第3章 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律（课件PPT）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019 江苏专用）

第2、3节　热力学第一定律 能量守恒定律 核心素养导学 物理观念 (1)知道人类对能量概念的逐步认识过程。 (2)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。 (3)知道第一类永动机是不可能实现的。 科学思维 (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和计算能量的转化、转移问题。 科学探究 探究能量的转化过程和总量的变化情况。 科学态度与责任 (1)理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。 (2)体会科学探索中的挫折和失败对科学发展的意义。 一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功和______都可以改变物体的内能，而且这两种方式是_____的。 2．单纯地对系统做功时内能的变化量与功的关系：ΔU＝W。 3．单纯地对系统传热时，内能的变化量与传递热量的关系：ΔU＝Q。 4．当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量：ΔU＝Q＋W。 5．热力学第一定律的内容 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。 传热 等价 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_____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__________。 2．意义 (1)各种形式的能可以__________。 (2)各种物理现象可以用______________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__________的机器。 (2)第一类永动机不可能制成的原因：违背了______________。 转移 保持不变 相互转化 能量守恒定律 对外做功 能量守恒定律 转化 1．给旱区送水的消防车停在水平地面上。在缓慢放水的过程中，若车胎不漏气且胎内气体温度不变，不计分子间的势能，试分析气体的吸放热情况。 提示：由于车胎内气体温度不变，故气体分子的平均动能不变，内能不变。放水过程中气体体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知，车胎内气体吸热。 2．“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，表针却能不停地转动。由此，有人设想了如图所示的新能源汽车。 请对以下说法作出判断： (1)“全自动”机械手表是一种永动机。 ( ) (2)如图所示的新能源汽车是能够实现的。 ( ) (3)“全自动”机械手表是通过手臂的运动获得能量，供手表指针转动，不是永动机。 ( ) × × √ 新知学习(一)|热力学第一定律的理解及应用 [任务驱动] 如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题： 　 (1)在变化过程中是气体对外做功，还是外界对气体做功？ 提示：由图可知，气体的变化为等压膨胀，一定是气体对外做功。 (2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能增加了，还是减少了？ 提示：由日常经验可知，理想气体在等压膨胀过程中需要从外界吸收热量。由盖-吕萨克定律可知，理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能一定增加。　　 [重点释解] 1．公式ΔU＝Q＋W中符号的规定 2．三种特殊情况 (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。 (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。 符号 Q W ΔU ＋ 物体吸热 外界对物体做功 内能增加 － 物体放热 物体对外界做功 内能减少 (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．判断是否做功的方法 一般情况下看物体的体积是否变化： (1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0。 (2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0。 [典例体验] [典例]　一定质量的实际气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问： (1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子势能是增加还是减少？ (3)分子的平均动能是增加还是减少？ [解析]　(1)气体从外界吸热，故Q＝4.2×105 J， 气体对外做功，故W＝－6×105 J， 由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝(－6×105 J)＋(4.2×105 J)＝－1.8×105 J。 ΔU为负，说明气体的内能减少了，所以气体内能减少了1.8×105 J。 10 (2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加。 (3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少。 [答案]