第3章 第1节 热力学第一定律第2节 能量的转化与守恒-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第1节　热力学第一定律 第2节　能量的转化与守恒 【核心素养目标】 物理观念 了解热力学第一定律的内涵，能理解能量守恒定律，具有与能量守恒定律相关的比较清晰的能量观念。 科学思维 能用证据说明第一类永动机是不可能实现的；能有依据地质疑，提出有创意的建议。 科学态度与责任 能通过了解热力学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，知道科学发现需要科学家共同努力。 一、功、热量与内能 1．改变内能的两种方式：做功和热传递。 2．物体内能的改变 判断下列物体内能变化的情况： (1)如果一个物体既不吸热也不放热，当外界对它做功时，物体内能将增加，当物体对外界做功时，物体内能将减少。 (2)如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，当物体从外界吸热时，物体内能将增加，当物体向外放热时，物体内能将减少。 3．热力学第一定律 (1)内容：物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和。 (2)表达式：ΔU＝W＋Q。 二、第一类永动机 1．第一类永动机：有人幻想的一种不消耗任何能量而能永远对外做功的机器。 2．第一类永动机的本质：能量能无中生有地创造出来。 3．第一类永动机不能制造成功的原因：违背了热力学第一定律。 三、能量守恒定律的发现 1．迈尔的发现：体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的，如果动物的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的。 2．焦耳的研究 (1)确定了电能向内能转化的定量关系。 (2)用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。 3．亥姆霍兹的贡献：从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。 学生用书第49页 四、能量守恒定律及其应用 1．内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从 一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总值保持不变。 2．意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据。 3．应用 (1)能量转化过程中总伴有内能的产生。 (2)人类所需的绝大部分能量都直接或间接地来自太阳。 (3)在各种能量的转化过程中，能量都是守恒的。 1．判断正误 (1)热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同。(　×　) (2)物体对外做功，内能一定减少。(　×　) (3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。(　√　) (4)做功和热传递在改变物体的内能效果上是等效的，所以做功过程和热传递过程是一样的。(　×　) (5)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加。(　√　) (6)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了。(　×　) (7)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(　√　) 2．链接实景 如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？ 提示：　内能增加了10 J；减少了10 J；0。 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。 1．热力学第一定律的理解 (1)与热力学第一定律相对应的符号法则 做功W 热量Q 内能的改变ΔU 取正值“＋” 外界对物体做功 物体从外界吸收热量 物体的内能增加 取负值“－” 物体对外界做功 物体向外界放出热量 物体的内能减少 学生用书第50页 2.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)若过程的始末状态物体的内能不变，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。 一定质量的气体从外界吸收了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