第3章 第2、3节 热力学第一定律+能量守恒定律-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第三册(Word教参)(人教版)

第2节　热力学第一定律 第3节　能量守恒定律 课程内容要求 核心素养提炼 1．理解热力学第一定律，学会利用热力学第一定律分析有关问题． 2．理解能量守恒定律，知道它是自然界普遍遵循的基本规律． 3．学会用能量守恒定律分析有关问题． 4．知道什么是第一类永动机，知道第一类永动机不可能制成的原因. 1．物理观念：热力学第一定律、能量守恒定律、永动机． 2．科学思维：热力学第一定律的理解和应用，永动机不可能制成的原因． 3．科学态度与责任：树立能量守恒的世界观，运用科学知识指导实践活动. 一、热力学第一定律　热力学第一定律的应用 1．热力学第一定律 (1)改变内能的两种方式：做功和热传递. (2)热力学第一定律 ①内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． ②表达式：ΔU＝Q＋W. (3)热力学第一定律的应用 公式ΔU＝Q＋W中符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 － 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 [判断] (1)物体吸收热量，内能一定增大．(　×　) (2)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(　√　) 二、能量守恒定律 1．内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变． 2．意义 (1)各种形式的能可以相互转化. (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起． 3．永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器． (2)不可制成的原因：违背了能量守恒定律． [思考]　有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？ 提示　这不是永动机；手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表发条做机械运动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来． 探究点一　热力学第一定律的理解和应用 快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量．气体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？ 提示　无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别． 1．热力学第一定律的理解 (1)热现象发生的过程中，系统内能的改变由做功情况和热传递情况两方面决定． (2)只知道物体吸热、放热或只知道做功情况无法判断内能的变化情况． 2．不同热学过程中传热、做功、内能变化情况． (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0. (2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量． (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)． 3．应用热力学第一定律解题的思路 (1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统． (2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量． (3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解． (4)特别注意物理量的正负号及其物理意义． 如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105 Pa，吸收的热量Q＝7.0×102 J，求此过程中气体内能的增量． 解析　一定质量的理想气体等压变化．由盖－吕萨克定律得＝， 则VB＝＝8.0×10－3m3. 气体对外做的功W＝p(VB－VA)＝2.0×102 J， 根据热力学第一定律ΔU＝Q－W， 解得ΔU＝5.0×102 J. 答案　5.0×102 J [变式]　(1)若[例1]中的图像为p－图像，则气体内能增量是多少？ (2)若[例1]中的图像为p－T图像，则气体内能的增量是多少？ 解析　(1)若图像为p－图像，则气体为等温过程，气体内能的增量为零． (2)若图像为p－T图像，则气体为等容过程W＝0，气体内能增量ΔU＝Q＝7.0×102 J. 答案　(1)0　(2)7.0×102 J [训练1]　(2020·江苏卷·13(3))一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p－图像如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q. 解析　A→B过程，外界对气体