第三章 2-3（热力学第一定律、能量守恒定律）-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册同步全程学习课件PPT（人教版） 

2　热力学第一定律 3　能量守恒定律 [定位·学习目标] 1.能以系统为研究对象,用综合分析的方法推导出热力学第一定律。 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,并能进行具体的计算。 3.知道人类对能量概念的逐步认识过程,并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的认识。 4.理解能量守恒定律,知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律。 5.知道第一类永动机是不可能实现的。 探究·必备知识 知识点一　热力学第一定律 1.改变内能的两种方式 做功和 ,两者在改变系统内能方面是 的。 2.热力学第一定律 (1)内容:一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的 与外界对它所做的 的和。 (2)表达式:ΔU= 。 传热 等价 热量 功 Q+W 3.对公式ΔU=Q+W的理解 (1)外界对系统做功有助于系统内能的 ,因此,外界对系统做功时,W取 ;而系统对外界做功时,W取 。 (2)外界对系统传递热量有助于系统内能的 ,因此,外界对系统传递的热量Q取 ;而系统向外界传递的热量Q就取 。 增加 正值 负值 增加 正值 负值 (1)如图甲所示,该系统与外界没有热量交换,如果外界对系统做的功为W(物块重力所做的功),则它的内能怎样改变?变化了多少? 答案:外界对系统做功W,则系统内能增加量为W。 (2)如图乙所示为电流做功改变系统内能的实验,如果该系统电阻发热量为Q,液体的内能怎样变化?变化了多少? 答案:如果外界没有对系统做功,物体从外界吸收热量Q,则内能的增加量为Q。 (3)如果某一过程中,物体跟外界同时发生了做功和传热,那么,该物体内能的变化ΔU与热量Q及做的功W之间又满足怎样的关系呢? 答案:ΔU=Q+W。 知识点二　能量守恒定律 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 为其他形式,或者从一个物体 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:能量守恒是自然界的普遍规律,根据能量守恒定律,物理学发现和解释了很多科学现象。 转化 转移 2.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 的机器。 (2)第一类永动机不可能制成的原因:违背了 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。 对外做功 能量守恒 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。请思考:这是不是一种永动机?为什么? 答案:不是。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。 突破·关键能力 要点一　对热力学第一定律的理解与应用 气象探测气球内充有常温常压的氦气,从地面上升至某高空的过程中,气球内氦气的压强随外部气压减小而逐渐减小,其温度因启动加热装置而保持不变,高空气温为-7.0 ℃,球内氦气可视为理想气体。若在此高空,关闭加热装置后: (1)氦气对外界做功还是外界对氦气做功? (2)氦气吸热还是放热? 答案:(2)在此高空,ΔU<0,W>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q<0,即氦气对外放热。 1.对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传热过程中内能改变的定量表述推广到一般情况。既有做功又有传热的过程中,公式中ΔU表示内能的变化量,W表示外界对系统做功,Q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。 2.公式ΔU=Q+W的符号法则 符号 W Q ΔU + 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 3.热力学第一定律的几种特殊情况 (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] (多选)如图所示,在汽缸与活塞之间封闭着一定质量的理想气体,压强与大气压相同。将汽缸和活塞固定,通过加热使汽缸内气体升高一定的温度,气体吸收的热量为Q1,内能变化量为ΔU1,如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气),通过加热也使汽缸内气体升高相同温度,其吸收的热量为Q2,气体对外做功为W,内能变化量为ΔU2,下列关系式正确的是(　 　) A.