第三章 1 1.热力学第一定律 2.能量守恒定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

1．热力学第一定律 2．能量守恒定律 【核心素养目标】 物理观念 知道热力学第一定律、能量守恒定律的内容、表达式，知道第一类永动机的概念。 科学思维 热力学第一定律、能量守恒定律的理解和定量计算。 科学态度与责任 能解释第一类永动机不能制成的原因，养成节约能源、合理利用能源的好习惯。 一、热力学第一定律 1．焦耳的实验 (1)绝热过程：系统与外界之间没有热量交换，只通过外界做功的方式与外界交换能量的过程。 (2)代表性实验 ①桨叶搅拌实验：重物下落时带动搅拌器转动，叶片与水之间以及水与水之间因摩擦而生热。 结论：在热力学系统的绝热过程中，系统内能的增加量ΔU等于外界对系统所做的功W。 表达式：ΔU＝W ②利用电流的热效应给水加热：重物下落带动发电机发电，通过电流的热效应使容器中的水温升高。 结论：在外界没有对系统做功的过程中，系统内能的增加量ΔU等于系统从外界所吸收的热量Q。 表达式：ΔU＝Q 2．热力学第一定律 (1)内容：在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的热量Q与外界对系统所做的功W之和。 (2)表达式：ΔU＝Q＋W。 3．第一类永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需要任何动力和燃料，能持续不断地对外做功的机器。 (2)第一类永动机不可制成的原因：违背了热力学第一定律。 二、能量守恒定律 1．能量守恒定律的探索历程：17世纪，笛卡尔、莱布尼兹都提出运动中守恒的量→18世纪，蒸汽技术的成就，证明了内能可以转化为机械能→18世纪末到19世纪初，电磁学、光学的发展，使得热运动和其他运动形式之间的转化具有十分重大的理论和实际意义。化学和生物学的研究，使人们进一步认识到不同形式的能都可以相互转化。 2．关键人物：迈尔提出了能量守恒的观点→焦耳精确地测定了热与功间的定量关系→亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律(1847年)。 学生用书↓第61页 3.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另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 4．意义 (1)提高了蒸汽机的性能，对电机与内燃机的研制及改进起到了重要的指导作用。 (2)将不同领域联系起来，为科学工作者提供了共同语言。 (3)为科学研究提供了方便。 三、节约能源 1．可持续发展：指既满足当代人的需求，又不对后代人满足其自身需求的能力构成危害的发展。 2．可持续发展战略的基本思想 (1)鼓励经济增长，但要改变“高投入、高消耗、高污染”的生产模式和消费模式； (2)利用科学技术及社会力量节约资源(含能源)，大力发展资源的循环使用； (3)利用科学技术，寻找新能源及开拓新的资源。 1．判断正误 (1)叶片搅拌容器中的水可以对水做功，电流通过水中的电阻丝可以对水加热。(　　) (2)在绝热过程中，系统对外界做的功等于系统内能的增加量。(　　) (3)气体被压缩的过程中，外界对气体做功，则气体内能一定增加。(　　) (4)一个系统的内能增加量等于外界向它传递的热量。(　　) (5)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。(　　) (6)能量既可以转移又可以转化，故能量的总量是可以变化的。(　　) (7)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√ 2．链接实景 幼儿园里一般都有滑梯，小朋友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么？ 提示：小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加。 知识点一　对热力学第一定律的理解 　　如图所示，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。 试探究：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？ 提示：(1)根据＝C可知，探测气球体积减小，外界对氦气做功。 (2)在此高空，ΔU<0，W>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q<0，即氦气对外放热。 学生用书↓第62页 1．改变内能的两种方式的比较 项目 做功 热传递 内能 变化 在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 在单纯热传递过程中，物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理 实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 相互 联系 都能引起系统内能的改变 2.与热力学第一定律相对应的符号法则 正负 做功W 热量Q 内能的改变ΔU 取正 值“＋” 外界对物体做功 物体从外界