第3章 第2节～第3节 热力学第一定律～能量守恒定律 （word教参)-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修 第三册（人教版2019）

第2节　热力学第一定律 第3节　能量守恒定律 [学习目标] 1.理解热力学第一定律，并会运用于相关问题的分析和计算（科学思维）.2.理解并会运用能量守恒定律解释自然现象（物理观念）.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因（物理观念）. 知识点一　　热力学第一定律 1.改变内能的两种方式：　做功　与　传热　两者对改变系统的内能是　等价的　. 2.热力学第一定律：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. 3.热力学第一定律的表达式：ΔU＝　Q＋W　. 4.热力学第一定律的应用： （1）W的正负：外界对系统做功时，W取　正　值；系统对外界做功时，W取　负　值.（均选填“正”或“负”） （2）Q的正负：外界对系统传递的热量Q取　正　值；系统向外界传递的热量Q取　负　值.（均选填“正”或“负”） 　知识点二　　能量守恒定律 1.探索能量守恒的足迹 2.能量守恒定律 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　为其他形式，或者从一个物体　转移　到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量　保持不变　. 3.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，却能不断地　对外做功　的机器. （2）第一类永动机由于违背了　能量守恒定律　，所以不可能制成. 1.判断下列说法的正误. （1）一个系统的内能增加量等于外界向它传递的热量. （　×　） （2）物体与外界没有热交换，物体的内能也可能是增加的. （　√　） （3）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. （　×　） （4）违背能量守恒定律的过程是不可能发生的. （　√　） 2.一定质量的理想气体，在膨胀过程中对外做功80 J，其内能增加了20 J，则气体从外界吸收了　100　 J的热量. 探究点一　　热力学第一定律 【情境导学】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.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？ 答案　（1）根据＝C可知，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＝W＋Q可知，Q＜0，即氦气向外放热. 【知识拓展】 1.对公式ΔU＝W＋Q符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 （1）绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加（或减少）量等于外界对系统（或系统对外界）做的功. （2）等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量（或减少量）等于系统从外界吸收（或系统向外界放出）的热量. （3）等温过程：一定质量的理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q（或Q＝－W），外界对系统做的功等于系统向外界放出的热量（或系统从外界吸收的热量等于系统对外界做的功）. 3.判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化. （1）若气体体积增大，表明气体对外界做功，W＜0. （2）若气体体积减小，表明外界对气体做功，W＞0. 【例题1】如图所示是封闭的汽缸，内部封闭有一定质量的理想气体.外力推动活塞P压缩气体，对汽缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，则汽缸内气体的（　　） A.温度升高，内能增加600 J B.温度升高，内能减少200 J C.温度降低，内能增加600 J D.温度降低，内能减少200 J 思维导引：根据热力学第一定律判断气体内能的变化情况，进而判断气体温度升降. 答案　A　 解析　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝800 J＋（－200 J）＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU＝600 J＞0，故温度一定升高，选项A正确. 【变式1】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＝2×104 J D.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J 答案　B　 解析　由公式ΔU＝W＋Q中的符号规定可知，外界对气体做功W取正，气体内能减少，ΔU取负，代入热力学第一定律表达式得Q＝－2×105 J，选项B正确. 探究点