“熱力學第一定律”教學淺析

武和全 張連喜

【摘要】詳細介紹了熱力學第一定律的內容，并指出了如何讓學生理解熱力學第一定律，幫助學生解答一些難點問題，最后提出一些有效的教學方法。

【關鍵詞】熱力學第一定律 教學主線 物理概念 重點難點 教學方法

【基金項目】長沙理工大學教改課題項目。

【中圖分類號】G642.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）04-0229-01

引言

熱力學第一定律是通過實驗的方法得出來的。19世紀物理學家焦耳的許多實驗使人們認識到了物體內能中與分子相關的那部分能量，從而建立了熱力學第一定律。熱力學第一定律是工程熱力學、大學化學、傳熱學等課程中重要的組成部分。因此提高熱力學第一定律章節的教學質量是非常重要的。阿

1 熱力學第一定律表示方法

自然界一切物質都具有能量。能量既不可能被創造，也不可能被消滅，但能夠從一種形式轉換成另一種形式，或從一個（一些）物體傳遞至另一個（一些）物體，在轉換和傳遞的過程中能量的總和始終保持不變——能量守恒與轉換定律。

熱力學第一定律的實質就是能量守恒與轉換定律在熱現象上的應用。在工程熱力學中，熱力學第一定律主要研究熱能與機械能之間的轉換，它可以表述為：熱可以變成功，功也可以變成熱，一定的熱量被消滅時，就會產生一定的功；消耗了一定量的功時，就一定會產生一定量的熱。這也就說明第一類永動機是不可能造成的。

2 引導學生理解熱力學第一定律

熱力學第一定律的內容較多，教師應該突出重點，明確教學的主線，圍繞教學主線對學生進行引導。

熱力學第一定律可分為三小節：熱力學的實質和內能，熱力學第一定律的數學表達式，穩定流動能量方程的應用。教師主要圍繞第一節和第二節進行教學。

第一節主要描述了熱力學第一定律的文字表達式和熱力學第一定律的實質，其次還有一些名詞的解釋，例如內能和總能。第二節主要介紹三個方程，分別為：閉口系統的能量方程，穩定流動的能量方程和開口系統的能量方程。

3 教學重點及難點

3.1 熱力學第一定律的實質

因為熱力學第一定律是通過實驗得出來的，并不是通過數學表達式推導出來的。熱力學第一定律的建立是許多科學家辛勤勞動的結晶， 它不是由某個或某些實驗直接證明的，而是無數經驗的總結，具有高度的可靠性和普遍性。所以學生理解起來是有困難的。往往學生只是知道熱力學第一定律的內容，卻不知道如何理解熱力學第一定律的實質。熱力學第一定律的數學表達式一般表述為： Q = ΔU+ W。

教師 應該多花時間對熱力學第一定律的實質進行介紹，因為熱力學第一定律為物理學理論的發展提供了有力的支柱。它同時也是自然界的所遵從的普遍法則，告訴了人們第一類永動機是永遠也不可能造成的，讓學生們明白科學的重要性，發明創造需要遵循科學規律。

3.2 功，熱量和內能的區別與聯系

功，熱量和內能的區別常常被學生忽視，因而在對熱力學第一定律的理解上不深入 ， 又由于它們在一定條件下可以相互轉化，存在著密切聯系。所以，認識清楚這三個物理量的區別和聯系，是學好本部分內容的關鍵所在。

功是過程量，熱量也是過程量，過程不同，功和熱量的數值大小就不一樣。內能是狀態量，狀態一定，內能的大小就一定了。 這里指的功，是體積功，系統做功或外界對系統做功時，常伴隨著熱運動與其它運動形態之間的轉化。熱量是由于溫度差而轉移的能量，當系統發生傳熱現象時，一般沒有熱運動與其它運動形態之間的轉化，只有能量轉移。而內能則是與狀態相聯系的，狀態固定，內能就定了。

做功使系統狀態發生變化。狀態變化了，內能就變化了。熱量也能使內能發生變化。熱力學第一定律的實質就是解決它們之間的聯系問題。

4 熱力學第一定律的教學方法

4.1 教師提前備好課程

一堂精彩的課程是需要花費教師大量時間準備的，準備課堂要講的內容，要提問的問題，以及備課中不單要思考教師如何教，更要思考讓學生如何去學，找準切入點，做到有的放矢。

4.2增強課堂氣氛

枯燥的課堂永遠也激不起來學生的求知欲，課堂上教師是起著絕對的主導作用，教師可以讓學生充分參與課堂的討論活動，說出自己的理解，不要去批評那些說錯的同學，對于勇于嘗試的同學給予贊揚，可以以增加平時分作為獎勵來鼓勵學生們進行回答。

4.3 改進教學方法

教師在課堂教學中積極改變學生的學習行為，學習方法，讓學生獨自思考，合作探究，相互質疑，通過實現學生與學生之間的交流，達到學習的目的。

4.4 課后復習

課程學完之后不去復習的話，效果都會大大減半的，所以教師最好能做到讓學生有課后復習的好習慣。

5 結束語

熱力學第一定律是工程熱力學中非常重要的一章，它是熱力學的基礎，學生應該掌握它的內容，實質，掌握它的難點和重點。了解熱力學第一定律是怎么得來的，要學會歸納總結，做到獨立思考。教師應該花大工夫在如何把這一章教的有深度上。熱力學第一定律是自然界的普遍法則，蘊含了大道理，驗證了辯證唯物主義，所以教師應該把教書育人的道理在這一章充分展現出來。

參考文獻：

[1]李岳林，劉志強，武和全.工程熱力學與傳熱學[M]. 北京：人民交通出版社，2013.

作者簡介：

武和全（1982-），男，湖北仙桃人，長沙理工大學講師，博士。