第3章 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本高中物理讲义聚焦热力学第一定律与能量守恒定律核心知识点，先梳理做功与传热两种改变内能的方式，引出热力学第一定律表达式ΔU=W+Q及符号规定，结合气体做功分析与绝热、等容、等温过程深化理解，再过渡到能量守恒定律内容、表达及永动机不可制成的原因，构建完整知识支架。 资料以“多维度理解+典例解析+全方位练明”为特色，通过皮球暴晒、航天服气体变化等实例，助力学生在科学推理中深化能量观念，在判断与选择练习中提升科学论证能力。课中辅助教师突破重难点，课后帮助学生通过分层练习查漏补缺，强化知识应用。

第2、3节　热力学第一定律 能量守恒定律(强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.知道热力学第一定律。 2.通过有关史实,了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程,体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 3.理解能量守恒定律,能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 1.了解能量的转化与守恒。 2.理解热力学第一定律,会用ΔU=W+Q解决相关问题。理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。 3.知道第一类永动机不可能制成。 逐点清(一)　热力学第一定律 [多维度理解] 1.改变内能的两种方式:做功与传热。两者对改变系统的内能是等价的。 2.热力学第一定律:一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 3.热力学第一定律的表达式:ΔU=Q+W。 4.公式ΔU=Q+W中符号的规定: 符号 W Q ΔU + 外界对系统做功 外界对系统传递热量 内能增加 - 系统对外界做功 系统对外界传递热量 内能减少 5.气体做功问题分析 (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。 (3)在等压变化过程中,做功可用W=pV计算。 6.三种特殊过程 (1)绝热过程:Q=0,则ΔU=W。 (2)等容过程:该过程中不做功,即W=0,则ΔU=Q。 (3)等温过程(理想气体):气体的内能不变,即ΔU=0,则W=-Q(或Q=-W)。 　　[典例]　一定质量的实际气体从外界吸收了4.2×105 J的热量,同时气体对外做了6×105 J的功,问: (1)气体的内能是增加还是减少?变化量是多少? (2)分子势能是增加还是减少? (3)分子的平均动能是增加还是减少? [解析]　(1)气体从外界吸热,故Q=4.2×105 J,气体对外做功,故W=-6×105 J, 由热力学第一定律有ΔU=W+Q=(-6×105 J)+(4.2×105 J)=-1.8×105 J, ΔU为负,说明气体的内能减少了,所以气体内能减少了1.8×105 J。 (2)因为气体对外做功,所以气体的体积膨胀,分子间的距离增大了,分子间的作用力做负功,气体分子势能增加。 (3)因为气体内能减少,同时气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少。 [答案]　(1)减少　1.8×105 J　(2)增加　(3)减少 [全方位练明] 1.(2025·河北高考)某同学将一充气皮球遗忘在操场上,找到时发现因太阳暴晒皮球温度升高,体积变大。在此过程中若皮球未漏气,则皮球内封闭气体 (　　) A.对外做功 B.向外界传递热量 C.分子的数密度增大 D.每个分子的速率都增大 解析:选A　皮球体积变大,气体膨胀,对外界做功,W<0,太阳暴晒使气体温度升高,ΔU>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q>0,气体从外界吸收热量,故A正确,B错误;皮球未漏气,球内气体分子总数不变,体积变大,气体分子的数密度减小,故C错误;温度升高,气体分子平均动能增大,但并非每个分子的速率都增大,故D错误。 2.(2025·广东湛江高二阶段检测)(多选)航天服是保障航天员的生命活动和正常工作的个人密闭装备,可防护空间的真空、高低温、太阳辐射和微流星等环境因素对人体的危害。航天员穿着航天服,从地面到达太空时内部气体将急剧膨胀,若航天服内气体的温度不变,视为理想气体并将航天服视为封闭系统。则关于航天服内的气体,下列说法正确的是 (　　) A.体积增大,内能减小 B.压强减小,内能不变 C.对外界做功,吸收热量 D.压强减小,分子平均动能增大 解析:选BC　由于航天服内气体视为理想气体,温度决定内能,温度不变,内能不变,温度是分子热运动平均动能的标志,故分子平均动能也不变。由于航天服内气体体积增大,气体对外界做功,W<0,温度不变,ΔU=0,由热力学第一定律ΔU=Q+W,可知Q>0,所以航天服内气体将吸收热量,又由等温变化有p1V1=p2V2,可知气体体积变大,则压强减小,故B、C正确,A、D错误。 逐点清(二)　能量守恒定律 [多维度理解] 1.能量守恒定律 (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,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。 (2)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。 (3)物理意义 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。 2.永动机不可能制成 (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)第一类永动机不可能制成的原因:违背了能量守恒定律。 3.热力学第一定律与能量守恒定律的比较 (1)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保持不变,它包括各个领域,范围广泛。 (2)热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移,是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能凭空消失了。 (×) (2)功和能可以相互转化。 (×) (3)某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加。 (√) 2.(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:选ABC　不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的,A正确;能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的,B正确;第一类永动机不可能制成,它违背了能量守恒定律,C正确;石子的机械能在变化,比如受空气阻力作用和与地面碰撞,机械能减少,转化成了其他形式的能量,D错误。 3.如图为一种所谓“全自动”的机械手表,既不需要上发条,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,维持表针走动的能量是从哪儿来的? 提示:这不是永动机。手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量,供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动,它就会停下来。 学科网（北京）股份有限公司 $