第3章 第1、2节 热力学第一定律 能量守恒定律（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（教科版2019）

　第三章　热力学定律 第1、2节　热力学第一定律　能量守恒定律 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、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功和热传递都可以改变物体的内能，而且这两种方式是等价的。 2．绝热过程中，对系统做功时内能的变化量与功的关系：ΔU＝W。 3．外界没有对系统做功的过程中，系统内能的变化量与传递热量的关系：ΔU＝Q。 4．当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量：ΔU＝Q＋W。 5．热力学第一定律的内容 在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系统的内能增加量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。 6．第一类永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，能持续不断地对外做功的机器。 (2)第一类永动机不可能制成的原因：违背了热力学第一定律。 二、能量守恒定律 1．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。 2．意义 (1)各种形式的能可以相互转化。 (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。, 1．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。 2．“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)|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)气体从外界吸热，故Q＝4.2×105 J， 气体对外做功，故W＝－6×105 J， 由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝(－6×105 J)＋(4.2×105 J)＝－1.8×105 J。 ΔU为负，说明气体的内能减少了，所以气体内能减少了1.8×105 J。 (2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加。 (3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少。 [答案]　(1)减少　1.8×105 J　(2)增加　(3)减少 /方法技巧/ 应用热力学第一定律解题的方法 (1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。