第3章 第1、2节 热力学第一定律 能量的转化与守恒 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第3章　热力学定律 第1、2节　热力学第一定律　能量的转化与守恒 核心 素养 导学 物理观念 (1)知道热力学第一定律的内容。 (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原理。 (3)知道第一类永动机是不可能实现的。 科学思维 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．改变物体内能的两种方式：做功和热传递。 2．功、热量和内能改变的关系 (1)如果物体与外界无热传递，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，物体的内能减少。 (2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体从外界吸收热量时，它的内能增加；物体向外放出热量时，它的内能减少。 3．热力学第一定律 (1)内容：物体内能的改变量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＝Q＋W。 二、第一类永动机 1．定义：不用消耗任何能量而能永远对外做功的机器，称为第一类永动机。 2．第一类永动机不可能实现的原因：违背了热力学第一定律。 三、能量守恒定律的发现　能量守恒定律及其应用 1．对能量守恒定律的发现做出贡献的科学家有迈尔、焦耳和亥姆霍兹。 2．能量守恒定律：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。 3．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。 4．应用 (1)各种形式的能可以相互转化。在能量转化过程中总伴有内能的产生。 (2)各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起。 (3)热力学第一定律就是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。 1.在寒冷的冬季，人们常常生火取暖，当双手靠近火源时，我们就会感受到手变暖和了。 请对以下说法作出判断： (1)烤火是通过热传递的方式增加手的内能。(√) (2)手变暖和了，是内能较大的火源将内能传给了内能较小的人的缘故。(×) (3)传热只能发生在两个温度不同的物体之间，同一物体，内部不发生传热现象。(×) 2.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。 3．“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)|对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 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 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。 (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