《3热力学第一定律能量守恒定律》教学设计(广西县级优课)-物理教案

热力学定律、能量守恒定律、气体的压强课时安排1课时课型高考专题复习课高考考情分析属我校选的《高中物理选修3－3》内容，它在近5年高考中分值大于10分，对应题为一道计算题，9分或10分。一道多选题，6分或5分。教学目标一、知识与技能1.进一步理解识记热力学定律和能量守恒定律2.进一步理解识记一定质量的理想气体状态方程二、过程与方法对本节基础知识进行合理归纳梳理，选配优质的高考题训练，印发给学生，促进学生更深刻理解识记本节知识，培养学生利用本节知识分析解决相关问题三、情感、态度与价值观通过对本节基础知识进行合理梳理复习，选配优质的高考题加强审题训练，提高答题正确率，增强学生自信心，激发学习兴趣。教学重点、难点1.教学重点理解和应用热力学第一定律分析解决相关问题；理解和应用一定质量的理想气体状态方程分析解决相关问题；审题能力提升。2.教学难点理解热力学第一、第二定律教学用具多媒体教学基础知识材料高考题训练试卷教学过程教学引入我校选《高中物理选修3－3》作为2017年选考科目，其中“热力学定律、能量守恒定律、气体的压强”在近5年高考中分值大于10分，对应题为一道计算题，9分或10分。一道多选题，6分或5分。基础知识复习梳理一、热力学定律1．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少(2)表达式：ΔU＝Q＋W(3)符号的规定2．热力学第二定律(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。(3)第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机。这类永动机不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，也是不可能制成的。3．热力学第三定律(1)绝对零度不可达到。(2)T=273+tK二、能守量恒定律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另一种形式，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．第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机。它是不可能制成的。三、气体的压强1．产生的原因由于大量分子无规则运动碰撞器壁而形。2．决定因素(1)宏观上：气体的温度和体积。(2)微观上：分子的平均动能和分子的密集。3．一定质量的理想气体状态方程(1)理想气体不计分子力、分子体积、分子势能、严格遵守气体实验定律。(2)理想气体的状态方程eq\f(pV,T)＝C(C是与p、V、T无关的常量)，eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(温度不变：p1V1＝p2V2玻意耳定律,体积不变：\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)查理定律,压强不变：\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)盖—吕萨克定律))实战演练第一部分1．(2015·高考重庆卷)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(D)A．外界对胎内气体做功，气体内能减小B．外界对胎内气体做功，气体内能增大C．胎内气体对外界做功，内能减小D．胎内气体对外界做功，内能增大2．(2015·高考北京卷)下列说法正确的是(C)A．物体放出热量，其内能一定减小B．物体对外做功，其内能一定减小C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变3．一定质量的气体，由状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280J，并对外做功120J，这些气体的内能增加了160J，（选填“增加”，“减小”），如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240J热量，则返回的过程中外界对气体做功80J。（选填“气体对外界做功”，“外界对气体做功”）。4．(多选)(2016·杭州高三质检)关于热力学定律，下列说法正确的是(ACE)A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D．不可能使热量从低温物体传向高温物体E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程5．关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是(D)A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的6．根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是(A)A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来第二部分1．(1)一定质量的理想气体被活塞封闭在导热的汽缸中，如图所示．不计活塞与汽缸的摩擦，当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中，环境温度保持不变．下列判断正确的是________。A．拉力对气体做正功，气体内能增加，吸收热量B．拉力对气体做正功，气体内能保持不变，放出热量C．气体对外做功，内能减小，放出热量D．气体对外做功，内能不变，吸收热量解析：(1)活塞缓慢上移的过程中，气体膨胀对活塞做功，而气体温度保持不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝0知，Q>0，即吸收热量，故只有D正确．2.在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ，空气________(选填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ。（答案：5放出29）解析：因为理想气体的内能只跟温度有关，第一个过程是等温压缩，所以内能不变，第二个过程中，体积不变，说明只与外界发生热传递，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，所以ΔU＝0－5kJ＝－5kJ，故空气内能减小5kJ，空气放出29kJ的热量。3．(2016·青岛高三质检)如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝2cm2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)．管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L＝21cm的气柱，气体的温度为t1＝7℃，外界大气压取p0＝1.0×105Pa(相当于75cm高的汞柱的压强)。g取10m/s2(1)若在活塞上放一个质量为m＝0.1kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长？(2)若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t2＝77℃，此时气柱为多长？(3)若在(2)过程中，气体吸收的热量为10J，则气体的内能增加多少？解析：(1)被封闭气体的初状态：p1＝p0＝1.0×105Pa，V1＝LS＝42cm3，T1＝280K末状态：p2＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.05×105PaV2＝L2S，T2＝T1＝280K根据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2得L2＝eq\f(p1,p2)L＝20cm(2)对气体加热后，气体的压强不变p3＝p2，V3＝L3S，T3＝350K根据盖—吕萨克定律，有eq\f(V2,T2)＝eq\f(V3,T3)，即eq\f(L2,T2)＝eq\f(L3,T3)得L3＝eq\f(T3,T2)L2＝25cm(3)气体对外做的功W＝p2Sh＝p2S(L3－L2)＝1.05J由热力学第一定律得ΔU＝－W＋Q＝－1.05J＋10J＝8.95J即气体的内能增加8.95J。４.一定质量的理想气体在初状态(状态A)时温度为T0，压强p0＝2.0×105Pa，内能为20J，其体积V与热力学温度T间的关系如图所示，线段AB、BC分别与V轴和T轴平行．假设理想气体的内能与热力学温度的二次方成正比。(1)求状态C时的压强pC(2)若气体从状态A变化到状态C的过程中，对外界做的功为10J，则此过程中气体________(选填“吸收”或“放出”)________J热量。解析：(1)从A到B发生等温变化，有p0V0＝pB·2V0，从B到C发生等容变化，有eq\f(pB,T0)＝eq\f(pC,3T0)，联立解得pC＝eq\f(3p0,2)＝3.0×105Pa。(2)因理想气体的内能与热力学温度的二次方成正比，所以在状态C时内能为180J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q＝170J，所以此过程吸收热量170J。5.如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭的气柱长l1＝20cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10cm。(环境温度不变，大气压强p0＝75cmHg)(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)。(2)此过程中左管内的气体对外界______(选填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将______(选填“吸热”或“放热”)。解析：(1)设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为p2，气柱长度为l2，