第一篇：熱力學第一定律教案[小編推薦]

教學重點：熱力學第一定律和能量守恒定律

教學難點：永動機

一、熱力學第一定律

改變物體內能的方式有兩種：做功和熱傳遞．

運用此公式時，需要注意各物理量的符號：物體內能增加時，為負；外界對物體做功時，為負．

為正，物體對外界做功時，為正，物體內能減少時，為負；物體吸收熱量時，為正，物體放出熱量時，例1：下列說法中正確的是：

A、物體吸收熱量，其內能必增加

B、外界對物體做功，物體內能必增加

C、物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能減少

D、物體溫度不變，其內能也一定不變

答案：C

評析：在分析問題時，要求考慮比較周全，既要考慮到內能包括分子動能和分子勢能，又要考慮到改變內能也有兩種方式：做功和熱傳遞．

例題2：空氣壓縮機在一次壓縮中，空氣向外界傳遞的熱量2.0 ×105J，同時空氣的內能增加了1.5 ×105J.這時空氣對外做了多少功？

解：根據熱力學第一定律

知

1.5 ×105J-2.0 ×105J =-0.5 ×105J

所以此過程中空氣對外做了0.5 ×105J的功．

二、能量守恒定律

1、復習各種能量的相互轉化和轉移

2、能量守恒定律：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別的形式，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．（學生看書學習能量守恒定律內容）．

3、能量守恒定律的歷史意義．

三、永動機

永動機的原理違背了能量守恒定律，所以是不可能的．

舉例說明幾種永動機模型

四、作業(yè)

第二篇：熱力學第一定律 能量守恒定律教案

熱力學第一定律 能量守恒定律

一、教學目標

1．知識目標：

（1）理解和掌握物體跟外界做功和熱傳遞的過程中W、Q、ΔU的物理意義。（2）會確定的W、Q、ΔU正負號。（3）理解熱力學第一定律ΔU =W+Q（4）會用ΔU =W+Q分析和計算問題。

（4）理解能量守恒定律，能列舉出能量守恒定律的實例；（5）理解“永動機”不能實現的原理。2．能力目標：

在培養(yǎng)學生能力方面，這節(jié)課中要讓學生理解熱力學第一定律ΔU =W+Q，并會用ΔU =W+Q分析和計算問題，培養(yǎng)學生利用所學知識解決實際問題的能力。

3．物理學方法教育目標：

能量守恒定律是自然科學的基本定律之一，應用能量守恒的觀點來分析物理現象、解決物理問題是很重要的物理思維方法。

二、重點、難點分析

1．重點內容是熱力學第一定律和能量守恒定律，強調能量守恒定律是自然科學中最基本的定律。學會運用熱力學第一定律和能量守恒定律分析、計算一些物理習題。

2．運用能的轉化和守恒定律對具體的自然現象進行分析，說明能是怎樣轉化的，對學生來說是有難度的。

三、教學方法

教師講解，課件演示，指導學生看書

四、教具

計算機、大屏幕、自制多媒體課件

五、教學過程（－）引入新課

上節(jié)課我們學習了改變內能的兩種方式，做功和熱傳遞，那么它們之間有什么數量關系呢？以前我們還學習過電能、化學能等各種形式的能，它們在轉化過程中遵守什么規(guī)律呢？這節(jié)課我們就來研究這些問題。

【板書】第六節(jié)

熱力學第一定律

能量守恒定律

（二）進行新課

【板書】

一、做功W、熱傳遞Q、內能變化ΔU的物理意義

1．做功：做功使物體內能發(fā)生變化，實質是能量的轉化，是一種形式的能量向另一種形式的能轉化。功是能量轉化的量度。

2．熱傳遞：是能量的轉移，內能由一個物體傳遞給給另一個物體，傳遞的能量用Q表示。

3．內能的改變：是物體內所有分子動能和勢能之和發(fā)生了變化，宏觀表現在溫度和體積上的變化。

【板書】

二、W、Q、ΔU正負號的確定

1．W，外界對物體做功，W取正值；物體對外界做功，W取負值。2．Q，物體吸熱，Q取正值；物體放熱，Q取負值。

3，ΔU，物體內能增加，ΔU取正值；物體減少，ΔU取負值。【板書】

三、W、Q、ΔU之間的關系

一個物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對它做多少功，它的內能就增加多少．

一個物體，如果它既沒有對外做功，也沒有其他物體對它做功，那么，它從外界吸收多少熱量，它的內能就增加多少．

如果外界既向物體傳熱又對物體做功，那么物體內能的增加量就等于物體吸收的熱量和外界對物體做的功之和．用ΔU表示物體內能的增加量，用Q表示物體吸收的熱量，用W表示外界對物體做的功，那么ΔU=Q+W 這個式子所表示的，內能的變化量跟功、熱量的定量關系，在物理學中叫做熱力學第一定律．

【例題】 一定量的氣體從外界吸收了2.6×10J的熱量，內能增加了4.2×10J．外界對氣體做了多少功？

解

由(1)式得 W=ΔU－Q =4.2×10J－2.6×10J =1.6×10J 外界對氣體做的功是1.6×10J． 思考與討論

上題中，如果氣體吸收的熱量仍為2.6×10J，但是內能只增加了1.6×10J，計算結果W將為負值．怎樣解釋這個結果？一般地講，ΔU、Q、W的正值和負值各代表什么物理意義？

【板書】

四、能量守恒定律

【課件演示】讓學生先看幾個能量轉化的例子（增強感性認識）1．機械能與內能轉化過程中能量守恒

（1）運動的汽車緊急剎車，汽車最終停下來。這過程中汽車的動能（機械能）轉化為輪胎和路面的內能（假定這過程沒有與周圍物體有熱交換，既不散熱也不吸熱）。摩擦力做了多少功，內能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功與內能變化的關系，這公式也反映出做功過程中，機械能的損失數量恰好等于物體內能增加的數量。

（2）把一鐵塊放入盛有水的燒杯中，用酒精燈加熱燒杯內水，直至水沸騰。在這一過程中，鐵塊從周圍水中吸收了熱量使它溫度升高，內能增加。這過程中水的一部分內能通過熱量傳遞使鐵塊內能增加。鐵塊吸收多少熱量，它內能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的熱量與內能變化量的關系，也反映出鐵塊增加的內能數量與水轉移給鐵塊的內能數量相等。

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5一般情況下，如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞過程，那么，外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q，等于物體內能的增加ΔE，即

W+Q=ΔE 上式所表示的是功、熱量和內能之間變化的定量關系，同時它也反映了一個物體的內能增加量等于物體的機械能減少量和另外物體內能減少量（內能轉移量）之和。進而說明，內能和機械能轉化過程中能量是守恒的。

2．其他形式的能也可以和內能相互轉化

（1）介紹其他形式能：我們學習過機械運動有機械能，熱運動有內能，實際上自然界存在著許多不同形式的運動，每種運動都有一種對應的能量，如電能、磁能、光能、化學能、原子能等。

（2）不僅機械能和內能可以相互轉化，其他形式能也可以和內能相互轉化，舉例說明：（同時放映幻燈片）

① 電爐取暖：電能→內能 ② 煤燃燒：化學能→內能 ③ 熾熱燈燈絲發(fā)光：內能→光能

（3）其他形式的能彼此之間都可以相互轉化。畫出圖表讓學生回答分析：

3．能量守恒定律

大量事實證明：各種形式的能都可以相互轉化，并且在轉化過程中守恒。

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；在轉化和轉移過程中其總量不變．這就是能量守恒定律。

在學習力學知識時，學習了機械能守恒定律。機械能守恒定律是有條件限制的定律，而且實際現象中是不可能實現的。而能量守恒定律是存在于普遍自然現象中的自然規(guī)律。這規(guī)律對物理學各個領域的研究，如力學、電學、熱學、光學等都有指導意義。它也對化學、生物學等自然科學的研究都有指導作用。

4．永動機不可能制成

歷史上不少人希望設計一種機器，這種機器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功。這種機器被稱為永動機。雖然很多人，進行了很多嘗試和各種努力，但無一例外地以失敗告終。失敗的原因是設計者完全違背了能的轉化和守恒定律，任何機器運行時其能量只能從一種形式轉化為另一種形式。如果它對外做功必然消耗能量，不消耗能量就無法對外做功，因而永動機是永遠不可能制造成功的。

5．運用能的轉化和守恒定律進行物理計算

例題：用鐵錘打擊鐵釘，設打擊時有80％的機械能轉化為內能，內能的50％用來使鐵釘的溫度升高。問打擊20次后，鐵釘的溫度升高多少攝氏度？已知鐵錘的質量為1.2kg，鐵錘打擊鐵釘時的速度是10m/s，鐵釘質量是40g，鐵的比熱是5.0×10J/（kg·℃）。

首先讓學生分析鐵錘打擊鐵釘的過程中能量的轉化。

歸納學生回答結果，指出鐵錘打擊鐵釘時，鐵錘的一部分動能轉化為內能，而且內能中的一半被鐵釘吸收，使它的溫度升高。如果用ΔE表示鐵釘的內能增加量，鐵錘和鐵釘的質量分別用M和m表示，鐵錘打擊鐵釘時的速度用v表示。依據能的轉化和守恒定律，有 5 鐵釘的內能增加量不能直接計算鐵釘的溫度，我們把機械能轉化為內能的數量等效為以熱傳遞方式完成的，因此等效為計算打擊過程中鐵釘吸收多少熱量，這熱量就是鐵釘的內能增加量。因此有

Q=cmΔt 上式中c為鐵釘的比熱，Δt表示鐵釘的溫度升高量。將上面兩個公式聯立，20?Mv2?80%?50%?24℃ 得出?t?2cm經計算得出鐵釘溫度升高24℃。在這個物理計算過程中突出體現了如何應用能的轉化和守恒定律這一基本原理。

應該注意，有的同學把上述題目中鐵錘打擊鐵釘過程中的能量轉化，說成“鐵錘做功轉化為熱量”是不正確的。只能說做功與熱傳遞在使物體內能改變上是等效的。

（三）課堂小結

熱力學第一定律表示的是功、熱量和內能之間變化的定量關系；自然界各種形式的能存在著相互轉化過程，轉化過程中總量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。

同學們要會分析一些自然現象中能是怎樣轉化的。

應該知道，根據能量守恒定律，永動機是不可能制造成功的。

通過課上的例題計算，學會運用能的轉化和守恒定律解決物理問題的方法。

（四）說明

熱力學第一定律和能量守恒定律是學生進入高中物理階段后，第一次完整、細致地學習。此定律對今后學習物理是很重要的一個理論鋪墊。教學上要重視，課堂上講解要細致和透徹。

（五）布置作業(yè)

復習本節(jié)內容，完成練習六。

課后思考與討論

有人設計了這樣一臺“永動機”：距地面一定高度架設一個水槽，水從槽底的管中流出，沖擊一個水輪機，水輪機的軸上安裝一個抽水機和一個砂輪．他指望抽水機把地面水槽里的水抽上去，這樣循環(huán)不已，機器不停地轉動，就可以永久地用砂輪磨制工件做功了(下圖)．

請你分析一下，高處水槽中水的勢能共轉變成哪幾種形式的能，說明這個機器是否能夠永遠運動下去． 閱讀材料

高空的氣溫為什么低

研究大氣現象時常常用到熱力學第一定律．通常把溫度、壓強相同的一部分空氣作為研究的對象，叫做氣團，直徑上千米．由于氣團很大，邊緣部分和外界的熱交換對整個氣團沒有明顯的影響，即(1)式中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，地面又使得下層的氣團溫度升高，密度減小，因而上升．上升時氣團膨脹，推擠周圍的空氣，對外做功，因此內能減小，溫度降低．所以，越 7 高的地方，空氣的溫度越低．對于干燥的空氣，大約每升高1km溫度降低7℃(圖10－13)．

飛機在萬米高空飛行的時候，艙外氣溫往往在－50℃以下．由于機上有空調設備，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壓低，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，空氣壓縮機對氣體做功，使氣體的內能增加，溫度上升．如果不用空調，機艙內的溫度可能達到50℃以上！

第三篇：《熱力學第一定律》教案1

《熱力學第一定律》

一、改變內能的兩種方式：做功和熱傳遞

1．做功可以改變物體的內能

【生活實例】列舉鋸木頭和用砂輪磨刀具，鋸條、木頭和刀具溫度升高，說明克服摩擦力做功，可以使物體的內能增加。如果外力對物體做功全部用于物體內能改變的情況下，外力做多少功，物體的內能就改變多少。如果用W表示外界對物體做的功，用ΔE表示物體內能的變化，那么有W=ΔE。功的單位是焦耳，內能的單位也是焦耳。

【演示】演示壓縮空氣，硝化棉燃燒。說明外力壓縮空氣過程，對氣體做功，使氣體的內能增加，溫度升高到棉花的燃點而使其燃燒。

以上實例說明做功可以改變物體的內能。2．熱傳遞可以改變物體的內能

【生活實例】在爐灶上燒熱水，火爐烤熱周圍物體，這些物體溫度升高內能增加。這些實例說明依靠熱傳遞方式也可以使物體的內能改變。物體吸收熱量，內能增加。物體放出熱量，物體的內能減少。如果傳遞給物體的熱量用Q表示，物體內能的變化量是ΔE，那么，Q=ΔE。

熱量的計算公式有：Q=cmΔt。熱量的單位是焦耳，過去的單位是卡。所以做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式。3．做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。4．做功和熱傳遞的區(qū)別

雖然做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的，但是這兩種方式的物理過程有本質的區(qū)別。做功使物體內能改變的過程是機械能轉化為內能的過程。而熱傳遞的過程只是物體之間內能的轉移，沒有能量形式的轉化。例：

1．在下列過程中，通過熱傳遞增加物體內能的是

[ ] A． 火車經過鐵軌后鐵軌的溫度升高 B．壓縮筒內乙醚，使其燃燒

C．鐵棒被太陽曬熱 D.汽車剎車后，輪胎變熱

2．物體的內能增加這是因為

[ ] A．一定是由于物體吸收了熱量 B．一定是由于對物體做了功 C．可能是由于物體吸收了熱量，也可能是由于對物體做了功 3．說明下列各題中內能改變的方法：

(1)一盆熱水放在室內，一會就涼了，______；

(2)高溫高壓的氣體，迅速膨脹，對外做功，溫度降低，______。(3)鐵塊在火爐上加熱，一會兒熱得發(fā)紅，______；(4)打氣筒給車胎打氣，過一會筒壁發(fā)熱，______’(5)冬天人們往手上呵氣取暖，______；(6)兩手互相摩擦取暖，______。

二、熱力學第一定律、做功W、熱傳遞Q、內能變化ΔU的物理意義

1．做功：做功使物體內能發(fā)生變化，實質是能量的轉化，是一種形式的能量向另一種形式的能轉化。功是能量轉化的量度。

2．熱傳遞：是能量的轉移，內能由一個物體傳遞給給另一個物體，傳遞的能量用Q表示。

3．內能的改變：是物體內所有分子動能和勢能之和發(fā)生了變化，宏觀表現在溫度和體積上的變化。

2、W、Q、ΔU正負號的確定

1．W，外界對物體做功，W取正值；物體對外界做功，W取負值。2．Q，物體吸熱，Q取正值；物體放熱，Q取負值。

3，ΔU，物體內能增加，ΔU取正值；物體內能減少，ΔU取負值。

3、W、Q、ΔU之間的關系

一個物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對它做多少功，它的內能就增加多少． ΔU=W 一個物體，如果它既沒有對外做功，也沒有其他物體對它做功，那么，它從外界吸收多少熱量，它的內能就增加多少． ΔU=Q 如果外界既向物體傳熱又對物體做功，那么物體內能的增加量就等于物體吸收的熱量和外界對物體做的功之和．用ΔU表示物體內能的增加量，用Q表示物體 吸收的熱量，用W表示外界對物體做的功，那么 ΔU=Q+W

這個式子所表示的，內能的變化量跟功、熱量的定量關系，在物理學中叫做熱力學第一定律．

物體內能的增加等于物體從外界吸收的熱量與外界對物體所做的功的總和。

【例題】

一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內能增加了4.2×105J．外界對氣體做了多少功？

解

由(1)式得 W=ΔU－Q =4.2×105J－2.6×105J =1.6×105J 外界對氣體做的功是1.6×105J． 思考與討論

上題中，如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105J，但是內能只增加了1.6×105J，計算結果W將為負值．怎樣解釋這個結果？一般地講，ΔU、Q、W的正值和負值各代表什么物理意義？

第四篇：六、熱力學第一定律 能量守恒定律 教案示例

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二、熱力學第一定律

能量守恒定律

教學目的

1．理解、掌握物體跟外界做功和熱傳遞的過程中W、Q、ΔU的物理意義． 2．會確定W、Q、ΔU的正負號． 3．理解熱力學第一定律ΔU＝W＋Q． 4．會用ΔU＝W＋Q分析和計算問題． 5．理解、掌握能量守恒定律及重要性．

6．會用能量守恒的觀點分析、解決有關問題，明確它的優(yōu)越性． 7．知道第一類永動機不可能成功的原因． 教具

柴油機模型、電動機、燈泡、打氣筒、多媒體． 教學過程 ●引入新課

我們在前面學習了改變內能的兩種方法：做功和熱傳遞，那么它們之間有什么數量關系呢？以前我們還學習過電能、化學能等各種形式的能，它們在轉化過程中遵守什么樣的規(guī)律呢？今天我們就來研究這些問題．

【板書】

一、做功W、熱傳遞Q、內能變化ΔU的物理意義

1．做功：做功使物體內能發(fā)生變化，本質是能量的轉化，是一種形式的能向另一種形式的能轉化，功是能量轉化的量度．

2．熱傳遞：是能量的轉移，內能由一個物體傳遞給另一個物體，傳遞的能量用熱量Q表示．

3．內能的改變：是物體內所有分子動能和勢能之和發(fā)生了變化，宏觀表現在溫度變化和體積變化． 【板書】

二、W、Q、ΔU正負號確定

1．W，外界對物體做功，W取正；物體對外界做功，W取負． 2．Q，物體吸熱，Q取正；物體放熱，Q取負．

3．ΔU，物體內能增加，ΔU取正；物體內能減少，ΔU取負． 【板書】

三、W、Q、ΔU三者之間關系

在一般情況下，如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程，它們遵守下列關系： ΔU＝W＋Q 這就是勢力學第一定律，它表示了功、勢量跟內能改變之間的定量關系．

例：一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內能增加了4.2×105J．是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？

啟發(fā)學生討論：1．引起物體內能變化的物理過程有哪兩種？2．物體內能增加量大于物體從外界吸收的熱量是什么原因？3．怎樣找W、Q、ΔU的正負值．

引起物體內能變化的物理過程有兩種，做功和熱傳遞；物體內能增加量大于物體從外界吸收的熱量，是由于還有做功，一定是外界對氣體做了功．W＝？，Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J，根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，代入4.2×105＝2.6×105＋W ∴W＝(4.2－2.6)×105＝1.6×105(J)W為正值，說明是外界對氣體做了1.6×105J的功．

觀看柴油機模型，用熱力學第一定律解釋柴油機正常工作時壓燃的原理．

活塞壓縮氣體，活塞對氣體做功，由于時間很短，散熱可忽略，機械能轉化為氣體內能，溫度升高，達到柴油燃點，可“點燃”柴油．

做功和熱傳遞能使物體內能改變，能量在轉化或轉移過程中守恒．不僅機械能，其它形式的能也可以與內能相互轉化，如電流通過燈泡鎢絲變熱發(fā)光，電能轉化為內能和光能(出示電燈泡)．燃料燃燒生熱，化學能轉化成內能，實驗證明：在這些轉化過程中，能量都是守恒的．

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四、能量守恒定律 同學們看課文

再看一段錄像：風力發(fā)電、電動機帶動水泵抽水，汽車在公路上行駛，水電站、植物生長等，同時利用投影儀打出討論題目：

1．能量守恒定律的內容？ 2．各種機器的作用是什么？

3．風力發(fā)電是什么能轉化成什么能？

4．化學上電解食鹽的過程，是什么能轉化成什么能？ 5．為什么說：能量守恒定律是偉大的運動基本規(guī)律？ 6．第一類永動機為什么不能成功？ 7．舉出一些生活中能量守恒的實例． 討論總結： 1．見課本．

2．各種機械都是能量轉化器． 3．是機械能轉化為電能． 4．是電能轉化成化學能．

5．能夠把各個領域聯系起來，具有共同語言． 6．因為它違背了能量守恒定律．

7．舉不勝舉．能量守恒是自然界最普遍的規(guī)律之一． 能量守恒，就是能量既不會多，也不會少，總量不變． ●鞏固練習

1．某一家庭用高壓鍋煮飯，由于皮墊用久了，當水煮沸時跑氣了，大量的熱氣噴到了距高壓鍋2米以外的小張手上，但并沒有燙傷，為什么？

2．一定質量的氣體，從外界吸收了2.6×105J的熱量，內能只增加了1.6×105J，做功情況如何？ 3．進入冬季，教室與教研室采暖設計一樣，但教室溫度比教研室高，為什么？ 參考題

1．炮兵訓練打靶時，炮彈在炮膛中加速飛出炮口的過程中，炮膛中的火藥氣體溫度是變化很大還是很小？說明理由．

2．一瀑布，落差30m，假如在下落過程中機械能減少量全部轉化成水的內能，水的溫度升高多少？[水的比熱容為4.2×103J/(kg℃)] 3．說明下列現象中能量是怎樣轉化的？[

] A．水電站發(fā)電時，水輪機被水流沖擊轉動，帶動發(fā)電機發(fā)電．

B．利用地熱發(fā)電． C．化學上的電鍍過程．

D．植物生長過程． 說明

1．熱力學第一定律ΔU＝W＋Q中各字母正負值確定是個難點，難就難在物理意義不清楚．

2．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．

3．以前我們學習的機械能守恒定律，動能定理等，還有剛學的熱力學第一定律，都可以統一在能量守恒定律之中．比如說，汽車剎車直到停下的過程中，動能減少，內能增加．或者說，汽車克服摩擦力所做的功等于增加的汽車動能．

三理想氣體狀態(tài)方程

一、理想氣體狀態(tài)方程

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http://www.tmdps.cn 1．理想氣體

提問：什么氣體可以看做是理想氣體？ 學生活動

能嚴格遵守氣體實驗定律的氣體．

壓強不太大、溫度不太低（常溫、常壓）的實際氣體． 2．一定質量的某種理想氣體的狀態(tài)方程

（1）推證理想氣體的狀態(tài)方程的理論依據是什么？ 氣體實驗定律．

補充：氣體狀態(tài)參量間的變化與過程無關．（2）推證過程：（要求學生在課下完成）（3）結論：

此式反映的是n個狀態(tài)間過程的聯系．（4）推論：

對一定質量的理想氣體，設密度為ρ，有V=m/ρ，則

[例1]教室的容積是100m3，在溫度是7℃，大氣壓強為1.0×105Pa時，室內空氣的質量是130kg，當溫度升高到27℃時大氣壓強為1.2×105Pa時，教室內空氣質量是多少？

分析：

（1）研究對象是教室內的氣體嗎？（2）氣體的初末態(tài)如何確定？ 學生回答問題：（1）教室內的氣體不能作為研究對象，因為教室內氣體的質量發(fā)生了變化，有可能是外面的氣體跑進教室，也有可能是教室的氣體跑到外面．所以以原來教室內的130kg的氣體為研究對象，才能根據理想氣體的狀態(tài)方程求解．

（2）初態(tài)：p1=1.0×105pa，V1=100m3，T1=273+7=280K 末態(tài)：p2=1.2×105Pa，V2=？，T2=300K根據理想氣體狀態(tài)方程：

二、熱力學第一定律在理想氣體等值變化過程中的應用 1．理想氣體的內能

理想氣體的分子間作用力為零，分子勢能為零，所以理想氣體的內能等于分子動能．那么決定一定質量的某種理想氣體的內能的宏觀標志是什么？

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http://www.tmdps.cn 溫度T 2．幾個等值變化過程（1）絕熱過程．

絕熱一般指封閉氣體的材料絕熱或過程完成得迅速，此過程的特點是熱量Q=0，那么同學們可以討論當一個絕熱氣缸內的氣體向外膨脹的過程中，氣體的內能如何變化？氣體的溫度如何變化？

當一個絕熱氣缸內的氣體向外膨脹的過程中，氣體的體積變大，氣體對外做功，又因為是絕熱過程，氣體既不吸熱也不向外界放熱，根據熱力學第一定律，其內能減小，氣體的溫度降低．

（2）等溫過程．

等溫過程中氣體的溫度保持不變，所以其內能不變．那么當一定質量的理想氣體的壓強增大，系統是吸熱還是放熱？

因為是等溫過程，所以系統的內能不變；根據玻-馬定律，當氣體壓強增大時，氣體的體積變小，外界對氣體做功；根據熱力學第一定律，系統向外界放熱．

（3）等容過程．

等容過程的特點是什么？那么當一定質量的理想氣體的壓強增大，系統是吸熱還是放熱？

體積不變，所以做功W=0；根據查理定律，氣體的壓強增大，則溫度升高，內能變大；根據熱力學第一定律，系統從外界吸熱．

（4）等壓過程．

等壓過程的特點是什么？那么當一定質量的理想氣體的體積增大，系統是吸熱還是放熱？

第四節(jié)

空氣的濕度

一、引入 ［放錄像］

地上的水、江河湖海里的水，以及動植物的表皮以及動物的呼吸也在不斷地散發(fā)出水蒸汽，使得我們周圍的空氣中含有水蒸汽.

［教師］一定體積的空氣中含的水蒸氣越多，空氣就越潮濕，含的水蒸氣越少，空氣就越干燥，本節(jié)課我們就來學習空氣的濕度.

二、新課教學

（一）空氣的濕度 ［投影］閱讀思考題

1.什么叫空氣的絕對濕度？為什么空氣的濕度不用單位體積的空氣中所含水蒸氣的質量來表示？ 2.水蒸發(fā)的快慢，動物感覺到的干燥和濕潤，與什么有關？有什么關系？ 3.什么叫相對濕度？

［學生活動］閱讀課文有關內容并解答閱讀思考題 ［師生總結］

1.空氣中所含水蒸氣的壓強叫做空氣的絕對濕度.

2.由于直接測量空氣中水蒸氣的密度比較困難，所以不用空氣中所含水蒸氣的密度來表示空氣的絕對濕度.

3.水蒸發(fā)的快慢，動物感覺到的干燥或濕潤，不是完全由空氣絕對濕度的大小決定的，而是跟空氣中的水蒸氣離飽和狀態(tài)的遠近有關系.

在空氣的絕對濕度一定的情況下，氣溫高時水蒸氣離飽和狀態(tài)遠，水蒸發(fā)的快，氣溫低時水蒸氣離飽和狀態(tài)近，水蒸發(fā)的慢.

當人體中的水蒸發(fā)的快時，我們就感到空氣比較干燥，反之，我們就感到空氣很潮濕.4.某溫度時空氣的絕對濕度跟同一溫度下水的飽和氣壓的百分比，叫做此溫度下空氣的相對濕度. 求解公式為：

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http://www.tmdps.cn B=p×100% psp→空氣的絕對濕度→單位（Pa)

pS→同一溫度下水的飽和氣壓→單位（Pa) B→相對濕度 ［強化訓練］

1.在潮濕的天氣里，洗了的衣服不容易晾干，為什么？

2.在絕對濕度相同的情況下，夏天和冬天的相對濕度哪個大？為什么？

3.當空氣的絕對濕度是1.2×103Pa，氣溫是15℃時，空氣的相對濕度是多大？ ［學生活動］ 解答強化訓練題

1.在潮濕的天氣里，空氣的濕度大，空氣中的水蒸氣接近飽和，水份不容易蒸發(fā)，所以洗了的衣服不容易晾干.

2.在絕對濕度相同的情況下，水的飽和汽壓ps在溫度高時大，溫度低時小，根據B=冬天的相對速度大.

3.解：

∵p=1.2×103Pa

查表得ps=1.705×103Pa

p夏天和冬天相比，ps1.2?103p∴B===70.4% 3ps1.705?10［討論］

1.當空氣的絕對濕度一定時，白天為什么我們感覺到比較干燥，而夜晚卻感到很潮濕？ 2.水的飽和汽壓隨溫度如何變化？ ［學生活動］ 解答討論題

1.由課文飽和汽壓表可知：

在絕對濕度一定的情況下，在白天，水蒸氣離飽和狀態(tài)較遠，我們就感覺到空氣比較干燥，而在夜晚氣溫降低，飽和汽壓降低，水蒸氣接近飽和，我們就感覺到空氣很潮濕.

2.水的飽和汽壓隨溫度的升高而升高. ［教師］

由于水的飽和汽壓隨溫度的升高而升高，所以當絕對濕度一定時，空氣里的未飽和汽將逐漸接近飽和，當氣溫降到某一溫度時，水蒸氣將達到飽和狀態(tài)，這時將有水蒸氣凝結成水，在物體表面上形成一層細小的露滴.

［板書］

使空氣里的水蒸氣剛好達到飽和時的溫度叫做露點. ［討論］

根據露點和氣溫的差值，能否判斷出相對濕度的大小？ ［學生活動］ 解答討論題

空氣中含的水蒸氣多，氣溫只要少許降低一點，就達到露點，水蒸氣就達到飽和，反之空氣中含的水蒸氣

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http://www.tmdps.cn 少，氣溫要降低很多，才能達到露點，水蒸氣才達到飽和，所以根據露點和氣溫的差值，可以大致判斷出空氣中水蒸氣的飽和程度，從而判斷出相對濕度的大小.

（二）濕度計

［實物投影］課本圖13~24的干濕泡濕度計. ［投影］

介紹干濕泡溫度計的構造：

1.干濕泡溫度計是由兩支完全相同的溫度計組成的. 2.分別觀察兩支溫度計的特征： 從實物投影觀察到：

溫度計B的感溫泡上包著棉紗，棉紗的下端浸在水中 而A中的感溫泡是干燥的

→這就是干濕泡溫度計名稱的由來.

3.學生閱讀課文，敘述干濕泡溫度計的原理： 由于水的蒸發(fā)，溫度計B指示的溫度總是低于溫度計A的，空氣的相對濕度越小，其中的水汽離飽和越遠，濕泡溫度計B上的水蒸發(fā)得越快，溫度就降得越低，兩支溫度計的溫度差越大.空氣的相對濕度越大，其中的水汽越接近飽和，溫度計B上的水蒸發(fā)得越慢，A、B的溫度差就越小，所以干濕泡溫度計的溫度差的大小跟空氣的相對濕度有直接關系.

把不同溫度時相應于不同的干濕泡溫度差的相對濕度計算出來，繪制成表或畫成曲線，根據干濕包濕度計上A、B兩支溫度計的讀數，從表或曲線上很快就可以算出空氣的相對濕度.

三、小結

本節(jié)課我們主要學習了：

1.空氣的濕度是指空氣的干濕程度，它是由空所中所含水蒸氣的多少來決定的，空氣的濕度可以用絕對濕度和相對濕度來表示.

2.空氣越潮濕，空氣中所含水蒸氣的密度越大，水蒸氣的壓強也越大，由于測量水蒸氣的壓強要比測量水蒸汽的密度容易得多，因而人們便利用空氣中所含水蒸氣的壓強來表示空氣的濕度，稱為空氣的絕對濕度.

3.人們對空氣濕度的關注，往往不直接體現在空氣中所含水蒸氣的多少上，而是體現在空氣中的水蒸氣離離飽和狀態(tài)的遠近上，空氣中的水蒸氣越接近飽和狀態(tài)，那么空氣中水蒸氣的壓強跟同溫度下水的飽和汽壓就越近，它們的比值必然越大.

某溫度時空氣的絕對濕度p與同一溫度下水的飽和氣壓ps的百分比來表示空氣的濕度，稱為空氣的相對濕度B.

即B=p×100% ps4.空氣的濕度可以用濕度計來直接測量，常用的濕度計有干濕泡濕度計.

四、作業(yè)

課本P85練習六：

五、板書設計

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六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計

1.當氣溫突然下降時，空氣的相對濕度將___________.

A.增大

B.減小

C.不變

D.不能確定 2.下列說法正確的是___________. A.空氣的絕對濕度大時，水的蒸發(fā)慢

B.水蒸氣的密度一定時，濕度越高相對濕度越小 C.氣溫低時空氣的相對濕度一定大

D.氣溫降至露點時空氣的相對濕度為100%

3.已知20℃時水的飽和汽壓是2.338×103Pa，12℃時水的飽和汽壓是1.402×103Pa,若20℃時空氣的相對濕度是70%，則此時的露點t是___________

A.t＞20℃

B.12℃＜t＜20℃

C.t=12℃

D.t＜12℃

4.用測定露點的方法可以確定空氣的絕對濕度和相對濕度，設氣溫為t1,測得其露點為t2，如何得出氣溫為t1時的絕對濕度和相對濕度.

參考答案：

1.A

2.BD

3.B

4.p=ps2,B=

ps2×100% ps1億庫教育網

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第五篇：工程熱力學-熱力學第一定律講稿

熱力學第一定律

一、熱力學第一定律的實質

自然界的物質處于不斷地變化中，轉化中的守恒與守恒中的轉化時自然界的基本法則之一。人們從無數的實踐經驗中總結出：自然界一切物質都具有能量，能量既不能創(chuàng)造也不能消滅，各種不同形式的能量都可以從一個物體轉移到另一個物體，也可以從一種能量形式轉變到另一種能量形式，但在轉移過和轉變程中，它們的總量保持不變。這一規(guī)律稱為能量守恒與轉換定律。

而熱力學第一定律就是能量守恒與轉換定律在熱現象中應用，它確定了熱力工程中熱力系與外界進行能量交換時，各種形態(tài)的能量在數量上的守恒關系。在工程熱力學中熱力學第一定律可以表述為：熱可以變?yōu)楣Γσ部梢宰優(yōu)闊幔欢ǖ臒崃肯r必產生相應的功，消耗一定量的功時必出現與之對應的一定量的熱。

二、熱力系統常用到的能量形式

（一）、儲存能

1、內儲存能／熱力學能（U）：

組成熱力系統的大量微觀粒子本身所具有的能量。熱力學能是下列各種能量的總和：（1）分子熱運動所形成的內動能。

（2）分子間相互作用力所形成的內位能。

（3）構成分子的化學能和構成原子的的原子能。

2、外儲存能（1）宏觀動能（Ek）：相對于熱力系統以外的的參考坐標，由于宏觀運動速度

而具有的能量。Ek?12mc2f

（2）重力位能（Ep）：在重力場中，熱力系統由于重力作用而具有的能量。

Ep?mgz

3、熱力系統的總儲存能（E）： 是內儲存能與外儲存能之和，即： E?U?Ek?Ep?U? e?u?12cf212mc2f?mgz 或

?gz

（二）遷移能：能量從一個物體傳遞到另一個物體有兩種方式做功和傳熱，傳遞過程中的功

量和熱量稱為遷移能。熱力系統與外界存在勢差時，進行的能量交換途徑有三種：功量交換、熱量交換、質量交換。

1、功量（1）體積功：在壓力差的作用下，熱力系統體積膨脹或收縮時與外界交換的功量。

（2）軸功（Ws）：熱力系統通過葉輪機械的軸和外界交換的功量。

2、熱量：系統與外界在溫差的推動下通過微觀粒子的無規(guī)則運動而傳遞的能量。

3、隨質量交換傳遞的能量

（1）流動工質的儲存能：流動工質本身具有熱力學能、宏觀動能和重力位能，會隨工質的的流進（流出）系統而帶入（帶出）系統。這部分能量為：

E?U?12mc2f?mgz 或 e?u?12cf2?gz

（2）流動功（推動功）（Wf）：工質在開口系統中流動而傳遞的功。流動功與體積功不同，流動功只有在工質流動過程中才會出現，做流動功時工質的流動狀態(tài)不發(fā)生變化，當然也不存在能量形態(tài)的轉化，工質做流動功是只起到傳遞能量的作用。

W f??pV?2??PV?1 或 wf1

?p2v2?p1v1

三、熱力學第一定律的基本能量方程

設想有一熱力系如上圖所示，其總能量為 E?U?Ek?Ep 假定這一熱力系在一段極短的時間d?內從外界吸收了微小的熱量?Q,又從外界流入了每千克總能量為e1的質量?m1與此同時熱力系對外界做出了微小的總功?Wtot，并向外界流出了每千克總能量為e2的質量?m2，經過時間d?后，熱力系的總能量變?yōu)镋?dE。

熱力學第一定律的能量方程，就是系統變化過程中的能量平衡方程式，文字表達式為：加入熱力系的能量總和 — 熱力系輸出的能量總和 = 熱力系總能量的增量

即：

??Q?e1m1????Wtot?e2?m2???E?dE??E

?Q?dE??e2?m2?e1?m1???Wtot

（1）

對有限長時間?積分得 ：

Q??E???e?2?m2?e1?m1??Wtot

（2）

式（1）和式（2）為熱力學第一定律最基本的表達式，適用于任何工質進行的任何無摩擦或有摩擦的過程。

四、閉口系統的能量方程

在閉口系統中，（1）熱力系的宏觀能量變化很小，宏觀動能和重力位能可以忽略，因此，熱力系中能量的變化就等于熱力學能的變化量，即：?E??U。（2）另外對于閉口系統它與外界無質量交換，即：?m1?0 ?m2?0（3）所做的功是體積功。所以閉口系統的能量方程可簡化為：

微元熱力過程下：?Q?dU??W;?q?du??w 總熱力過程下

：Q??U?W;q??u?w

五、開口系統的能量方程

在實際工程中，工質要在熱力裝置中循環(huán)不斷的流經各相互銜接的熱力設備，完成不同的熱力過程實現能量轉換對這類有工質流進和流出的熱力設備（如燃氣輪機、汽輪機、葉輪 2

式壓氣機）常采用開口系統即控制體積的分析方法。

我們把控制體內質量和能量隨時間而變化的過程稱為不穩(wěn)定流動過程。把系統內質量和能量不隨時間變化，各點參數保持一定的稱為穩(wěn)定流動過程。下面從最普遍額不穩(wěn)定流動過程著手導出開口系統的能量方程。

設控制體在?到??d?的時間內進行一個微元熱力過程。在這段時間內控制體截面處流入的工質質量為?m1，流出的工質質量為?m2，控制體從熱遠處吸熱?Q，對外做軸?W，進出口截面相對參考系的高度分別為z1和z2，控制體積內儲存能的增量為dEcv，則控制體的能量輸入與輸出情況如下： 進入控制體的能量=?Q??h1?????1?2cf1?gz1??m1 2?1?2cf2?gz2??m2 2?離開控制體的能量=?Ws??h2?控制體儲存能的變化 dEcv??E?dE?cv?Ecv 根據熱力學第一定律建立能量方程得：

11????22 ?Q+?h1?cf1?gz1??m1??h2?cf2?gz2??m2??Ws?dEcv

22????整理得：

11????22 ?Q=?h2?cf2?gz2??m2??h1?cf1?gz1??m1??Ws?dEcv

22????

六、穩(wěn)定流動的能量方程

當流體流過開口系統時，有能量的輸入和輸出，此時輸入的能量、輸出的能量及系統積累的能量分別為：

（1）流入的能量：流入流體攜帶的熱力學能、宏觀動能及位能、流體流入時得到的流動能、流體從外界獲得的熱能。流入的能量具體為： 微觀能即熱力學能：U1??m1u1 宏觀動能：Ek1?12?m1c1

2宏觀位能：Ep1??m1gz1 流體流動能：PV??m1P1v1 11流體從外界獲得的熱能為：?Q

（2）流出的能量：流出流體攜帶的熱力學能、宏觀動能及位能、流體流出時得到的流動能、流體通過轉動部件對外界傳出的機械能。流出的能量具體為： 微觀能即熱力學能：U2??m2u2 宏觀動能：Ek2?12?m2c2

2宏觀位能：Ep2??m2gz2 流體流動能：P2V2??m2P2v2 熱力系對輸出的機械能為：?W

則根據熱力學第一定律，應有：E1?E2?dE

??Q 其中：E1?U1?Ek1?Ep1?PV11E2?U2?Ek2?Ep2?P2V2??W

即：

?m1u1?12?m1c1??m1gz1??m1P1v1??Q?dE??m2u2?2122?m2c2??m2gz2??m2P2v2??W

開口穩(wěn)定流動系統定義及特征：熱力系中各個參數穩(wěn)定，即無能量和質量的積累。開口穩(wěn)定流動系統滿足的表達式：?m1??m2??m

dE?0 則熱力學第一定律在開口穩(wěn)定流動熱力系中的具體表達式為：

21212化簡為：?Q??m((u?pv?c?gz)2?(u?pv?c?gz)1)??W

22?m((u?pv)1?12c1?gz1)??Q??m((u?pv)2?21c2?gz2)??W

2其中：h?u?pv

代入即： ?Q??m((h?12c?gz)2?(h?122212c?gz)1)??W

12c?gz)1?w

22單位kg的熱力系：q?(h?c?gz)2?(h?

七、熱力學第一定律的具體應用 換熱器中的應用：q?h2?h1 內燃機中的應用：w?h1?h2 噴管中的應用：12c?h1?h2 2壓縮機的應用：w?h2?h1