第1节 热力学第一定律 第2节 能量的转化与守恒（教学课件）物理鲁科版选择性必修第三册

3.1 热力学第一定律 3.2 能量守恒定律 壹 素养目标 (1)了解热力学第一定律。(重点)　 (2) 会用ΔU＝W＋Q解决一些简单问题。(重点＋难点) (3) 知道第一类永动机不可能制成。 (4) 了解能量守恒定律的发现过程。　 (5) 理解能的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象。(重点) conclusion 课堂导入 ONE 木棒在炭火上烤，温度会升高，木棒在木孔里钻，温度也会升高，这说明了什么问题？ 提示：说明做功和热传递都能改变物体的内能。 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 TWO 知识点一　热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式：______和________。 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______，且增加量______外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能______，且减少量______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______，其增加量______吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能______，其减少量______放出的热量。 做功 热传递 增加 等于 减少 等于 增加 等于 减少 等于 3.热力学第一定律： (1)内容 如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么物体内能的改变量ΔU 等于外界对物体____________与物体从外界______________之和。 (2)表达式：ΔU＝________。 所做的功W 吸收的热量Q Q＋W (3)符号规则：物体从外界吸热时Q为________，即Q__0，物体向外界放热时Q为____值，即Q____0；外界对物体做功时W为____值，即W____0，物体对外界做功时W为____值，即W____0；物体的内能增加时ΔU为____值，即ΔU____0，物体的内能减少时ΔU为____值，即ΔU____0。 正值 > 负值 < 正值 > 负值 < 正值 > 负值 < (4)意义：一个物体内能增加，必定有其他物体对它________，或向它__________．与此同时，对此物体做功或向它传热的其他物体要____________的能量，而系统的总能量保持不变．在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化过程中总能量_______。 做功 传递热量 减少等量的 守恒 知识点二　第一类永动机 1．概念：不消耗任何能量而能永远__________的机器。 2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以______而告终。 3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了________________。 4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。 对外做功 失败 能量守恒定律 知识点三　能量的转化与守恒 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________，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以____________的，如果动物体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______的。 (2)焦耳的研究 a.确定了电能向内能转化的______关系。 化学能 相互转化 守恒 定量 b.用了近40年的时间，不懈地钻研____________问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。 热功转换 (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.能量守恒定律及其应用 (1)内容：能量既不会______，也不会______，它只能从一种形式______为另一种形式，或者从一个物体______到另一个物体，而能量的总值____________。 (2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的____________，是自然界内在_________的第一个有力证据。 (3)应用 a.各种形式的能可以相互转化，但能量转化过程中总伴有______ 的损失。 b.各种互不相关的物理现象，可以用_____________联系在一起。 消失 创生 转化 转移 保持不变 普遍联系 统一性 内能 能量守恒定律 3.能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。 (2)各种形式的能可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。 4.能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 5.守恒是否需要条件 (1)与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功。 (2)能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 6.第一类永动机失败的原因 系统对外做功要以系统本身的能量减少为代价。若想源源不断地做功，系统就必须不断从外界获取能量使自己回到初始状态，在无外界能量供给的情况下这是不可能的。 conclusion 课堂检测 THREE 课堂检测 1.以下事例中，通过传热的方式来改变物体内能的是(　　) A.两小球碰撞后黏合起来，同时温度升高 B.冬天暖气为房间供暖 C.点燃的爆竹在空中爆炸 D.汽车的车轮与地面相互摩擦发热 解析:改变内能的方式有两种：做功和传热，传热指内能的转移，而不是其他形式的能转化为内能，两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，故A错误；冬天暖气为房间供暖，是通过传热的方式来改变物体内能的，故B正确；点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为内能，故C错误；车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，故D错误。 2.如图所示是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，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 解析:对一定质量的理想气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确。 3.“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为(　　) A.它不符合机械能守恒定律 B.它违背了能量守恒定律 C.没有合理的设计方案 D.找不到合适的材料 解析:第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确。 conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 一、热力学第一定律 ΔU＝W＋Q 二、第一永动机 三、能量守恒定律 conclusion 课后作业 FOUR 1. (多选)关于物体的内能，下列说法正确的是(　) A.夏天从室内冰箱里取一杯水去晒太阳，过一段时间水的温度升高，这是通过热传递的方式改变物体的内能 B.热传递可以改变物体的内能 C.做功可以改变物体的内能 D.一块0 ℃的冰熔化成0 ℃的水，内能减小 解析：晒太阳使温度较低的水升温，是通过热传递的方式改变物体的内能，故选项A正确；物体吸收热量，内能增大，放出热量，内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故选项B正确；物体对外做功，物体的内能减小，外界对物体做功，物体的内能增大，所以做功可以改变物体的内能，故选项C正确；冰熔化成水，吸收热量，内能增大，故选项D错误。 2.一定质量的理想气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外界做了6×105 J的功。 (1)物体的内能增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子势能增加还是减少？ (3)分子的平均动能增加还是减少？ 解析：(1)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J，故气体的内能减少了1.8×105 J。 (2)理想气体不计分子势能。 (3)因为气体内能减少，温度降低，说明气体分子的平均动能一定减少了。 3.(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是(　 ) A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的 D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 解析：A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移；第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律；所以A、B、C正确；D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能会减少，但机械能并没有消失，石子落地时，机械能转化为内能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误。 4.(多选)潜水员在潜水作业时，会产生大量气泡，若将潜水作业的潜水员产生的气泡内的气体视为理想气体，气泡从水下缓慢上升到水面的过程中(不考虑水温的变化)，气泡体积变大，对外界做了0.4 J的功。气泡到达水面后，仍未破裂，由于与外界接触，温度上升，吸收了0.3 J的热量，同时气泡内气体内能增加了0.1 J。则下列说法正确的是 (　　) A.气泡从水下上升到水面过程中放出0.3 J的热量 B.气泡从水下上升到水面过程中吸收了0.4 J的热量 C.整个过程中，气泡对外界做了0.6 J的功 D.整个过程中，气泡对外界做了0.8 J的功 解析：一定质量的理想气体内能大小的决定因素只有温度。由题可知气泡内的气体可视为理想气体，气泡从水下上升到水面过程中温度不变，即ΔU＝0；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q＝0.4 J，故A错误，B正确；由题可知气泡从水下上升到水面过程中对外界做功0.4 J，气泡到达水面后，吸收了0.3 J热量，内能增加了0.1 J，根据热力学第一定律可知气泡对外界做功0.2 J，因此全过程气泡对外界做功0.6 J，故C正确，D错误。 5.如图所示，内壁光滑的绝热气缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开气缸，气缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距气缸右端的距离为0.2 m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为(　　) A.400 J B.1200 J C.2000 J D.2800 J 解析：由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功为 W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J 由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为 ΔU＝W＋Q＝(－800＋2 000) J＝1 200 J 故B正确。 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 $$