第10章 3 热力学第一定律 能量守恒定律-2021-2022学年高中物理选修3-3【名师导航】同步Word教参(人教版)

3　热力学第一定律　能量守恒定律 [学习目标]　1.掌握热力学第一定律及其表达式．(重点、难点)2.学会运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题．(难点)3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律．(重点)4.理解第一类永动机是不可能制成的．(难点) 一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式 做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等效的． 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. 二、能量守恒定律及永动机不可能制成 1．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另一种形式，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各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起． 2．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，却能不断地对外做功的机器． (2)第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律． (3)意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)热力学系统对外界做功时，W取负值，吸收热量时Q取正值． (√) (2)物体与外界不发生热交换，物体的内能也可能增加． (√) (3)各种能量之间可以转移或转化，但总量保持不变． (√) (4)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了． (×) (5)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律． (√) 2．一定量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是(　　) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J B　[由符号法则可知，外界对气体做功W取正，气体内能减少，ΔU为负值，代入热力学第一定律表达式得Q＝－2×105 J．故选项B正确．] 3．(多选)下列关于能量转化现象的说法中，正确的是(　　) A．用太阳灶烧水是光能转化为内能 B．电灯发光是电能转化为光能 C．核电站发电是电能转化为内能 D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能 E．风车发电是风的动能转化为电能 ABE　[A选项中是光能转化为内能，C选项中是核能转化为电能，D选项中是化学能转化为内能，A、B、E选项正确．] 热力学第一定律 1．符号法则 热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况，因此在使用ΔU＝Q＋W时，为了区别以上两种情况，在应用ΔU＝Q＋W进行计算时，它们的正、负号规定如下： (1)外界对系统做功，W>0，即W为正值； 系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0，即W为负值； (2)外界对系统传递热量，也就是系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值； 外界从系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，Q<0，即Q为负值； (3)系统内能增加，ΔU>0，即ΔU为正值； 系统内能减少，ΔU<0，即ΔU为负值． 2．热力学第一定律的几种典型应用 (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量． (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量． (3)若过程中物体的始、末内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量． 【例1】　若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，(设湖水的温度相等且保持不变) (1)气泡上升过程中吸收的热量是多少？ (2)气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？ 思路点拨：湖水温度不变，表明气泡由湖底上升到水面的过程中气体内能不变． [解析]　(1)气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W＝0－(－0.6 J)＝0.6 J； (2)由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0.3 J＋(－0.1 J)＝0.2 J，内能增加0.2 J. [答案]　(1)0.6 J　(2)0.2 J 应用热力学第一定律解题的思路与步骤 (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)分别列出物体(或