3.2热力学第一定律-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第三册）

选择性必修三学案 第三章 热力学定律 第2节 热力学第一定律 一、新课标要求 1.知道热力学第一定律,并掌握其表达式。 2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题,并进行具体的计算。 二、科学素养要求 1.物理观念：知道热力学第一定律及其符号法则。 2.科学思维：理解热力学第一定律的公式并能进行相关的分析计算。 3.科学探究：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。 4.科学态度与责任：了解热力学第一定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发展的意义。 三、教材研习 要点 热力学第一定律 一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 【自主思考】 对于某一系统，当外界对系统做功为，又对系统传热为时，系统内能的增量应该是多少？ 四、名师点睛 热力学第一定律的理解 （1）热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况。既有做功又有热传递的过程中，公式中表示内能的变化量，表示外界对系统做功，表示外界向系统传递的热量。 （2）热力学第一定律的表达式也适用于物体对外界做功、向外界散热和内能减少的情况，在应用进行计算时，注意它们的正、负。 五、互动探究· 探究点一、热力学第一定律的理解和应用 情境探究 1.如图所示，汽缸内封闭了一定质量的气体。 （1）快速推动活塞，对汽缸内气体做功，气体内能改变了多少？ （2）若保持气体体积不变，外界对汽缸内气体传递的热量，气体内能改变了多少？ （3）若推动活塞压缩气体，对汽缸内气体做功的同时给汽缸传递的热量，气体内能改变了多少？内能的变化比单一方式有什么不同？ 探究归纳 1.公式的符号规定 符号 + 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 - 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.热力学第一定律的几种特殊情况 （1）若过程是绝热的，即，则，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，则，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，则或，外界对物体做的功等于物体放出的热量。 3.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(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功。 （3）根据热力学第一定律列出方程进行求解。 （4）特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义。 探究应用 【典例】 如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体，将一细管插入液体，活塞上方液体会缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变，则关于这一过程中汽缸内的气体( ) A.单位时间内气体分子对活塞撞击的次数增多 B.气体分子间存在的斥力是活塞向上运动的原因 C.气体分子的速率分布情况不变 D.气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量 【迁移应用】 1.如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的、两部分气体，的密度小，的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸收热量为、气体内能增加量为，则( ) A. B. C. D.无法比较 2.被压瘪但尚未破裂的乒乓球放在热水里泡一会儿，就会重新鼓起来，这一过程乒乓球内的气体( ) A.吸热，对外做功，内能不变 B.吸热，对外做功，内能增加 C.温度升高，对外做功，内能不变 D.压强增大，单位体积内分子数增大 3.（多选）一封闭容器中装有一定质量的理想气体，当气体被压缩时（容器壁与外界没有热量交换）( ) A.气体对外界做功 B.气体内能不变 C.气体温度升高 D.气体压强增大 4.(多选)下列过程，可能发生的是( ) A.物体吸收热量，对外做功，同时内能增加 B.物体吸收热量，对外做功，同时内能减少 C.外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少 D.物体对外界做功，同时物体放热，内能增加 5.一定量的气体膨胀对外做功，同时对外放热，气体内能的增量是( ) A. B. C. D. 6.如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，则筒内空气( ) A.从外界吸热 B.内能增大 C.向外界放热 D.内能减小 7.(多选)如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部