新教材同步系列2024春高中物理第三章熱力學定律2熱力學第一定律3能量守恒定律課件新人教版選擇性必修第三冊

第三章熱力學定律2熱力學第一定律3能量守恒定律學習目標學法與考法1．掌握熱力學第一定律及其表達式(重難點)2．學會運用熱力學第一定律解釋自然界中能量的轉化、轉移問題(難點)3．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界中普遍遵循的規(guī)律(重點)學法：①通過實驗加深對熱力學第一定律的理解．②通過實例知道ΔU、Q、W的正、負號的物理意義，會用表達式ΔU＝Q＋W解決問題考法：①考查熱力學第一定律的理解和運用．②考查能量守恒定律的理解和運用．③考查熱力學第一定律和氣體狀態(tài)方程的綜合運用知識導圖

課前?自主預習熱力學第一定律1．改變內能的兩種方式是________和________．2．熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能變化量等于外界向它傳遞的______與外界對它所________的和．(2)表達式：ΔU＝________．做功熱傳遞熱量做功Q＋W

物體從外界吸熱，物體的內能一定增加嗎？【答案】物體從外界吸熱，物體的內能是否增加，還要看做功情況．下列對于熱力學第一定律的理解，正確的是 (

)A．一定質量的氣體膨脹對外做功100J，同時從外界吸收120J的熱量，則它的內能增大20JB．物體從外界吸收熱量，其內能一定增加；物體對外界做功，其內能一定減少C．物體吸收熱量，其溫度一定升高D．空調工作時消耗的電能與室內溫度降低所放出的熱量可以相等【答案】A【解析】氣體膨脹對外做功100J，則W＝－100J，從外界吸收120J的熱量，則Q＝120J，根據熱力學第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J，A正確；根據熱力學第一定律知ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，物體對外界做功，其內能不一定減少，B錯誤；物體吸收熱量的同時，如果對外界做功，溫度不一定升高，C錯誤；空調工作時消耗的電能等于室內溫度降低所放出的熱量和電路產生的熱量之和，D錯誤．能量守恒定律和永動機1．能量守恒定律(1)內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式________為其他形式，或者從一個物體________到別的物體，在轉化或轉移的過程中，____________保持不變．(2)意義：①各種形式的能可以___________．②各種物理現象可以用_______________聯(lián)系在一起．轉化轉移能量的總量相互轉化能量守恒定律2．永動機不可能制成(1)第一類永動機：不需要任何動力或燃料，卻能不斷地__________的機器．(2)不可制成的原因：違背了__________定律．對外做功能量守恒運動的物體在阻力作用下會停下來，其機械能會憑空消失嗎？【答案】運動的物體在阻力作用下會停下來，克服阻力做功，其機械能轉化為內能．

(多選)下列關于能量轉化現象的說法中，正確的是

(

)A．用太陽灶燒水是光能轉化為內能B．電燈發(fā)光是電能轉化為光能C．核電站發(fā)電是電能轉化為內能D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動能轉化為內能【答案】AB【解析】A中是光能轉化為內能，C中是核能轉化為電能，D中是化學能轉化為內能，A、B正確．課堂?重難探究－熱力學第一定律的應用1．應用熱力學第一定律解題的思路(1)首先應明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng)．(2)分別找出題目中研究對象吸收或放出的熱量；外界對研究對象所做的功或研究對象對外界所做的功；研究對象內能的增加量或減少量．(3)根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進行求解．(4)特別注意物理量的正負號及其物理意義．2．公式ΔU＝W＋Q中符號的規(guī)定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內能增加－物體對外界做功物體放出熱量內能減少3．幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內能的增加量等于外界對物體做的功．(2)若過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內能的增加量等于物體從外界吸收的熱量．(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)．4．判斷是否做功的方法一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化．(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W＜0．(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W＞0．熱力學第一定律的應用例1

(多選)一定質量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p－T圖像上從a到b的線段所示．在此過程中 (

)A．氣體一直對外做功B．氣體的內能一直增加C．氣體一直從外界吸熱D．氣體吸收的熱量等于其對外做的功【答案】BC【解析】由p－T圖像可知，氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，滿足p,T＝C，可知氣體的體積保持不變，則氣體對外不做功，氣體狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，溫度逐漸升高，則氣體的內能一直增加，根據熱力學第一定律可知，氣體一直從外界吸熱，氣體吸收的熱量等于其內能的增加量，B、C正確，A、D錯誤．變式1一定質量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104

J的功，氣體的內能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是

(

)A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J【答案】B【解析】由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，外界對氣體做功則W為正值，氣體內能減少則ΔU為負值，代入熱力學第一定律表達式得Q＝－2×105J，B正確．運用熱力學第一定律時應注意的兩點1．明確研究哪一部分氣體和氣體的哪一個狀態(tài)變化過程．2．分清ΔU＝W＋Q中各物理量正、負號的意義．－對能量守恒定律的理解及應用1．能量存在的形式及相互轉化(1)各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有諸如電磁能、化學能、原子能等．(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉化．例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉化為內能；煤燃燒，化學能轉化為內能；列車剎車后，輪子溫度升高，機械能轉化為內能．(3)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．(4)某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．2．與某種運動形式對應的能是否守恒是有條件的例如，物體的機械能守恒，必須是只有重力或系統(tǒng)內的彈力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它是一切自然現象都遵守的基本規(guī)律．3．第一類永動機失敗的原因分析如果沒有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統(tǒng)內能減少，即U2＜U1，則W＜0，系統(tǒng)對外做功是要以內能減少為代價的．若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下是不可能的．能量守恒定律的理解及應用例2如圖所示為沖擊擺實驗裝置，一質量為m的子彈以v0射入質量為M的沙箱后與沙箱合為一體，共同擺起一定高度h，則整個過程中子彈和沙箱由于相互作用所產生的內能為多少？(不計空氣阻力)變式2如圖所示，汽缸放置在水平地面上，質量為m的活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，兩氣室中均充有氣體，汽缸、活塞是絕熱的且不漏氣．開始活塞被銷釘固定，現將銷釘拔掉，活塞最終靜止在距原位置下方h處，設活塞移動前后甲氣體內能的變化量為ΔE，不計氣體重心改變的影響，下列說法正確的是

(

)A．ΔE＝mgh B．ΔE＞mghC．ΔE＜mgh D．以上三種情況均有可能【答案】B【解析】氣體甲體積減小，外界對它做正功，其中包括mgh和乙氣體分子對活塞的力做功W乙，且為正功，ΔE＝mgh＋W乙．利用能量守恒定律解題的方法在應用能量守恒定律處理問題時，首先要弄清系統(tǒng)有多少種能量相互轉化，分析哪種形式的能量增加了，哪種形式的能量減少了；或者弄清哪個物體的能量增加，哪個物體的能量減少，增加量等于減少量．小練?隨堂鞏固1．在熱力學第一定律的表達式ΔU＝W＋Q中，關于ΔU、W、Q各個物理量的正、負，下列說法正確的是 (

)A．外界對物體做功時W為正，吸熱時Q為負，內能增加時ΔU為正B．物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內能增加時ΔU為負C．物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內能增加時ΔU為正D．外界對物體做功時W為負，吸熱時Q為負，內能增加時ΔU為負【答案】C【解析】根據公式ΔU＝W＋Q中的符號法則知C正確．2．(多選)下列過程，可能發(fā)生的是 (

)A．物體吸收熱量，對外做功，同時內能增加B．物體吸收熱量，對外做功，同時內能減少C．外界對物體做功，同時物體吸熱，內能減少D．外界對物體做功，同時物體放熱，內能增加【答案】ABD【解析】根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，故由此可確定A、B、D正確，C錯誤．3．一定量的氣體膨脹對外做功100J，同時對外放熱40J，氣體內能的增量ΔU是

(

)A．60J

B．－60JC．－140J D．140J【答案】C【解析】由熱力學第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100J－40J＝－140J，C正確．4．(多選)下列關于第一類永動機的說法，正確的是 (

)A．第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器B．第一類永動機不能制成的原因是違背了熱力學第一定律C．第一類永動機不能制成的原因是技術問題D．第一類永動機不能制成的原因是違背了能量守恒定律【答案】AD【解析】第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷對外做功的機器，這是人們的美好愿望，但它違背了能量守恒定律，這也是它不能制成的原因．A、D正確，B、C錯誤．5．美麗的氫氣球是很多小孩喜歡的玩具，將一個氫氣球釋放，它就會在空中持續(xù)上升，越往高空，環(huán)境溫度越低，氣球體積會變大，若氫氣球不漏氣，則下列說法正確的是 (

)A．氣體分子平均間距減小B．氣體的壓強不會發(fā)生變化C．外界將對氫氣球內氣體做正功D．氣體放出的熱量小于內能的減少量【答案】D【解析】氣球體積變大，氣體的分子數不變，氣體分子平均間距增大，A錯誤；氣球在上升的過程中，環(huán)境溫度會降低，氣球體積變大，由理想氣體方程pV,T＝C，氣體壓強減小，B錯誤；氣球體積變大，外界對氣體做負功，W＜0，C錯誤；根據ΔU＝W＋Q，因溫度降低則ΔU＜0，外界對氣體做負功，W＜0，故氣體同時放出熱量Q＜0，且放出的熱量小于內能的減少量，D正確．6．下列對能量守恒定律的認識，不正確的是 (

)A．某種形式的能量減少，一定存在其他