3.2 热力学第一定律 3.3 能量守恒定律 导学案 -2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章 热力学定律 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒 班级 姓名 学号 【课标要求】 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。 【学习目标】 １.能够从能量转化的观点理解热力学第一定律，会用Δu=W+Q分析和计算问题 2.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定律 3.知道第一类永动机是不可能实现的 【自主学习、合作探究】 问题一：热力学第一定律 阅读课本P50页，明确下列问题 1、改变物体的内能有那些方式？改变内能的效果怎样？ 2、做功和热传递在改变物体内能方面的实质是否一样？ 3、简述热力学第一定律内容 4、写出热力学第一定律表达式 对热力学第一定律的理解: 1. 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳 2.完成课本p51页思考与讨论明确公式中各量的正、负号的规定 物理量 符号 意义 符号 意义 W + － Q + － Δu + － 【例1】一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300 J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？ 【针对训练1】 如图所示，用力Ｆ压缩气缸中的空气，力F对空气做了1800 J的功，同时气缸向外放热2000 J，空气的内能改变了多少？ 问题二：能量守恒定律 1. 能量守恒定律的内容： 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. 能量守恒定律的理解 （1）各种形式的能可以相互转化，例如：燃料燃烧生热，化学能转化成内能；利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；在转化过程中能量守恒。 （2）各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等；与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律 问题三：永动机不可能制成 1．第一类永动机： 2．第一类永动机不可能制成的原因： 【例2】下列对能量的转化和守恒定律的认识正确的是(　　) A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了，其它能量没有增加 【当堂检测】 1.关于物体内能的变化，以下说法中正确的是（ ） A.物体吸收热量，内能一定增大 B.物体对外做功，内能一定减少 C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 2．如图所示，内壁光滑的气缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在气缸内，外界大气压强为p0.现对气缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2.则在此过程中，气体分子平均动能________(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了________． 3. 一定量的气体在某一过程中，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 【课后限时训练】 1．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是(　　 ) A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水