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）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第1节　热力学第一定律 第2节　能量的转化与守恒 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.理解热力学第一定律。 2．会用ΔU＝W＋Q解决相关问题。 理解能量的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象。 知道第一类永动机不可能制成。 了解能量守恒定律的发现过程。 [对应学生用书P47] 知识点一 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．功、热量和内能改变的关系 (1)如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。 (2)如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。 3．热力学第一定律➊ (1)内容：如果物体与外界之间同时存在做功➋和热传递的过程，那么物体内能的改变量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。 4．第一类永动机➌ (1)概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器。 (2)结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但无一例外，这类设计方案都以失败而告终。 (3)原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律。 知识点二 能量的转化➍与守恒 1.能量守恒定律的发现 (1)迈尔的发现：体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的，如果动物的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的。 (2)焦耳的研究 ①1840年，焦耳通过实验得出了焦耳定律，从而给出了电能向内能转化的定量关系，为发现普遍的能量守恒定律打下了基础。 ②焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。 (3)亥姆霍兹的贡献 从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。 2．能量守恒定律 (1)内容：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。 (2)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。 1．热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同。(×) 2．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定。(√) 3．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。(√) 4．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了。(×) 批注➊：此定律给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。是标量式，应用时单位应统一为国际单位制中的焦耳(J)。 批注➋：判断气体是否做功的方法 (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。 批注➌：(1)永动机：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。 (2)历史上设计的几种永动机 　螺旋永动机　滚球永动机 　软臂永动机　磁力永动机 批注➍：能量转化的实例 　　　 风能→电能　　电能→内能 　　　 太阳能→电能　　化学能→电能 [对应学生用书P48] 探究点一　功、热量与内能改变的关系　(物质观念之形成) ◆情境探究 1．用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？ 答案：说明做功和热传递都能改变物体的内能。 2．如图所示的是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。 (1)这三种方式在传递能量时有什么共同点？ (2)热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？ 答案：(1)三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。 (2)热传递是内能在物体间(或一个物体的不同部分之间)转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。 ◆探究归纳 1．做功与内能的变化的关系 (1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。 (2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。 2．热传递与内能变化的关系 (1)在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即ΔU＝U2－U1＝Q。 (2)传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能转移的过程。 3．改变内能的两种方式的比较 比较项目 做功 热传递 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物