“热力学第一定律”教学浅析

武和全 张连喜

【摘要】详细介绍了热力学第一定律的内容，并指出了如何让学生理解热力学第一定律，帮助学生解答一些难点问题，最后提出一些有效的教学方法。

【关键词】热力学第一定律 教学主线 物理概念 重点难点 教学方法

【基金项目】长沙理工大学教改课题项目。

【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）04-0229-01

引言

热力学第一定律是通过实验的方法得出来的。19世纪物理学家焦耳的许多实验使人们认识到了物体内能中与分子相关的那部分能量，从而建立了热力学第一定律。热力学第一定律是工程热力学、大学化学、传热学等课程中重要的组成部分。因此提高热力学第一定律章节的教学质量是非常重要的。阿

1 热力学第一定律表示方法

自然界一切物质都具有能量。能量既不可能被创造，也不可能被消灭，但能够从一种形式转换成另一种形式，或从一个（一些）物体传递至另一个（一些）物体，在转换和传递的过程中能量的总和始终保持不变——能量守恒与转换定律。

热力学第一定律的实质就是能量守恒与转换定律在热现象上的应用。在工程热力学中，热力学第一定律主要研究热能与机械能之间的转换，它可以表述为：热可以变成功，功也可以变成热，一定的热量被消灭时，就会产生一定的功；消耗了一定量的功时，就一定会产生一定量的热。这也就说明第一类永动机是不可能造成的。

2 引导学生理解热力学第一定律

热力学第一定律的内容较多，教师应该突出重点，明确教学的主线，围绕教学主线对学生进行引导。

热力学第一定律可分为三小节：热力学的实质和内能，热力学第一定律的数学表达式，稳定流动能量方程的应用。教师主要围绕第一节和第二节进行教学。

第一节主要描述了热力学第一定律的文字表达式和热力学第一定律的实质，其次还有一些名词的解释，例如内能和总能。第二节主要介绍三个方程，分别为：闭口系统的能量方程，稳定流动的能量方程和开口系统的能量方程。

3 教学重点及难点

3.1 热力学第一定律的实质

因为热力学第一定律是通过实验得出来的，并不是通过数学表达式推导出来的。热力学第一定律的建立是许多科学家辛勤劳动的结晶， 它不是由某个或某些实验直接证明的，而是无数经验的总结，具有高度的可靠性和普遍性。所以学生理解起来是有困难的。往往学生只是知道热力学第一定律的内容，却不知道如何理解热力学第一定律的实质。热力学第一定律的数学表达式一般表述为： Q = ΔU+ W。

教师 应该多花时间对热力学第一定律的实质进行介绍，因为热力学第一定律为物理学理论的发展提供了有力的支柱。它同时也是自然界的所遵从的普遍法则，告诉了人们第一类永动机是永远也不可能造成的，让学生们明白科学的重要性，发明创造需要遵循科学规律。

3.2 功，热量和内能的区别与联系

功，热量和内能的区别常常被学生忽视，因而在对热力学第一定律的理解上不深入 ， 又由于它们在一定条件下可以相互转化，存在着密切联系。所以，认识清楚这三个物理量的区别和联系，是学好本部分内容的关键所在。

功是过程量，热量也是过程量，过程不同，功和热量的数值大小就不一样。内能是状态量，状态一定，内能的大小就一定了。 这里指的功，是体积功，系统做功或外界对系统做功时，常伴随着热运动与其它运动形态之间的转化。热量是由于温度差而转移的能量，当系统发生传热现象时，一般没有热运动与其它运动形态之间的转化，只有能量转移。而内能则是与状态相联系的，状态固定，内能就定了。

做功使系统状态发生变化。状态变化了，内能就变化了。热量也能使内能发生变化。热力学第一定律的实质就是解决它们之间的联系问题。

4 热力学第一定律的教学方法

4.1 教师提前备好课程

一堂精彩的课程是需要花费教师大量时间准备的，准备课堂要讲的内容，要提问的问题，以及备课中不单要思考教师如何教，更要思考让学生如何去学，找准切入点，做到有的放矢。

4.2增强课堂气氛

枯燥的课堂永远也激不起来学生的求知欲，课堂上教师是起着绝对的主导作用，教师可以让学生充分参与课堂的讨论活动，说出自己的理解，不要去批评那些说错的同学，对于勇于尝试的同学给予赞扬，可以以增加平时分作为奖励来鼓励学生们进行回答。

4.3 改进教学方法

教师在课堂教学中积极改变学生的学习行为，学习方法，让学生独自思考，合作探究，相互质疑，通过实现学生与学生之间的交流，达到学习的目的。

4.4 课后复习

课程学完之后不去复习的话，效果都会大大减半的，所以教师最好能做到让学生有课后复习的好习惯。

5 结束语

热力学第一定律是工程热力学中非常重要的一章，它是热力学的基础，学生应该掌握它的内容，实质，掌握它的难点和重点。了解热力学第一定律是怎么得来的，要学会归纳总结，做到独立思考。教师应该花大工夫在如何把这一章教的有深度上。热力学第一定律是自然界的普遍法则，蕴含了大道理，验证了辩证唯物主义，所以教师应该把教书育人的道理在这一章充分展现出来。

参考文献：

[1]李岳林，刘志强，武和全.工程热力学与传热学[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，长沙理工大学讲师，博士。