3.1 热力学第一定律 3.2 能量守恒定律（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

该高中物理课件聚焦热力学第一定律与能量守恒定律，通过焦耳实验（机械能和电流热效应加热水）导入，从绝热过程内能变化推导定律表达式，结合能量转化实例构建知识脉络，形成实验到定律应用的学习支架。 其亮点在于以科学思维（模型建构、科学推理）和物理观念（能量观念）为核心，通过理想气体四种膨胀过程对比表格、典例解析等，帮助学生理解状态参量变化规律。学生能深化能量转化认知，教师可借助结构化资源提升教学效率。

1.绝热过程 　　系统与外界之间没有热量的交换,只是通过外界做功的方式与外界交换能量,这种过程 称为绝热过程。 必备知识 清单破 1 热力学第一定律    2　能量守恒定律 知识点1 热力学第一定律 第三章 热力学定律 高中同步     利用机械功给水加热   通过电流的热效应给水加热   通过重力做功实现能量转化:重物下落带动叶片搅拌容器中的水,靠叶片与水、水与水间的摩擦引起水温上升 通过电流做功实现能量转化:重物下落带动发电机发电,产生的电流通过电阻丝,由电流的热效应给水加热 2.焦耳的两个代表性实验 第三章 热力学定律 高中同步   热力学系统的绝热过程中,系统内能的增加量ΔU等于外界对系统所做的功W,即ΔU=W 在外界没有对系统做功的过程中,系统内能的增加量ΔU等于系统从外界所吸收的热量Q,即ΔU=Q 第三章 热力学定律 高中同步 3.热力学第一定律 (1)内容:在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中,系统内能的增加量ΔU等于系统从外 界吸收的热量Q与外界对系统所做的功W之和。 (2)表达式:ΔU=Q+W 4.第一类永动机不可能制成 (1)第一类永动机:不需要任何动力和燃料,能持续不断地对外做功的机器。 (2)由于第一类永动机违背了热力学第一定律,所以不可能制成。 第三章 热力学定律 高中同步 能量守恒定律 1.能量守恒定律 　　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另一种形式,或者从一 个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。 2.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、核能等。 (2)各种形式的能,通过某种力做功可以相互转化。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。 知识点2 第三章 热力学定律 高中同步 3.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。 第三章 热力学定律 高中同步 知识辨析 1.只要气体从外界吸收热量,其内能就会增加吗? 2.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加吗? 3.随着科学的进步和发展,第一类永动机有可能制成吗? 第三章 热力学定律 高中同步 一语破的 1.不一定。气体从外界吸收热量的同时可能伴随着气体膨胀对外做功,气体的内能不一定增加。 2.是的。自然界中的能量是守恒的。 3.不可能。由ΔU=Q+W知,系统对外做功,如果没有外界提供热量,系统内能将减小。故若想 源源不断地做功,在无外界能量供给的情况下是不可能的,即第一类永动机违背了热力学第 一定律。 第三章 热力学定律 高中同步 1.做功和传热在改变物体内能上的区别与联系 关键能力 定点破 定点1　做功和传热的理解 做功 传热 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 物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少 物理 实质 其他形式的能与内能发生转化。当机械能转化为内能时,必须通过物体的宏观运动才能实现 不同物体或同一物体的不同部分之间内能的转移。热量从高温物体传递给低温物体时,高温物体内能减少,低温物体内能增加,最后达到温度相同 联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 第三章 热力学定律 高中同步 2.一定质量的理想气体在四种膨胀过程中的做功问题 等温 膨胀 在等温膨胀的过程中,气体的温度是保持不变的,体积增大,气体对外做功,内能不变   等压 膨胀 在压强不变的条件下气体的体积膨胀,在气体的p-V图像中,图线与横轴所围面积在不断变大,气体对外做功,温度升高,内能增大   第三章 热力学定律 高中同步 绝热 膨胀 由于膨胀过程气体要对外做功,气体内能要减少,气体的温度要降低,在气体的p-V图像中,p、V乘积要变小,所以绝热线要比等温线陡些   自由 膨胀 “自由”是指气体向真空膨胀时不受阻碍,气体向真空膨胀时不做功,通常被视为绝热过程。可用图中的两个点表示气体在膨胀前(p1、V1、T1)和膨胀后(p2、V2、T2)的两种状态   易混易错　　一定质量的理想气体的内能是由温度决定的。 第三章 热力学定律 高中同步 利用热力学第一定律判断理想气体的热学过程中状态参量的变化 　　对于理想气体,常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规 律。常见的分析思路如下: (1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大,气体对外界做功;气体体积减小,外界对气 体做功。 (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关, 温度升高,内能增加;温度降低,内能减少。 (3)利用热力学第一定律判断是吸热过程还是放热过程。 　　由热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q=ΔU-W,若已知气体的做功情况和内能的变化情况, 即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。 定点2　热力学第一定律的理解与应用 第三章 热力学定律 高中同步 具体情况参考下表:(“+”表示外界对气体做功,“-”表示气体对外界做功) 　　　热学过程 物理量　　     等温过程 等容过程 等压过程 绝热过程 压强p 增大(减小) 增大(减小) 不变 增大(减小) 体积V 减小(增大) 不变 增大(减小) 减小(增大) 温度T 不变 升高(降低) 升高(降低) 升高(降低) 内能U 不变 增大(减小) 增大(减小) 增大(减小) 热量Q 放热(吸热) 吸热(放热) 吸热(放热) 0 外界做功W +(-) 0 -(+) +(-) 第三章 热力学定律 高中同步 　　图像简洁、直观,其中蕴含着丰富的信息,将热力学第一定律与理想气体状态图像相结 合,可通过气体状态参量变化分析做功、内能变化等问题。 定点3　热力学第一定律与理想气体状态图像的结合 图像 图线分析   等温线 ①一定质量的理想气体,T1>T2 ②a→b,等温降压膨胀,气体对外做功,内能不变,吸收的热量等于对外做的功;b→c,等容升温升压,气体不做功,吸收的热量等于内能的增加量;c→a,等压降温压缩,外界对气体做功,内能减少,放出的热量等于外界做的功和内能的减少量之和 第三章 热力学定律 高中同步   等容线 ①一定质量的理想气体,V1>V2 ②a→b,等温降压膨胀,气体对外做功,内能不变,吸收的热量等于对外做的功;b→c,等容升温升压,气体不做功,吸收的热量等于内能的增加量;c→a,等压降温压缩,外界对气体做功,内能减少,放出的热量等于外界做的功和内能的减少量之和 第三章 热力学定律 高中同步   等压线 ①一定质量的理想气体,p1>p2 ②a→b,等温升压压缩,外界对气体做功,内能不变,外界做的功等于放出的热量;b→c,等压升温膨胀,气体对外界做功,内能增加,吸收的热量等于内能的增加量和对外做的功之和;c→a,等容降温降压,内能减少量等于放出的热量 第三章 热力学定律 高中同步 典例　如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C后再回到状态A。A状态 的体积是2 L,温度是300 K;B状态的体积为4 L;C状态的体积是3 L,压强为2×105 Pa。求: (1)在该循环过程中B状态的温度TB和A状态的压强pA。 (2)如果A→B过程气体的内能变化了200 J,该过程吸热还是放热,吸收或放出的热量是多少焦耳?   第三章 热力学定律 高中同步 信息提取　从图像中可获取的信息如图:   第三章 热力学定律 高中同步 解析    (1)A→B过程气体发生等压变化,初状态:TA=300 K,VA=2 L;末状态:VB=4 L 由等压变化规律有 = , 解得TB=600 K, B→C过程气体发生等温变化,所以TC=TB=600 K, C→A过程,初状态:TC=600 K,VC=3 L,pC=2×105 Pa;末状态:TA=300 K,VA=2 L 根据理想气体状态方程有 = , 解得pA=1.5×105 Pa。 (2)A→B过程中,理想气体内能的变化量为ΔU=200 J, 气体对外做功,则有W=pA·ΔV=300 J, 根据热力学第一定律有ΔU=-W+Q, 第三章 热力学定律 高中同步 解得Q=500 J 所以气体吸收热量,吸收的热量为500 J 答案    (1)600 K    1.5×105 Pa (2)吸收热量    500 J 第三章 热力学定律 高中同步 $