3.1 3.2 热力学第一定律 能量守恒定律（word教参）- 【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册配套教参（教科版）

的碰碰球，球内气体压强为1.5×105 Pa，若升温引起的球内容积变化可忽略，请通过计算判断是否可以安全地在中午37 ℃的环境下进行碰撞游戏。 解析：(1)碰撞游戏时，气体从初始到压缩量最大的过程中，经历等温变化，由玻意耳定律有 p1V1＝p2V2 其中p1＝1.5×105 Pa，V1＝0.8 m3，V2＝(0.8－0.08)m3＝0.72 m3 代入数据解得p2≈1.67×105 Pa。 (2)从早晨充好气，到中午碰撞游戏前，气体经历等容变化，由查理定律有＝ 其中T2＝(17＋273)K＝290 K，T3＝(37＋273)K＝310 K 中午碰撞游戏时，气体从初始状态到压缩量最大的过程中，气体经历等温变化，由玻意耳定律有 p3V1＝p4V2 联立并代入数据解得p4≈1.78×105 Pa＞1.75×105 Pa 所以不能安全地在中午37 ℃的环境下进行碰撞游戏。 答案：(1)1.67×105 Pa　(2)见解析 1　热力学第一定律 2　能量守恒定律 新课程标准 素养目标 1.知道热力学第一定律，通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 2.理解能量守恒定律，能用能量守恒定律的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 1.热力学第一定律、能量守恒定律。(物理观念) 2.热力学第一定律的理解和定量计算。(科学思维) 3.通过具体问题的分析，进一步理解热力学第一定律。(科学探究) 4.能解释第一类永动机不能制成的原因。(科学态度与责任) [知识梳理] 一、热力学第一定律 1．焦耳的实验 (1)绝热过程：系统与外界之间没有热量交换，只通过外界做功的方式与外界交换能量的过程。 (2)代表性实验 ①过程：重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。 现象：只要重力做功相等，水温升高相等，系统内能的变化相同。 结论：热力学绝热过程中，系统内能的增量等于外界对系统所做的功。 表达式：ΔU＝W ②过程：重物下落带动发电机发电，通过电流的热效应使容器中的水温升高。 现象：只要产生的电热相等，系统升高的温度相等，系统内能的变化相同。 结论：在外界没有对系统做功的过程中，系统内能的增量等于系统从外界所吸收的热量。 表达式：ΔU＝Q 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．第一类永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，能持续不断地对外做功的机器。 (2)第一类永动机不可制成的原因：违背了热力学第一定律。 二、能量守恒定律 1．能量守恒定律的探索历程：17世纪，笛卡尔、莱布尼兹都提出运动中守恒的量→18世纪，蒸汽机的普遍使用证明内能可以转化为机械能→18世纪末到19世纪初，电磁学、光学、化学、生物学的发展，使人们进一步认识到不同形式的能都可以相互转化。 2．关键人物：迈尔表述了能量守恒定律(1842年)→焦耳测定做功与传热的关系(1843年)→亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律(1847年)。 3．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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 4．意义 (1)提高了蒸汽机的性能，对内燃机的研制及改进起到了重要的指导作用。 (2)将不同领域联系起来，为科学工作者提供了共同语言。 (3)为科学研究提供了方便。 三、节约能源 可持续发展 (1)定义：指既满足当代人的需求，又不对后代人满足其自身需求的能力构成危害的发展。 (2)基本思想 ①鼓励经济增长，但要改变“高投入、高消耗、高污染”的生产模式和消费模式； ②利用科学技术及社会力量节约资源，大力发展资源的循环使用； ③利用科学技术，寻找新能源及开拓新的资源。 [自主评价] 1．判断正误 (1)外界对系统做功，系统的内能一定增加。(×) (2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量。(×) (3)系统内能减少，一定是系统对外界做了功。(×) (4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(√) 2．情景思考 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。 要点一　热力学第一定律的理解和应用 　如图所示， 快速推动活塞对气缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，气缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对气缸内气体做