第3章 第1～2节 热力学第一定律 能量守恒定律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第1节　热力学第一定律 第2节　能量守恒定律 课程内容要求 核心素养提炼 1.理解热力学第一定律，学会利用热力学第一定律分析有关问题. 2.理解能量守恒定律，知道它是自然界普遍遵循的基本规律. 3.学会用能量守恒定律分析有关问题. 4.知道什么是第一类永动机，知道第一类永动机不可能制成的原因. 1.物理观念：热力学第一定律、能量守恒定律、永动机. 2.科学思维：热力学第一定律的理解和应用，第一类永动机不可能制成的原因. 3.科学态度与责任：树立能量守恒的世界观，运用科学知识指导实践活动，树立节能环保意识. [对应学生用书P48] 1.热力学第一定律 (1)改变物体内能的两种方式：做功和热传递. (2)热力学第一定律 ①内容：在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的增加量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. ②表达式：ΔU＝Q＋W. (3)公式ΔU＝Q＋W中符号的规定 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 2.第一类永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需任何动力和燃料，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：它违背了热力学第一定律. [判断]　(对的画“√”，错的画“×”) (1)物体吸收热量，内能一定增大.(×) (2)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变.(√) (3)随着科学技术的发展，永动机是可以制成的.(×) 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)对第一次产业革命之后提高蒸汽机的性能，对第二次技术革命与产业革命过程中电机与内燃机的研制及改进起到了重要的指导作用. (2)可以用能量这一物理量将各种自然现象用定量的规律联系起来. (3)为科学的研究提供了方便.在涉及能量的研究中，可以只关注始末状态的能量，而避开中间复杂的变化途径和细节. [对应学生用书P49] 探究点一　热力学第一定律的理解和应用 　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，外界对汽缸传递10 J的热量，则气体内能改变了多少？上述结果能否说明10 J的功等于10 J的热量？ 提示　无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别. 1.对热力学第一定律的理解 (1)热现象发生的过程中，系统内能的改变由做功情况和热传递情况两方面决定. (2)只知道系统的吸放热情况或只知道做功情况，无法判断内能的变化情况. 2.不同热学过程中传热、做功、内能的变化情况 (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加量等于外界对系统做的功.对气体系统来说，若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0；若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. (2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量等于系统从外界所吸收的热量. (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.应用热力学第一定律解题的思路 (1)首先应明确研究对象是哪个物体或哪个热力学系统. (2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量. (3)写出热力学第一定律的表达式ΔU＝Q＋W，明确已知量的正负值，根据所求结果的正负值来确定研究对象的吸放热情况、做功情况或内能的增减情况. 如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105 Pa，吸收的热量Q＝7.0×102 J，求此过程中气体内能的增量. 解析　一定质量的理想气体做等压变化，由气体等压变化的规律得＝， 则VB＝＝8.0×10－3 m3. 气体对外做的功W＝－p(VB－VA)＝－2.0×102 J， 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W， 解得ΔU＝5.0×102 J. 答案　5.0×102 J [变式]　已知[例1]中AB所在直线通过原点. (1)若[例1]中的图像为p­图像，则气体内能增量是多少？ (2)若[例1]中的图像为p­T图像，则气体内能的增量是多少？ 解析　(1)若图像为p­图像，则气体为等温过程，气体内能的增量为零. (2)若图像为p­T图像，则气体为等容过程，W＝0，气体内能增量ΔU＝Q＝7.0×102 J. 答案　(1)