第3章 第2节 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2024）

物理 选择性必修第三册 课堂学案 B.气体温度升高,压强变大 C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内 C.气体对外界做正功,气体内能增加 铜块内能的减少量都等于铁块内能的增 D.外界对气体做正功,气体内能减少 加量 2.(热与内能改变)(多选)一铜块和一铁块质量 D.达到热平衡时,铜块的温度比铁块的低 3.(温度、热量、功和内能的关系)下列说法正确 相等,铜块的温度T 比铁块的温度T。高,当 的是 ( 它们接触时,如果不和外界交换能量,则 A.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体 ( 状态决定的 A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中,铜 B.外界对物体做功,物体的内能一定增大 块内能的减少量等于铁块内能的增加量 C.物体吸收热量,温度一定升高 B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内 D.热量总是由内能大的物体流向内能小的 铜块内能的减少量不等干铁块内能的增 物体 [友情提示 加量 完成P,课时作业(十三) 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). 课前:教材预案 I教材梳理] 知识点二 能量守恒定律 知识点一 热力学第一定律 1.探索能量守恒的足迹 奥斯特发 "贝尔发 伦福的实验 与 法拉第发 两 1.改变内能的两种方式: 表明热的本 现电流的 现温差出 现出感 足运 隐效 现象 应现 者对改变系统的内能是 [1821年-1831用 1820年 1798年 , 2.热力学第一定律:一个热力学系统的内能变化 1847年1843118421 1841年 1836F 量等于外界向它传递的 与外界对它 焦耳发 亥姆霍兹在焦耳定 迈尔表 盖斯发现化 所_ 的和. 理论上概括做功与传 了能 现出流 学应应放出 量招 和总结能量 热的关系 的热效 的热与反 3.热力学第一定律的表达式:AU一 定律 定律 应 应步无关 4.热力学第一定律的应用; 2.能量守恒定律 (1)W的正负:外界对系统做功时,W取 能量既不会凭空 ,也不会凭空 值;系统对外界做功时,W取 值.(均选填 它只能从一种形式 为其他形式,或者 “正”或“负”) 从一个物体 到别的物体,在转化或转 (2)Q的正负:外界对系统传递的热量Q取 移的过程中,能量的总量 值;系统向外界传递的热量Q取 值. 3.永动机不可能制成 (均选填“正”或“负”) (1)第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却 .62. 第三章 热力学定律 能不断地 的机器. 能是增加的. -) (2)第一类永动机由于违背了 (3)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明 1 所以不可能制成 机械能凭空消失了. ) 自主检测l (4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的 ( 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 2.一定质量的理想气体,在膨胀过程中对外做功 的热量. ( 801,其内能增加了20],则气体从外界吸收了 J的热量. (2)物体与外界没有热交换,物体的内能也可 课堂·深度探究 探究点一 热力学第一定律 (3)等温过程:一定质量的理想气体的内能不 【情境导学】气象探测气球内充有常温常压的氢 变,即U-0,则W=-Q(或Q--W),外界对 气,从地面上升至某高空的过程中,气球内氢 系统做的功等于系统向外界放出的热量(或系 气的压强随外部气压减小而逐渐减小,其温 统从外界吸收的热量等于系统对外界做的功) 度因启动加热装置而保持不变,高空气温为 3.判断气体是否做功的方法 一7.0C,球内氢气可视为理想气体,若在此 一般情况下看气体的体积是否变化 高空,关团加热装置后 (1)若气体体积增大,表明气体对外界做功 (1)氢气对外界做功还是外界对氢气做功 W0. (2)氢气吸热还是放热? (2)若气体体积减小,表明外界对气体做功 W0. 【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 【知识拓展】 体,对汽缸内气体做功800J,同时气体向外 1.对公式AU一W十Q符号的规定 界放热2001,则汽针内气体的 0 A.温度升高,内能增加6001 符号 进 内能 体积减小,外界对 热力学系统 B.温度升高,内能减少200 1 增加 吸收热量 热力学系统做功 C.温度降低,内能增加600] 内能 热力学系统 体积增大,热力学 D.温度降低,内能减少200 放出热量 减少 系统对外界做功 思维导引:根据热力学第一定律判断气体内 2.气体状态变化的几种特殊情况 能的变化情况,进而判断气体温度升降 (1)绝热过程:Q一0,则AU一W,系统内能的增 【变式1】一定质量的理想气体在某一过程中,外 加(或减少)量等于外界对系统(或系统对外 界对气体做了8×10J的功,气体的内能减 界)做的功. 少了1.2×101.则下列各式中正确的是 _ (2)等容过程:W-0,则AU一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 A.W-810'.U-1.2t101.Q-4$ 向外界放出)的热量 10J .63. 物理 选择性必修第三册 课堂学案 BW=8$10$.U=-1.2$t10J.。 做功,在无外界能量供给的情况下是不可 -2X10] 能的. CW=-8101.U=1.2$101.Q-$ 【例题2】有关能量的转化和守恒定律,下列说法 10] 正确的是 ) D.W--8$10*J.U=1.2$10J. A.只适用于机械能与内能的相互转化 -4X10] B. 只适用能量转化过程 能量守恒定律 永动机不可 C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守 探究点二 能制成 恒定律 【情境导学】有一种所谓“全自动”机械手表,既不 D.根据能量守恒定律,宇宙中的能量总和 不变 需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走 下去,这是不是一种永动机?如果不是,你知 思维导引:理解能量守恒定律,其适用范围包 道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗 括任何能量、任何过程 【变式2】如图所示,一演示用的“永动机”转轮由 5.根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有形状记 忆合金制成的叶片,轻推转轮后,进入热水的 叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动,离开热 水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时 ( 间转动,下列说法正确的是 ) 形状记忆合金 【知识拓展】 1.能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能;机械运动有 A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界 机械能,分子的热运动有内能,还有电磁能、化 能量 学能、核能等。 B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 (2)各种形式的能,通过某种方式可以相互转 C.转动的叶片不断揽动热水,水温升高 化.例如:利用电炉取暖或烧水,电能转化为内 能;煤燃烧,化学能转化为内能;列车刹车后 D.叶片在热水中吸收的热量一定大干在空气 中释放的热量 轮子温度升高,机械能转化为内能 2.能量守恒的两种表达 气体实验定律和热力学第一 探究点三 定律的综合应用 (1D)某种形式的能减少,一定有其他形式的能 增加,且减少量和增加量一定相等 【知识拓展】 (2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题 的能量增加,且减少量和增加量一定相等 的分析思路: 3.第一类永动机不可能制成的原因分析 (1)利用体积的变化分析做功情况.气体体积增 如果没有外界供给热量而对外做功,由,AU 大,气体对外界做功;气体体积减小,外界对气体 W士Q知,系统内能将减小,若想源源不断地 做功. .64. 第三章 热力学定律 (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化 【变式3】如图所示,一绝热汽缸质量n-20kg、 一定质量的理想气体的内能仅与温度有关,温度 深度H一25cm,放在水平地面上,汽缸与地 升高,内能增加:温度降低,内能减少 面的动摩擦因数,三0.5.轻质绝热活塞面积 (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热 S-100cm{}与轻杆连接固定在竖直墙上,轻 由热力学第一定律△U-W十Q,则Q=AU-W 杆保持水平,光滑活塞与汽缸内壁密封一定 若已知气体的做功情况和内能的变化情况,即可 质量的理想气体,气体温度为t。一27C,活塞 判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程 到汽针底的距离为万三22m,样中恰无弹力 【例题3】如图所示,一个开口向下内壁光滑的汽 现用缸内的加热装置对缸内气体缓慢加热 缸竖直吊在天花板上.汽缸口设有卡口,厚度 气体的内能满足关系式U-aT(a=2.0J/K) 不计的活塞横截面积S-2×10m^{,质量 汽缸与地面的最大静摩擦力等于滑动摩擦 n一4kg,活塞只能在汽缸内活动,活塞距汽 力,外界大气压强。-1.0×10Pa,取g 缸底部h=20cm,距缸口h=10cm.汽缸内 10m/s*.求: 封闭一定质量的理想气体,已知环境的温度 {_误 为T=300K,大气压强 。=1.0X10{Pa. g取10m/s{,汽缸与活塞导热性能良好.升高 环境温度使活塞缓慢下降到缸口,继续升高 (1)汽缸相对地面刚开始滑动时,缸内气体的 温度T: 温度至T-900K时. { (2)汽钉滑动后,继续缓慢加热,汽缸缓慢移 动,直至活塞恰到汽缸口,求这个过程气体吸 收的热量Q (D)求此时气体压强; (2)在此过程中气体从外界吸收Q一30J的 热量,求气体内能的增加量AU 思维导引:先计算气体升温后体积变化,若体 积大于活塞到卡口处的体积,则气体先做等 压变化后做等容变化,求出最后的压强;气体 在膨胀过程中对外做功,运用热力学第一定 律求解内能变化量 物理 选择性必修第三册 课堂学案 课末·随堂演练 1.(热力学第一定律的应用)如图所示的)一V图 3.(热力学第一定律和气体实验定律的综合)如 中,一定质量的理想气体由状态A经过程I变 图所示,一定质量的理想气体被活塞封闭在可 至状态B时,从外界吸收热量420J,同时做功 导热的汽缸内,活塞可沿汽缸无摩擦地滑动 300J,当气体从状态B经过程II回到状态A 活塞面积$-1.0×10m},质量m-2kg,汽 时,做功200了,过程II中气体吸收或放出的热 缸竖直放置时,活塞相对于底部的高度h 量是 ) ( 1.2m.室温等于27C;现将汽缸置于77C的 热水中,已知大气压强 =1.0×10Pa,g取 10m/s2. (1)求平衡时活塞离汽缸底部的距离 (2)此过程中内部气体吸收热量28.8],求气 A. 吸热80 B.吸热220] 体内能的变化量 C.放热520] D.放热320] 2.(能量守恒定律)(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--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 [应信提示完成P:课时作业(十四) 第4节 热力学第二定律 [学习目标]1.通过自然界中客观过程的方向性,了解热力学第二定律(物理观念).2.了解热力学第二 定律的两种不同表述,以及两种表述的物理实质(物理观念).3.能运用热力学第二定律解释自然界中 的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题(科学思维).4.认识能量耗散,知道能源是有限的 (物理观念). 课前:教材预案 温物体,阐述的是传热的 I教材梳理l 性. 知识点一 3.热力学第二定律的开尔文表述 热力学第二定律 (1)热机 1.定义:在物理学中,反映宏观自然过程的 ①热机工作的两个阶段:第一个阶段是燃烧燃 性的定律. 料,把燃料中的 变成工作物质的 2.热力学第二定律的克劳修斯表达 ;第二个阶段是工作物质对外 热量不能 地从 温物体传到 把自己的内能变成 .66.null