： 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量保持不变。这就是能量守恒定律。 这是自然界中具有普遍意义的定律之一，也是各种自然现象都遵循的普遍规律。任何违背能量守恒定律的说法，都被证明是错误的。 用多媒体展示系统展示一个永动机的动画或教材图3－14。让同学思考它为什么不能“永动”。 空调器的制冷系统跟电冰箱的制冷系统几乎一样，即由压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器组成。空调器将冷凝器置于窗外，将蒸发器置于窗内。像电冰箱一样，压缩机工作时，制冷剂从室内吸热，向室外放热，达到降低室内温度的目的。如果我们保持制冷系统中各部件的位置不变，使制冷剂逆向循环，即让压缩后压强较大、温度较高的制冷剂流经室内热交换器，使它在室内完成冷凝、放热，然后再经毛细管节流降压，在室外完成蒸发、吸热。如此不断循环可达到提高室内温度的目的。 不论空调器如何运转，它从低温空间吸收的热力学能加上压缩机所消耗的电能总等于向高温空间放出的热力学能，即在整个能量转化过程中，能的总量是守恒的。 学生观看 学生思考并尝试回答 板书 板书 板书 板书 板书 板书 板书 学生观看 板书 板书 板书 板书 学生回答 学生回答 学生回答 学生回答 结合生活 板书 学生观看 学生思考并回答
小 结 能量守恒定律 1．热力学第一定律 物体热力学能的增加等于外界向它传递的热量与外界对它做的功的和。用公式表示为 ΔE＝Q＋W 2．能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量保持不变。 永动机是不可能造成的。 回顾本节知识
随 堂 练 习 练习3-2 2．答 （1）火柴在燃烧时，火柴的化学能转化为火柴和空气的热力学能。 （2）用太阳灶烧开水时，太阳能转化为水和水壶的热力学能。 （3）电风扇运转时，电能主要转化为电扇的机械能和热力学能，进而转化为空气的机械能（风能）。 （4）人用铁锤敲打铁条时，人的化学能首先转化为铁锤的机械能，进而转化为铁条与铁锤的热力学能。 （5）陀螺在地面上转动时，陀螺的机械能转化为陀螺和地面的热力学能。 （6）捡起石头向远处扔去时，人的化学能转化为石头的机械能。 （7）秋千摆动时，秋千的机械能逐渐转化为秋千和空气的热力学能。 （8）在公路上行驶着的汽车熄火时，汽车的机械能逐渐转化为汽车和地面的热力学能。 （9）子弹从枪中射出时，火药的化学能转化为子弹和枪的机械能和热力学能；子弹射穿靶子时，子弹的部分机械能转化为子弹和靶的热力学能；子弹继续射入墙壁时，子弹剩余的机械能全部转化为子弹和墙壁的热力学能。 （10）用柴油水泵抽水时，柴油的化学能转化为水的机械能和水泵的热力学能。 3．答 根据能量守恒定律可知，电冰箱与房间中的空气看作一个封闭的系统，电冰箱能够从冰箱内部的空气中吸收热量，最后又将这些热量全部释放到冰箱外部分的空气中。从房间外面看，电冰箱从房间内的空气中吸收热量，又全部释放到房间内，房间内空气的热力学能并没有改变，因此达不到制冷的目的。另外，由于电冰箱工作是需要消耗电能的，它会将电能转化为冰箱和空气的热力学能，所以将电冰箱放在房间内，最终会使房间升温，而不是降温。 4．答 本题作为一个研究课题，由学生课后完成，下次上课讨论。 思考并回答
课 后 作 业 练习3-2 1．解 由热力学第一定律公式ΔE＝Q＋W，得 Q=ΔE－W=1.5×105－2×105=－5×104 J 由Q＜0可知，气体向外界放热。 独立完成

展开更多......

收起↑