第3章 第1～2节 热力学第一定律 能量守恒定律及其应用（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（粤教版2019）

第一节　热力学第一定律 第二节　能量守恒定律及其应用 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，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． [对应学生用书P46] 1．分子动能：分子不停地做无规则运动，做热运动的分子也具有动能． 2．分子势能：由于分子间存在着相互作用力，所以分子具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能． 3．物体的内能 (1)定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和． (2)决定因素：物体的内能由温度、体积、物质的量共同决定． (3)分子的热运动对应的动能，是内能的一部分，物体的机械运动对应的动能，是机械能的一部分． [思考]　如图是分子势能与分子间距离的关系图像． (1)分子间距离为多大时，分子系统具有的势能最小？ (2)分子间作用力为引力时，分子势能与分子间距离的关系是怎样的？ 提示　(1)当r＝r0时，即分子间相互作用力为零时，分子势能最小． (2)当分子间作用力为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大． 1．功与物体内能改变 外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减少． 2．热与物体内能改变 系统吸热，系统内能增加；系统放热，系统内能减少． 3．做功和热传递的区别和等效性 (1)做功时内能与其他形式的能发生转化，而传热只是不同物体之间内能的转移． (2)做功和热传递改变内能的方式不同，但效果是相同的． [思考]　幼儿园里一般都有滑梯，小朋友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么？ 提示　小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加． 1．热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． (2)表达式：ΔU＝Q＋W． 2．热力学第一定律的应用 公式ΔU＝Q＋W中符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 － 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 [判断] (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．(√) 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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移过程中其总量不变． 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．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．不可制成的原因：违背了能量守恒定律． [对应学生用书P48] 探究点一　分子势能与分子距离及分子力做功的关系 当两分子距离为平衡距离r0时，分子力F＝0，此时分子势能一定为零吗？ 提示　不一定，当两分子从距离大于r0处逐渐靠近过程中分子力先做正功，后做负功，分子势能先减小后增大，相距r0时最小，但不一定为零． 1．分子势能与分子间距离的关系 分子势能的大小与分子间的距离有关，距离发生变化时，分子力做功，分子势能发生变化．分子势能随分子间距离的变化情况如图所示(取无穷远处Ep为0). (1)当分子间的距离r＞r0时，分子势能随分子间距离的增大而增大． (2)当分子间的距离r＜r0时，分子势能随分子间距离的减小而增大． (3)当r＝r0时，分子势能最小． 2．分子势能的变化与分子力做功的关系 (1)分子力做正功，分子势能减少；分子力做负功，分子势能增加． (2)数量关系：W＝－ΔEp＝Ep1－Ep2. 如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远a处由静止释放，在分子力的作用下靠近甲．图中b点合外力表现为引力，且为数值最大处，d点是分子靠得最近处．则下列说法正确的是(　　) A．乙分子在a点势能最小 B．乙分子在b点动能最大 C．乙分子在c点动能最大 D．乙分子在d点加速度为零 C　[乙分子由a运动到c，分子力表现为引力，分子力做正功，动能增大，分子势能减小，所以乙分子在c处分子势能最小，在c处动能最大，故A、B错误，C正确；由题图可知，乙在d点时受到的分子力最大，所以乙分子在d处的加速度最大，故D错误．] [训练1]　如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线．下列说法正确的是 (　　) A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力 B．当r小于r2时，分子间的作用力表现为斥力 C.当r由∞到r1变化过程中，分子间的作用力先变大再变小 D.