第三章 2 2.热力学第一定律 3.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（人教版）

2．热力学第一定律　3.能量守恒定律 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.热力学第一定律的理解和应用 2.对能量守恒定律的理解 3.第一类永动机不可能制成 1.通过复习改变物体内能的两种方式，推出热力学第一定律 2.知道ΔU＝Q＋W的含义，体会其中辩证的哲学思想，提高理解能力 3.能用所学知识解释一些常见的现象，培养分析能力 4.能结合阅读材料概述能量守恒定律的发现过程，提高概括整合能力 5.能运用能量守恒定律知识解释典型的物理现象，提高综合应用能力 6.知道第一类永动机不能制成，并能说出其不能制成的原因，培养分析解释能力 1.物理观念：知道内能的改变由做功和传热共同决定，加深理解功能关系，发展能量观；理解能量守恒定律的内容 2.科学思维：能运用热力学第一定律解释生活中的一些热学现象，提高科学推理和科学论证能力；通过对封闭气体系统内能变化的分析，加深理解理想气体这个理想模型；能运用能量守恒定律解释生活中的一些现象 知识点一　热力学第一定律 如图所示，汽缸内有一定质量的气体，如果压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式(做功或传热)更明显。请思考： (1)这是为什么呢？ (2)如果压缩气体对气体做功为W，同时给汽缸传热为Q，则气体的内能怎么变化？ 提示：(1)因为压缩气体过程外界对气体做功，使气体的内能增加；同时给汽缸加热，也会使气体的内能增加，故气体内能的变化会比单一方式(做功或传热)更明显。 (2)气体的内能增加，ΔU＝Q＋W。 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热量与外界对它所做的功的和。 2．表达式：ΔU＝Q＋W。 【判断正误】 1．做功和传热在改变内能方面是等价的。(√) 2．外界对气体做功，则气体内能一定增加。(×) 3．一个系统的内能增加量等于外界向它传递的热量。(×) 1．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传热这两种改变内能的过程是等价的，而且给出了内能的变化量与做功和传热之间的定量关系。 (2)表达式：ΔU＝Q＋W是标量式。 学生用书↓第70页 (3)应用时表达式中各量的单位应统一为国际单位焦耳。 2．公式ΔU＝Q＋W中各量符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 外界对系统做功 系统吸收热量 内能增加 － 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少 注意：判断系统与外界之间做功的关系，关键是看系统的体积怎样变化： ①若系统的体积增大，则系统对外界做功，W＜0。 ②若系统的体积减小，则外界对系统做功，W＞0。 ③若系统的体积不变，则判断系统与外界之间无做功关系，W＝0。 3．几种特殊过程 (1)绝热过程：Q＝0，W＝ΔU，外界对系统做的功等于系统内能的增加量。 (2)不做功的过程：W＝0，则Q＝ΔU，系统吸收的热量等于系统内能的增加量。 (3)内能不变的过程：ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对系统做的功等于系统放出的热量。 一定质量的理想气体在某一过程中，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＝2×105 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J B　[外界对气体做功，W取正值，气体内能减少，ΔU为负值，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得Q＝－2×105 J，故B正确。] 规律总结 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)对外界所做的功。 3．根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解。 4．应特别注意物理量的正负号及其物理意义。 针对练1.夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面， 湖水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是(　　 ) A．气泡内气体的内能可能不变 B．气泡上升过程中可能会放热 C．气泡内气体的压强增大 D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力变小 D　[根据题意可知，越往上温度越高，故气泡温度升高，内能变大，故A错误；气泡上升p＝p0＋ρgh，深度h减小，气泡内气体压强减小，气泡体积变大，外界对气体做负功，W<0，气泡内能增大，ΔU>0，根据ΔU＝Q＋W可知Q>0，故气泡吸热，故B错误；根据气体压强定义及其微观意义可知，气泡内气体