第3章 2 热力学第一定律 3 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（人教版）

该高中物理课件聚焦热力学第一定律与能量守恒定律，从定律内容、表达式及正负号法则切入，延伸至能量守恒观念的历史探索，结合知识辨析与综合应用，构建从基础概念到实际问题解决的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与科学态度，通过知识辨析（如爆胎过程内能变化分析）和典例计算（理想气体循环过程）培养科学推理与模型建构能力，借助科学家贡献史料渗透科学本质观，助力学生深化能量观念，教师可高效开展概念教学与能力训练。

1.内容 　　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。这 个关系叫作热力学第一定律。 2.表达式:ΔU=Q+W 3.ΔU=Q +W 中正、负号法则 2　热力学第一定律　    3　能量守恒定律 必备知识 清单破 知识点 1 热力学第一定律及应用 W Q ΔU + 外界对系统做功 系统吸收热量 内能增加 - 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少 第三章 热力学定律 高中同步 1.人类对能量的认识 (1)能量具有不同的形式 有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能,等等。不同形式的运动 都可以用能量描述。 (2)不同形式的能可以相互转化 机械能的各种形式之间可以相互转化,电和磁可以相互转化,热和电也可以相互转化…… 2.能量守恒观念的形成 (1)俄国化学家盖斯的研究发现,任何一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步完成,放出的 总热量相同。 (2)焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系,从而为能量守恒定律奠定了牢固 知识点 2 探索能量守恒的足迹 第三章 热力学定律 高中同步 的实验基础,也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。 (3)德国医生迈尔认识到食物中化学能与内能的等效性,即生物体内能量的输入和输出是平 衡的。另外,他还猜想热与机械运动的等效性,并推算了多少热与多少功相当。因此,迈尔是 公认的第一个提出能量守恒思想的人。 (4)1847年,德国科学家亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律。 第三章 热力学定律 高中同步 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)意义:能量守恒是自然界的普遍规律。根据能量守恒定律,物理学发现和解释了很多科学 现象。 2.第一类永动机 (1)人们设想的不需要任何动力或燃料却能不断地对外做功的机器。 (2)违背能量守恒定律,不可能制成。 知识点 3 能量守恒定律和永动机不可能制成 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.充足气的车胎经过正午阳光的暴晒容易爆胎,爆胎过程时间极短,爆胎过程中,车胎内气体 内能增加还是减小? 3.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加吗? 4.随着科学的进步和发展,第一类永动机有可能制成吗? 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.减小。爆胎过程时间极短,气体来不及与外界进行热交换,气体膨胀对外做功,由ΔU=Q+W 可知ΔU<0,即内能减小。 3.是的。自然界中能量是守恒的。 4.第一类永动机永远都不可能制成,因为它违背了能量守恒定律。 第三章 热力学定律 高中同步 1.两点意义 (1)热力学第一定律不仅反映了做功和传热这两种改变内能的方法是等价的,而且给出了内 能的变化量与做功和传热之间的定量关系。 (2)热力学第一定律将单纯的做功过程和单纯的传热过程中内能改变的定量表达式推广到一 般情况,既有做功又有传热的过程,其中ΔU表示内能改变的数量,W表示外界对系统所做的功, Q表示外界向系统传递的热量。 定点 1 热力学第一定律的理解 关键能力 定点破 第三章 热力学定律 高中同步 2.三种特殊情况 (1)若过程是绝热的,则Q=0,ΔU=W,系统内能的增加量等于外界对系统做的功。 (2)若过程中不做功,即W=0,则ΔU=Q,系统内能的增加量等于系统吸收的热量。 (3)若过程的始末状态系统的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对系统做的功等于系 统放出的热量。 3.气体的体积变化与做功正负的关系 (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。 第三章 热力学定律 高中同步 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:机械运动对应机械能,分子的热运动对应内能,还有诸如电磁 能、化学能、原子能等。可见,在自然界中,不同的能量形式与不同的运动形式相对应。 (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。 2.能量守恒定律是没有条件的 与某种运动形式对应的能守恒是有条件的,例如,物体的机械能守恒,必须是在只有重力做功 或系统内弹力做功的情况下;而能量守恒是没有条件的,它是一切自然现象都遵循的基本规律。 定点 2 对能量守恒定律的理解 3.能量守恒定律的两种表述 表述一:某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等。 表述二: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 1.对于理想气体,常把热力学第一定律与气体实验定律、理想气体状态方程结合起来分析其 状态变化规律。 2.常见的分析思路 (1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大,气体对外做功;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 3 热力学第一定律和气体实验定律的综合应用 第三章 热力学定律 高中同步 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【1】。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。   (1)在该循环过程中B状态的温度TB和A状态的压强pA是多少? (2)如果A→B过程气体的内能变化了200 J【2】,该过程中理想气体是吸热还是放热,热量Q是多 少焦耳? 典例 第三章 热力学定律 高中同步 信息提取    【1】A→B过程气体发生等压变化,且气体体积增大,气体对外做功,外界对气体 做的功W为负值;B→C过程气体发生等温变化。 【2】A→B过程中理想气体温度升高,则气体的内能增加。 思路点拨 (1)从图像中确定各状态的参量,选择对应气体实验定律或理想气体状态方程求解。(2)从图 像中确定气体体积的变化,求出外界对气体做的功,应用热力学第一定律求出热交换的值。 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。 由盖-吕萨克定律有 =  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。 第三章 热力学定律 高中同步 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 气体体积增大,气体对外做功,则外界对气体做的功 W=-pA·ΔV=-300 J 根据热力学第一定律有ΔU=W+Q 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 $