第一篇：熱力學(xué)第一定律教案[小編推薦]

教學(xué)重點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律

教學(xué)難點(diǎn)：永動(dòng)機(jī)

一、熱力學(xué)第一定律

改變物體內(nèi)能的方式有兩種：做功和熱傳遞．

運(yùn)用此公式時(shí)，需要注意各物理量的符號(hào)：物體內(nèi)能增加時(shí)，為負(fù)；外界對(duì)物體做功時(shí)，為負(fù)．

為正，物體對(duì)外界做功時(shí)，為正，物體內(nèi)能減少時(shí)，為負(fù)；物體吸收熱量時(shí)，為正，物體放出熱量時(shí)，例1：下列說(shuō)法中正確的是：

A、物體吸收熱量，其內(nèi)能必增加

B、外界對(duì)物體做功，物體內(nèi)能必增加

C、物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能減少

D、物體溫度不變，其內(nèi)能也一定不變

答案：C

評(píng)析：在分析問(wèn)題時(shí)，要求考慮比較周全，既要考慮到內(nèi)能包括分子動(dòng)能和分子勢(shì)能，又要考慮到改變內(nèi)能也有兩種方式：做功和熱傳遞．

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

解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律

知

1.5 ×105J-2.0 ×105J =-0.5 ×105J

所以此過(guò)程中空氣對(duì)外做了0.5 ×105J的功．

二、能量守恒定律

1、復(fù)習(xí)各種能量的相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移

2、能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變．（學(xué)生看書學(xué)習(xí)能量守恒定律內(nèi)容）．

3、能量守恒定律的歷史意義．

三、永動(dòng)機(jī)

永動(dòng)機(jī)的原理違背了能量守恒定律，所以是不可能的．

舉例說(shuō)明幾種永動(dòng)機(jī)模型

四、作業(yè)

第二篇：熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律教案

熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律

一、教學(xué)目標(biāo)

1．知識(shí)目標(biāo)：

（1）理解和掌握物體跟外界做功和熱傳遞的過(guò)程中W、Q、ΔU的物理意義。（2）會(huì)確定的W、Q、ΔU正負(fù)號(hào)。（3）理解熱力學(xué)第一定律ΔU =W+Q（4）會(huì)用ΔU =W+Q分析和計(jì)算問(wèn)題。

（4）理解能量守恒定律，能列舉出能量守恒定律的實(shí)例；（5）理解“永動(dòng)機(jī)”不能實(shí)現(xiàn)的原理。2．能力目標(biāo)：

在培養(yǎng)學(xué)生能力方面，這節(jié)課中要讓學(xué)生理解熱力學(xué)第一定律ΔU =W+Q，并會(huì)用ΔU =W+Q分析和計(jì)算問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3．物理學(xué)方法教育目標(biāo)：

能量守恒定律是自然科學(xué)的基本定律之一，應(yīng)用能量守恒的觀點(diǎn)來(lái)分析物理現(xiàn)象、解決物理問(wèn)題是很重要的物理思維方法。

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1．重點(diǎn)內(nèi)容是熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律，強(qiáng)調(diào)能量守恒定律是自然科學(xué)中最基本的定律。學(xué)會(huì)運(yùn)用熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律分析、計(jì)算一些物理習(xí)題。

2．運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律對(duì)具體的自然現(xiàn)象進(jìn)行分析，說(shuō)明能是怎樣轉(zhuǎn)化的，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是有難度的。

三、教學(xué)方法

教師講解，課件演示，指導(dǎo)學(xué)生看書

四、教具

計(jì)算機(jī)、大屏幕、自制多媒體課件

五、教學(xué)過(guò)程（－）引入新課

上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了改變內(nèi)能的兩種方式，做功和熱傳遞，那么它們之間有什么數(shù)量關(guān)系呢？以前我們還學(xué)習(xí)過(guò)電能、化學(xué)能等各種形式的能，它們?cè)谵D(zhuǎn)化過(guò)程中遵守什么規(guī)律呢？這節(jié)課我們就來(lái)研究這些問(wèn)題。

【板書】第六節(jié)

熱力學(xué)第一定律

能量守恒定律

（二）進(jìn)行新課

【板書】

一、做功W、熱傳遞Q、內(nèi)能變化ΔU的物理意義

1．做功：做功使物體內(nèi)能發(fā)生變化，實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化，是一種形式的能量向另一種形式的能轉(zhuǎn)化。功是能量轉(zhuǎn)化的量度。

2．熱傳遞：是能量的轉(zhuǎn)移，內(nèi)能由一個(gè)物體傳遞給給另一個(gè)物體，傳遞的能量用Q表示。

3．內(nèi)能的改變：是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能之和發(fā)生了變化，宏觀表現(xiàn)在溫度和體積上的變化。

【板書】

二、W、Q、ΔU正負(fù)號(hào)的確定

1．W，外界對(duì)物體做功，W取正值；物體對(duì)外界做功，W取負(fù)值。2．Q，物體吸熱，Q取正值；物體放熱，Q取負(fù)值。

3，ΔU，物體內(nèi)能增加，ΔU取正值；物體減少，ΔU取負(fù)值?！景鍟?/p>

三、W、Q、ΔU之間的關(guān)系

一個(gè)物體，如果它既沒(méi)有吸收熱量也沒(méi)有放出熱量，那么，外界對(duì)它做多少功，它的內(nèi)能就增加多少．

一個(gè)物體，如果它既沒(méi)有對(duì)外做功，也沒(méi)有其他物體對(duì)它做功，那么，它從外界吸收多少熱量，它的內(nèi)能就增加多少．

如果外界既向物體傳熱又對(duì)物體做功，那么物體內(nèi)能的增加量就等于物體吸收的熱量和外界對(duì)物體做的功之和．用ΔU表示物體內(nèi)能的增加量，用Q表示物體吸收的熱量，用W表示外界對(duì)物體做的功，那么ΔU=Q+W 這個(gè)式子所表示的，內(nèi)能的變化量跟功、熱量的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)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(nèi)能增加了4.2×10J．外界對(duì)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(duì)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(nèi)能只增加了1.6×10J，計(jì)算結(jié)果W將為負(fù)值．怎樣解釋這個(gè)結(jié)果？一般地講，ΔU、Q、W的正值和負(fù)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(xué)生先看幾個(gè)能量轉(zhuǎn)化的例子（增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)）1．機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量守恒

（1）運(yùn)動(dòng)的汽車緊急剎車，汽車最終停下來(lái)。這過(guò)程中汽車的動(dòng)能（機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為輪胎和路面的內(nèi)能（假定這過(guò)程沒(méi)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(nèi)能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功與內(nèi)能變化的關(guān)系，這公式也反映出做功過(guò)程中，機(jī)械能的損失數(shù)量恰好等于物體內(nèi)能增加的數(shù)量。

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

555555

5一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞過(guò)程，那么，外界對(duì)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(nèi)能的增加ΔE，即

W+Q=ΔE 上式所表示的是功、熱量和內(nèi)能之間變化的定量關(guān)系，同時(shí)它也反映了一個(gè)物體的內(nèi)能增加量等于物體的機(jī)械能減少量和另外物體內(nèi)能減少量（內(nèi)能轉(zhuǎn)移量）之和。進(jìn)而說(shuō)明，內(nèi)能和機(jī)械能轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量是守恒的。

2．其他形式的能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化

（1）介紹其他形式能：我們學(xué)習(xí)過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，實(shí)際上自然界存在著許多不同形式的運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)都有一種對(duì)應(yīng)的能量，如電能、磁能、光能、化學(xué)能、原子能等。

（2）不僅機(jī)械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，其他形式能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化，舉例說(shuō)明：（同時(shí)放映幻燈片）

① 電爐取暖：電能→內(nèi)能 ② 煤燃燒：化學(xué)能→內(nèi)能 ③ 熾熱燈燈絲發(fā)光：內(nèi)能→光能

（3）其他形式的能彼此之間都可以相互轉(zhuǎn)化。畫出圖表讓學(xué)生回答分析：

3．能量守恒定律

大量事實(shí)證明：各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中守恒。

能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中其總量不變．這就是能量守恒定律。

在學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)時(shí)，學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律。機(jī)械能守恒定律是有條件限制的定律，而且實(shí)際現(xiàn)象中是不可能實(shí)現(xiàn)的。而能量守恒定律是存在于普遍自然現(xiàn)象中的自然規(guī)律。這規(guī)律對(duì)物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的研究，如力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等都有指導(dǎo)意義。它也對(duì)化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)的研究都有指導(dǎo)作用。

4．永動(dòng)機(jī)不可能制成

歷史上不少人希望設(shè)計(jì)一種機(jī)器，這種機(jī)器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功。這種機(jī)器被稱為永動(dòng)機(jī)。雖然很多人，進(jìn)行了很多嘗試和各種努力，但無(wú)一例外地以失敗告終。失敗的原因是設(shè)計(jì)者完全違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，任何機(jī)器運(yùn)行時(shí)其能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。如果它對(duì)外做功必然消耗能量，不消耗能量就無(wú)法對(duì)外做功，因而永動(dòng)機(jī)是永遠(yuǎn)不可能制造成功的。

5．運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律進(jìn)行物理計(jì)算

例題：用鐵錘打擊鐵釘，設(shè)打擊時(shí)有80％的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能的50％用來(lái)使鐵釘?shù)臏囟壬?。?wèn)打擊20次后，鐵釘?shù)臏囟壬叨嗌贁z氏度？已知鐵錘的質(zhì)量為1.2kg，鐵錘打擊鐵釘時(shí)的速度是10m/s，鐵釘質(zhì)量是40g，鐵的比熱是5.0×10J/（kg·℃）。

首先讓學(xué)生分析鐵錘打擊鐵釘?shù)倪^(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化。

歸納學(xué)生回答結(jié)果，指出鐵錘打擊鐵釘時(shí)，鐵錘的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而且內(nèi)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?shù)膬?nèi)能增加量，鐵錘和鐵釘?shù)馁|(zhì)量分別用M和m表示，鐵錘打擊鐵釘時(shí)的速度用v表示。依據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，有 5 鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量不能直接計(jì)算鐵釘?shù)臏囟?，我們把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的數(shù)量等效為以熱傳遞方式完成的，因此等效為計(jì)算打擊過(guò)程中鐵釘吸收多少熱量，這熱量就是鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量。因此有

Q=cmΔt 上式中c為鐵釘?shù)谋葻幔表示鐵釘?shù)臏囟壬吡?。將上面兩個(gè)公式聯(lián)立，20?Mv2?80%?50%?24℃ 得出?t?2cm經(jīng)計(jì)算得出鐵釘溫度升高24℃。在這個(gè)物理計(jì)算過(guò)程中突出體現(xiàn)了如何應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律這一基本原理。

應(yīng)該注意，有的同學(xué)把上述題目中鐵錘打擊鐵釘過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化，說(shuō)成“鐵錘做功轉(zhuǎn)化為熱量”是不正確的。只能說(shuō)做功與熱傳遞在使物體內(nèi)能改變上是等效的。

（三）課堂小結(jié)

熱力學(xué)第一定律表示的是功、熱量和內(nèi)能之間變化的定量關(guān)系；自然界各種形式的能存在著相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，轉(zhuǎn)化過(guò)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(xué)們要會(huì)分析一些自然現(xiàn)象中能是怎樣轉(zhuǎn)化的。

應(yīng)該知道，根據(jù)能量守恒定律，永動(dòng)機(jī)是不可能制造成功的。

通過(guò)課上的例題計(jì)算，學(xué)會(huì)運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決物理問(wèn)題的方法。

（四）說(shuō)明

熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律是學(xué)生進(jìn)入高中物理階段后，第一次完整、細(xì)致地學(xué)習(xí)。此定律對(duì)今后學(xué)習(xí)物理是很重要的一個(gè)理論鋪墊。教學(xué)上要重視，課堂上講解要細(xì)致和透徹。

（五）布置作業(yè)

復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，完成練習(xí)六。

課后思考與討論

有人設(shè)計(jì)了這樣一臺(tái)“永動(dòng)機(jī)”：距地面一定高度架設(shè)一個(gè)水槽，水從槽底的管中流出，沖擊一個(gè)水輪機(jī)，水輪機(jī)的軸上安裝一個(gè)抽水機(jī)和一個(gè)砂輪．他指望抽水機(jī)把地面水槽里的水抽上去，這樣循環(huán)不已，機(jī)器不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以永久地用砂輪磨制工件做功了(下圖)．

請(qǐng)你分析一下，高處水槽中水的勢(shì)能共轉(zhuǎn)變成哪幾種形式的能，說(shuō)明這個(gè)機(jī)器是否能夠永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去． 閱讀材料

高空的氣溫為什么低

研究大氣現(xiàn)象時(shí)常常用到熱力學(xué)第一定律．通常把溫度、壓強(qiáng)相同的一部分空氣作為研究的對(duì)象，叫做氣團(tuán)，直徑上千米．由于氣團(tuán)很大，邊緣部分和外界的熱交換對(duì)整個(gè)氣團(tuán)沒(méi)有明顯的影響，即(1)式中Q=0，所以氣團(tuán)的內(nèi)能的增減只等于外界對(duì)它做功或它對(duì)外界做功的多少：

ΔU=W 陽(yáng)光烤暖了大地，地面又使得下層的氣團(tuán)溫度升高，密度減小，因而上升．上升時(shí)氣團(tuán)膨脹，推擠周圍的空氣，對(duì)外做功，因此內(nèi)能減小，溫度降低．所以，越 7 高的地方，空氣的溫度越低．對(duì)于干燥的空氣，大約每升高1km溫度降低7℃(圖10－13)．

飛機(jī)在萬(wàn)米高空飛行的時(shí)候，艙外氣溫往往在－50℃以下．由于機(jī)上有空調(diào)設(shè)備，艙內(nèi)總是溫暖如春．不過(guò)這時(shí)空調(diào)的作用不是使空氣升溫，而是降溫．高空的大氣壓比艙內(nèi)氣壓低，要使艙內(nèi)獲得新鮮空氣必須使用空氣壓縮機(jī)把空氣從艙外壓進(jìn)來(lái)．在這個(gè)過(guò)程中，空氣壓縮機(jī)對(duì)氣體做功，使氣體的內(nèi)能增加，溫度上升．如果不用空調(diào)，機(jī)艙內(nèi)的溫度可能達(dá)到50℃以上！

第三篇：《熱力學(xué)第一定律》教案1

《熱力學(xué)第一定律》

一、改變內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞

1．做功可以改變物體的內(nèi)能

【生活實(shí)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(shuō)明克服摩擦力做功，可以使物體的內(nèi)能增加。如果外力對(duì)物體做功全部用于物體內(nèi)能改變的情況下，外力做多少功，物體的內(nèi)能就改變多少。如果用W表示外界對(duì)物體做的功，用ΔE表示物體內(nèi)能的變化，那么有W=ΔE。功的單位是焦耳，內(nèi)能的單位也是焦耳。

【演示】演示壓縮空氣，硝化棉燃燒。說(shuō)明外力壓縮空氣過(guò)程，對(duì)氣體做功，使氣體的內(nèi)能增加，溫度升高到棉花的燃點(diǎn)而使其燃燒。

以上實(shí)例說(shuō)明做功可以改變物體的內(nèi)能。2．熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能

【生活實(shí)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(nèi)能增加。這些實(shí)例說(shuō)明依靠熱傳遞方式也可以使物體的內(nèi)能改變。物體吸收熱量，內(nèi)能增加。物體放出熱量，物體的內(nèi)能減少。如果傳遞給物體的熱量用Q表示，物體內(nèi)能的變化量是ΔE，那么，Q=ΔE。

熱量的計(jì)算公式有：Q=cmΔt。熱量的單位是焦耳，過(guò)去的單位是卡。所以做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式。3．做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)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(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的，但是這兩種方式的物理過(guò)程有本質(zhì)的區(qū)別。做功使物體內(nèi)能改變的過(guò)程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程。而熱傳遞的過(guò)程只是物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，沒(méi)有能量形式的轉(zhuǎn)化。例：

1．在下列過(guò)程中，通過(guò)熱傳遞增加物體內(nèi)能的是

[ ] A． 火車經(jīng)過(guò)鐵軌后鐵軌的溫度升高 B．壓縮筒內(nèi)乙醚，使其燃燒

C．鐵棒被太陽(yáng)曬熱 D.汽車剎車后，輪胎變熱

2．物體的內(nèi)能增加這是因?yàn)?/p>

[ ] A．一定是由于物體吸收了熱量 B．一定是由于對(duì)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(duì)物體做了功 3．說(shuō)明下列各題中內(nèi)能改變的方法：

(1)一盆熱水放在室內(nèi)，一會(huì)就涼了，______；

(2)高溫高壓的氣體，迅速膨脹，對(duì)外做功，溫度降低，______。(3)鐵塊在火爐上加熱，一會(huì)兒熱得發(fā)紅，______；(4)打氣筒給車胎打氣，過(guò)一會(huì)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(xué)第一定律、做功W、熱傳遞Q、內(nèi)能變化ΔU的物理意義

1．做功：做功使物體內(nèi)能發(fā)生變化，實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化，是一種形式的能量向另一種形式的能轉(zhuǎn)化。功是能量轉(zhuǎn)化的量度。

2．熱傳遞：是能量的轉(zhuǎn)移，內(nèi)能由一個(gè)物體傳遞給給另一個(gè)物體，傳遞的能量用Q表示。

3．內(nèi)能的改變：是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能之和發(fā)生了變化，宏觀表現(xiàn)在溫度和體積上的變化。

2、W、Q、ΔU正負(fù)號(hào)的確定

1．W，外界對(duì)物體做功，W取正值；物體對(duì)外界做功，W取負(fù)值。2．Q，物體吸熱，Q取正值；物體放熱，Q取負(fù)值。

3，ΔU，物體內(nèi)能增加，ΔU取正值；物體內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值。

3、W、Q、ΔU之間的關(guān)系

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

這個(gè)式子所表示的，內(nèi)能的變化量跟功、熱量的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律．

物體內(nèi)能的增加等于物體從外界吸收的熱量與外界對(duì)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(nèi)能增加了4.2×105J．外界對(duì)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(duì)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(nèi)能只增加了1.6×105J，計(jì)算結(jié)果W將為負(fù)值．怎樣解釋這個(gè)結(jié)果？一般地講，ΔU、Q、W的正值和負(fù)值各代表什么物理意義？

第四篇：六、熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律 教案示例

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二、熱力學(xué)第一定律

能量守恒定律

教學(xué)目的

1．理解、掌握物體跟外界做功和熱傳遞的過(guò)程中W、Q、ΔU的物理意義． 2．會(huì)確定W、Q、ΔU的正負(fù)號(hào)． 3．理解熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q． 4．會(huì)用ΔU＝W＋Q分析和計(jì)算問(wèn)題． 5．理解、掌握能量守恒定律及重要性．

6．會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決有關(guān)問(wèn)題，明確它的優(yōu)越性． 7．知道第一類永動(dòng)機(jī)不可能成功的原因． 教具

柴油機(jī)模型、電動(dòng)機(jī)、燈泡、打氣筒、多媒體． 教學(xué)過(guò)程 ●引入新課

我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)了改變內(nèi)能的兩種方法：做功和熱傳遞，那么它們之間有什么數(shù)量關(guān)系呢？以前我們還學(xué)習(xí)過(guò)電能、化學(xué)能等各種形式的能，它們?cè)谵D(zhuǎn)化過(guò)程中遵守什么樣的規(guī)律呢？今天我們就來(lái)研究這些問(wèn)題．

【板書】

一、做功W、熱傳遞Q、內(nèi)能變化ΔU的物理意義

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

2．熱傳遞：是能量的轉(zhuǎn)移，內(nèi)能由一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，傳遞的能量用熱量Q表示．

3．內(nèi)能的改變：是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能之和發(fā)生了變化，宏觀表現(xiàn)在溫度變化和體積變化． 【板書】

二、W、Q、ΔU正負(fù)號(hào)確定

1．W，外界對(duì)物體做功，W取正；物體對(duì)外界做功，W取負(fù)． 2．Q，物體吸熱，Q取正；物體放熱，Q取負(fù)．

3．ΔU，物體內(nèi)能增加，ΔU取正；物體內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)． 【板書】

三、W、Q、ΔU三者之間關(guān)系

在一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程，它們遵守下列關(guān)系： ΔU＝W＋Q 這就是勢(shì)力學(xué)第一定律，它表示了功、勢(shì)量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系．

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

啟發(fā)學(xué)生討論：1．引起物體內(nèi)能變化的物理過(guò)程有哪兩種？2．物體內(nèi)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(fù)值．

引起物體內(nèi)能變化的物理過(guò)程有兩種，做功和熱傳遞；物體內(nèi)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(duì)氣體做了功．W＝？，Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J，根據(jù)熱力學(xué)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(shuō)明是外界對(duì)氣體做了1.6×105J的功．

觀看柴油機(jī)模型，用熱力學(xué)第一定律解釋柴油機(jī)正常工作時(shí)壓燃的原理．

活塞壓縮氣體，活塞對(duì)氣體做功，由于時(shí)間很短，散熱可忽略，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體內(nèi)能，溫度升高，達(dá)到柴油燃點(diǎn)，可“點(diǎn)燃”柴油．

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

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http://004km.cn 【板書】

四、能量守恒定律 同學(xué)們看課文

再看一段錄像：風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵抽水，汽車在公路上行駛，水電站、植物生長(zhǎng)等，同時(shí)利用投影儀打出討論題目：

1．能量守恒定律的內(nèi)容？ 2．各種機(jī)器的作用是什么？

3．風(fēng)力發(fā)電是什么能轉(zhuǎn)化成什么能？

4．化學(xué)上電解食鹽的過(guò)程，是什么能轉(zhuǎn)化成什么能？ 5．為什么說(shuō)：能量守恒定律是偉大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律？ 6．第一類永動(dòng)機(jī)為什么不能成功？ 7．舉出一些生活中能量守恒的實(shí)例． 討論總結(jié)： 1．見課本．

2．各種機(jī)械都是能量轉(zhuǎn)化器． 3．是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能． 4．是電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能．

5．能夠把各個(gè)領(lǐng)域聯(lián)系起來(lái)，具有共同語(yǔ)言． 6．因?yàn)樗`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(huì)多，也不會(huì)少，總量不變． ●鞏固練習(xí)

1．某一家庭用高壓鍋煮飯，由于皮墊用久了，當(dāng)水煮沸時(shí)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(méi)有燙傷，為什么？

2．一定質(zhì)量的氣體，從外界吸收了2.6×105J的熱量，內(nèi)能只增加了1.6×105J，做功情況如何？ 3．進(jìn)入冬季，教室與教研室采暖設(shè)計(jì)一樣，但教室溫度比教研室高，為什么？ 參考題

1．炮兵訓(xùn)練打靶時(shí)，炮彈在炮膛中加速飛出炮口的過(guò)程中，炮膛中的火藥氣體溫度是變化很大還是很??？說(shuō)明理由．

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

] A．水電站發(fā)電時(shí)，水輪機(jī)被水流沖擊轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電．

B．利用地?zé)岚l(fā)電． C．化學(xué)上的電鍍過(guò)程．

D．植物生長(zhǎng)過(guò)程． 說(shuō)明

1．熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q中各字母正負(fù)值確定是個(gè)難點(diǎn)，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(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中總能量守恒．這是一個(gè)意識(shí)問(wèn)題，或者說(shuō)是悟性，從內(nèi)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(xué)習(xí)的機(jī)械能守恒定律，動(dòng)能定理等，還有剛學(xué)的熱力學(xué)第一定律，都可以統(tǒng)一在能量守恒定律之中．比如說(shuō)，汽車剎車直到停下的過(guò)程中，動(dòng)能減少，內(nèi)能增加．或者說(shuō)，汽車克服摩擦力所做的功等于增加的汽車動(dòng)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://004km.cn 1．理想氣體

提問(wèn)：什么氣體可以看做是理想氣體？ 學(xué)生活動(dòng)

能嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體．

壓強(qiáng)不太大、溫度不太低（常溫、常壓）的實(shí)際氣體． 2．一定質(zhì)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(jù)是什么？ 氣體實(shí)驗(yàn)定律．

補(bǔ)充：氣體狀態(tài)參量間的變化與過(guò)程無(wú)關(guān)．（2）推證過(guò)程：（要求學(xué)生在課下完成）（3）結(jié)論：

此式反映的是n個(gè)狀態(tài)間過(guò)程的聯(lián)系．（4）推論：

對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，設(shè)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(qiáng)為1.0×105Pa時(shí)，室內(nèi)空氣的質(zhì)量是130kg，當(dāng)溫度升高到27℃時(shí)大氣壓強(qiáng)為1.2×105Pa時(shí)，教室內(nèi)空氣質(zhì)量是多少？

分析：

（1）研究對(duì)象是教室內(nèi)的氣體嗎？（2）氣體的初末態(tài)如何確定？ 學(xué)生回答問(wèn)題：（1）教室內(nèi)的氣體不能作為研究對(duì)象，因?yàn)榻淌覂?nèi)氣體的質(zhì)量發(fā)生了變化，有可能是外面的氣體跑進(jìn)教室，也有可能是教室的氣體跑到外面．所以以原來(lái)教室內(nèi)的130kg的氣體為研究對(duì)象，才能根據(jù)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(jù)理想氣體狀態(tài)方程：

二、熱力學(xué)第一定律在理想氣體等值變化過(guò)程中的應(yīng)用 1．理想氣體的內(nèi)能

理想氣體的分子間作用力為零，分子勢(shì)能為零，所以理想氣體的內(nèi)能等于分子動(dòng)能．那么決定一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能的宏觀標(biāo)志是什么？

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http://004km.cn 溫度T 2．幾個(gè)等值變化過(guò)程（1）絕熱過(guò)程．

絕熱一般指封閉氣體的材料絕熱或過(guò)程完成得迅速，此過(guò)程的特點(diǎn)是熱量Q=0，那么同學(xué)們可以討論當(dāng)一個(gè)絕熱氣缸內(nèi)的氣體向外膨脹的過(guò)程中，氣體的內(nèi)能如何變化？氣體的溫度如何變化？

當(dāng)一個(gè)絕熱氣缸內(nèi)的氣體向外膨脹的過(guò)程中，氣體的體積變大，氣體對(duì)外做功，又因?yàn)槭墙^熱過(guò)程，氣體既不吸熱也不向外界放熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，其內(nèi)能減小，氣體的溫度降低．

（2）等溫過(guò)程．

等溫過(guò)程中氣體的溫度保持不變，所以其內(nèi)能不變．那么當(dāng)一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)增大，系統(tǒng)是吸熱還是放熱？

因?yàn)槭堑葴剡^(guò)程，所以系統(tǒng)的內(nèi)能不變；根據(jù)玻-馬定律，當(dāng)氣體壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體的體積變小，外界對(duì)氣體做功；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)向外界放熱．

（3）等容過(guò)程．

等容過(guò)程的特點(diǎn)是什么？那么當(dāng)一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)增大，系統(tǒng)是吸熱還是放熱？

體積不變，所以做功W=0；根據(jù)查理定律，氣體的壓強(qiáng)增大，則溫度升高，內(nèi)能變大；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)從外界吸熱．

（4）等壓過(guò)程．

等壓過(guò)程的特點(diǎn)是什么？那么當(dāng)一定質(zhì)量的理想氣體的體積增大，系統(tǒng)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(dòng)植物的表皮以及動(dòng)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(lái)學(xué)習(xí)空氣的濕度.

二、新課教學(xué)

（一）空氣的濕度 ［投影］閱讀思考題

1.什么叫空氣的絕對(duì)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(zhì)量來(lái)表示？ 2.水蒸發(fā)的快慢，動(dòng)物感覺到的干燥和濕潤(rùn)，與什么有關(guān)？有什么關(guān)系？ 3.什么叫相對(duì)濕度？

［學(xué)生活動(dòng)］閱讀課文有關(guān)內(nèi)容并解答閱讀思考題 ［師生總結(jié)］

1.空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)叫做空氣的絕對(duì)濕度.

2.由于直接測(cè)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(lái)表示空氣的絕對(duì)濕度.

3.水蒸發(fā)的快慢，動(dòng)物感覺到的干燥或濕潤(rùn)，不是完全由空氣絕對(duì)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(yuǎn)近有關(guān)系.

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

當(dāng)人體中的水蒸發(fā)的快時(shí)，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(shí)空氣的絕對(duì)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(duì)濕度. 求解公式為：

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http://004km.cn B=p×100% psp→空氣的絕對(duì)濕度→單位（Pa)

pS→同一溫度下水的飽和氣壓→單位（Pa) B→相對(duì)濕度 ［強(qiáng)化訓(xùn)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(duì)濕度相同的情況下，夏天和冬天的相對(duì)濕度哪個(gè)大？為什么？

3.當(dāng)空氣的絕對(duì)濕度是1.2×103Pa，氣溫是15℃時(shí)，空氣的相對(duì)濕度是多大？ ［學(xué)生活動(dòng)］ 解答強(qiáng)化訓(xùn)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(duì)濕度相同的情況下，水的飽和汽壓ps在溫度高時(shí)大，溫度低時(shí)小，根據(jù)B=冬天的相對(duì)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(dāng)空氣的絕對(duì)濕度一定時(shí)，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(xué)生活動(dòng)］ 解答討論題

1.由課文飽和汽壓表可知：

在絕對(duì)濕度一定的情況下，在白天，水蒸氣離飽和狀態(tài)較遠(yuǎn)，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(dāng)絕對(duì)濕度一定時(shí)，空氣里的未飽和汽將逐漸接近飽和，當(dāng)氣溫降到某一溫度時(shí)，水蒸氣將達(dá)到飽和狀態(tài)，這時(shí)將有水蒸氣凝結(jié)成水，在物體表面上形成一層細(xì)小的露滴.

［板書］

使空氣里的水蒸氣剛好達(dá)到飽和時(shí)的溫度叫做露點(diǎn). ［討論］

根據(jù)露點(diǎn)和氣溫的差值，能否判斷出相對(duì)濕度的大?。开?［學(xué)生活動(dòng)］ 解答討論題

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

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http://004km.cn 少，氣溫要降低很多，才能達(dá)到露點(diǎn)，水蒸氣才達(dá)到飽和，所以根據(jù)露點(diǎn)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(duì)濕度的大小.

（二）濕度計(jì)

［實(shí)物投影］課本圖13~24的干濕泡濕度計(jì). ［投影］

介紹干濕泡溫度計(jì)的構(gòu)造：

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

溫度計(jì)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(jì)名稱的由來(lái).

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

把不同溫度時(shí)相應(yīng)于不同的干濕泡溫度差的相對(duì)濕度計(jì)算出來(lái)，繪制成表或畫成曲線，根據(jù)干濕包濕度計(jì)上A、B兩支溫度計(jì)的讀數(shù)，從表或曲線上很快就可以算出空氣的相對(duì)濕度.

三、小結(jié)

本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)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(lái)決定的，空氣的濕度可以用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度來(lái)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(qiáng)也越大，由于測(cè)量水蒸氣的壓強(qiáng)要比測(cè)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(qiáng)來(lái)表示空氣的濕度，稱為空氣的絕對(duì)濕度.

3.人們對(duì)空氣濕度的關(guān)注，往往不直接體現(xiàn)在空氣中所含水蒸氣的多少上，而是體現(xiàn)在空氣中的水蒸氣離離飽和狀態(tài)的遠(yuǎn)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(qiáng)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(shí)空氣的絕對(duì)濕度p與同一溫度下水的飽和氣壓ps的百分比來(lái)表示空氣的濕度，稱為空氣的相對(duì)濕度B.

即B=p×100% ps4.空氣的濕度可以用濕度計(jì)來(lái)直接測(cè)量，常用的濕度計(jì)有干濕泡濕度計(jì).

四、作業(yè)

課本P85練習(xí)六：

五、板書設(shè)計(jì)

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六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)

1.當(dāng)氣溫突然下降時(shí)，空氣的相對(duì)濕度將___________.

A.增大

B.減小

C.不變

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

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

D.氣溫降至露點(diǎn)時(shí)空氣的相對(duì)濕度為100%

3.已知20℃時(shí)水的飽和汽壓是2.338×103Pa，12℃時(shí)水的飽和汽壓是1.402×103Pa,若20℃時(shí)空氣的相對(duì)濕度是70%，則此時(shí)的露點(diǎn)t是___________

A.t＞20℃

B.12℃＜t＜20℃

C.t=12℃

D.t＜12℃

4.用測(cè)定露點(diǎn)的方法可以確定空氣的絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度，設(shè)氣溫為t1,測(cè)得其露點(diǎn)為t2，如何得出氣溫為t1時(shí)的絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度.

參考答案：

1.A

2.BD

3.B

4.p=ps2,B=

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第五篇：工程熱力學(xué)-熱力學(xué)第一定律講稿

熱力學(xué)第一定律

一、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)

自然界的物質(zhì)處于不斷地變化中，轉(zhuǎn)化中的守恒與守恒中的轉(zhuǎn)化時(shí)自然界的基本法則之一。人們從無(wú)數(shù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出：自然界一切物質(zhì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，也可以從一種能量形式轉(zhuǎn)變到另一種能量形式，但在轉(zhuǎn)移過(guò)和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換定律。

而熱力學(xué)第一定律就是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中應(yīng)用，它確定了熱力工程中熱力系與外界進(jìn)行能量交換時(shí)，各種形態(tài)的能量在數(shù)量上的守恒關(guān)系。在工程熱力學(xué)中熱力學(xué)第一定律可以表述為：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?，一定的熱量消失時(shí)必產(chǎn)生相應(yīng)的功，消耗一定量的功時(shí)必出現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的一定量的熱。

二、熱力系統(tǒng)常用到的能量形式

（一）、儲(chǔ)存能

1、內(nèi)儲(chǔ)存能／熱力學(xué)能（U）：

組成熱力系統(tǒng)的大量微觀粒子本身所具有的能量。熱力學(xué)能是下列各種能量的總和：（1）分子熱運(yùn)動(dòng)所形成的內(nèi)動(dòng)能。

（2）分子間相互作用力所形成的內(nèi)位能。

（3）構(gòu)成分子的化學(xué)能和構(gòu)成原子的的原子能。

2、外儲(chǔ)存能（1）宏觀動(dòng)能（Ek）：相對(duì)于熱力系統(tǒng)以外的的參考坐標(biāo)，由于宏觀運(yùn)動(dòng)速度

而具有的能量。Ek?12mc2f

（2）重力位能（Ep）：在重力場(chǎng)中，熱力系統(tǒng)由于重力作用而具有的能量。

Ep?mgz

3、熱力系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能（E）： 是內(nèi)儲(chǔ)存能與外儲(chǔ)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(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體有兩種方式做功和傳熱，傳遞過(guò)程中的功

量和熱量稱為遷移能。熱力系統(tǒng)與外界存在勢(shì)差時(shí)，進(jìn)行的能量交換途徑有三種：功量交換、熱量交換、質(zhì)量交換。

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

（2）軸功（Ws）：熱力系統(tǒng)通過(guò)葉輪機(jī)械的軸和外界交換的功量。

2、熱量：系統(tǒng)與外界在溫差的推動(dòng)下通過(guò)微觀粒子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而傳遞的能量。

3、隨質(zhì)量交換傳遞的能量

（1）流動(dòng)工質(zhì)的儲(chǔ)存能：流動(dòng)工質(zhì)本身具有熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能和重力位能，會(huì)隨工質(zhì)的的流進(jìn)（流出）系統(tǒng)而帶入（帶出）系統(tǒng)。這部分能量為：

E?U?12mc2f?mgz 或 e?u?12cf2?gz

（2）流動(dòng)功（推動(dòng)功）（Wf）：工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動(dòng)而傳遞的功。流動(dòng)功與體積功不同，流動(dòng)功只有在工質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中才會(huì)出現(xiàn)，做流動(dòng)功時(shí)工質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生變化，當(dāng)然也不存在能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化，工質(zhì)做流動(dòng)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(xué)第一定律的基本能量方程

設(shè)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(shí)間d?內(nèi)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(zhì)量?m1與此同時(shí)熱力系對(duì)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(zhì)量?m2，經(jīng)過(guò)時(shí)間d?后，熱力系的總能量變?yōu)镋?dE。

熱力學(xué)第一定律的能量方程，就是系統(tǒng)變化過(guò)程中的能量平衡方程式，文字表達(dá)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(duì)有限長(zhǎng)時(shí)間?積分得 ：

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

（2）

式（1）和式（2）為熱力學(xué)第一定律最基本的表達(dá)式，適用于任何工質(zhì)進(jìn)行的任何無(wú)摩擦或有摩擦的過(guò)程。

四、閉口系統(tǒng)的能量方程

在閉口系統(tǒng)中，（1）熱力系的宏觀能量變化很小，宏觀動(dòng)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(xué)能的變化量，即：?E??U。（2）另外對(duì)于閉口系統(tǒng)它與外界無(wú)質(zhì)量交換，即：?m1?0 ?m2?0（3）所做的功是體積功。所以閉口系統(tǒng)的能量方程可簡(jiǎn)化為：

微元熱力過(guò)程下：?Q?dU??W;?q?du??w 總熱力過(guò)程下

：Q??U?W;q??u?w

五、開口系統(tǒng)的能量方程

在實(shí)際工程中，工質(zhì)要在熱力裝置中循環(huán)不斷的流經(jīng)各相互銜接的熱力設(shè)備，完成不同的熱力過(guò)程實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換對(duì)這類有工質(zhì)流進(jìn)和流出的熱力設(shè)備（如燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、葉輪 2

式壓氣機(jī)）常采用開口系統(tǒng)即控制體積的分析方法。

我們把控制體內(nèi)質(zhì)量和能量隨時(shí)間而變化的過(guò)程稱為不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程。把系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量和能量不隨時(shí)間變化，各點(diǎn)參數(shù)保持一定的稱為穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程。下面從最普遍額不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程著手導(dǎo)出開口系統(tǒng)的能量方程。

設(shè)控制體在?到??d?的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行一個(gè)微元熱力過(guò)程。在這段時(shí)間內(nèi)控制體截面處流入的工質(zhì)質(zhì)量為?m1，流出的工質(zhì)質(zhì)量為?m2，控制體從熱遠(yuǎn)處吸熱?Q，對(duì)外做軸?W，進(jìn)出口截面相對(duì)參考系的高度分別為z1和z2，控制體積內(nèi)儲(chǔ)存能的增量為dEcv，則控制體的能量輸入與輸出情況如下： 進(jìn)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(chǔ)存能的變化 dEcv??E?dE?cv?Ecv 根據(jù)熱力學(xué)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(dòng)的能量方程

當(dāng)流體流過(guò)開口系統(tǒng)時(shí)，有能量的輸入和輸出，此時(shí)輸入的能量、輸出的能量及系統(tǒng)積累的能量分別為：

（1）流入的能量：流入流體攜帶的熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能及位能、流體流入時(shí)得到的流動(dòng)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(xué)能：U1??m1u1 宏觀動(dòng)能：Ek1?12?m1c1

2宏觀位能：Ep1??m1gz1 流體流動(dòng)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(xué)能、宏觀動(dòng)能及位能、流體流出時(shí)得到的流動(dòng)能、流體通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)部件對(duì)外界傳出的機(jī)械能。流出的能量具體為： 微觀能即熱力學(xué)能：U2??m2u2 宏觀動(dòng)能：Ek2?12?m2c2

2宏觀位能：Ep2??m2gz2 流體流動(dòng)能：P2V2??m2P2v2 熱力系對(duì)輸出的機(jī)械能為：?W

則根據(jù)熱力學(xué)第一定律，應(yīng)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(dòng)系統(tǒng)定義及特征：熱力系中各個(gè)參數(shù)穩(wěn)定，即無(wú)能量和質(zhì)量的積累。開口穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)滿足的表達(dá)式：?m1??m2??m

dE?0 則熱力學(xué)第一定律在開口穩(wěn)定流動(dòng)熱力系中的具體表達(dá)式為：

21212化簡(jiǎn)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(xué)第一定律的具體應(yīng)用 換熱器中的應(yīng)用：q?h2?h1 內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用：w?h1?h2 噴管中的應(yīng)用：12c?h1?h2 2壓縮機(jī)的應(yīng)用：w?h2?h1