鲁科版-选修3-3-第5章 热力学定律-第1节 热力学第一定律 全市一等奖

热力学第一定律能量守恒定律【学习目标】(1)能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用ΔU＝Q＋Ｗ分析和计算问题．(2)掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义，会用能量转化和守恒的观点分析物理现象．(3)能综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题．(4)了解第一类永动机不可能制成的原因．

【学习障碍】1．理解障碍如何理解热力学第一定律．2．解题障碍怎样应用热力学第一定律；怎样应用能量转化和守恒定律进行分析和计算有关问题．

【学习策略】1．理解障碍层析法理解热力学第一定律热力学第一定律可分为以下三个层面来理解．(1)研究对象．热力学第一定律研究的是功、热量跟内能的变化之间的定量关系．(2)定律内容．当物体跟外界同时发生做功和热传递时，则外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔU，即W＋Q＝ΔU上式所表示的功、热量跟内能变化之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．(3)各量正负号意义．在应用热力学第一定律解题的时候，一定要注意W、Q的正负，外界对物体做功，W为正，物体对外界做功，W为负．物体从外界吸热，Q为正．物体放热，Q为负．若W与Q的代数和为正，则内能增加，ΔU为正．若W与Q的代数和为负，则ΔU为负，表示物体内能减少．2．解题障碍(1)程序法应用热力学第一定律．程序法是指在应用某一定律、定理及公式解题时，都要按照一定的步骤来解决问题的方法．其优点是：解题规范，思路清晰，便于操作．应用热力学第一定律解决问题的程序为：首先必须明确研究对象是哪个物体或哪几个物体组成的系统．其次，要正确掌握符号规则：研究对象对外界做功时，Ｗ＜0；外界对研究对象做功时，W＞0；研究对象吸热时，Q＞0；研究对象放热时，Q＜0；研究对象内能增大时，ΔU＞0；研究对象内能减小时，ΔU＜0．对于已知量，必须按上述符号规则确定它们的正或负后，再代入公式；对于未知量(待求量)，可先按正号代入公式，根据计算结果的正或负，确定问题的答案．［例1］气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化可能是A．减小20JB．增大20JC．减小220JD．增大220J解析：研究对象为气体．依符号规则，对外做功Ｗ＝－100J，吸收热量Q＝＋120J．由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J．ΔU＞0，说明气体的内能增加．故选项B正确．点评：在应用热力学第一定律解题时，一定要先明确谁是研究对象，并牢记符号规则，正确表示各量的数值，最后再代入表达式进行计算．(2)程序法应用能量转化和守恒定律求解问题．在应用能量转化和守恒定律时，一定要先弄清楚题目中涉及到了哪些形式的能．其次，分析哪些能没变，哪些能减少了，哪些能增加了．最后，应用能量守恒定律列出方程，代入数值进行计算．［例2］如图11—5—1所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B体积相等的两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热Q，气体内能增量为ΔE，则A．ΔE＝QB．ΔE＜QC．ΔE＞QD．无法比较解析：A、B气体开始的合重心在中线下，混合均匀后在中线且升高，所以系统重力势能增大，由能量守恒知，吸收的热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能，所以答案应选B．点评：解答该题的关键是搞清楚过程中的能量转化关系．思考：若本题已知改为A的密度大，答案又如何？

学后一忆热力学第一定律和能量守恒定律是本节的重点．要记住ΔU＝W＋Q中各量正、负值的物理意义；热力学第一定律是新教材新增内容，在高考中为Ⅰ级要求．第一类永动机不可能制成，因为它违背能量守恒定律．本节的题型有选择题，也有填空题，有时还会是涉及相关知识的综合计算题．破解本节题型的方法为程序法．

【同步达纲练习】1．压缩气体做功200J，气体内能增加150J，下列说法正确的是A．气体吸热50JB．气体放热50JC．气体吸热350JD．气体放热350J2．在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块，对此过程，下述说法中正确的是A．摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加B．摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能C．子弹损失的机械能，等于子弹与木块增加的内能D．子弹损失的机械能等于木块增加的动能和内能之和3．永动机是不可能制成的，这是因为永动机A．不符合机械能守恒定律B．违背了能的转化和守恒定律C．做功产生的热不符合热功当量D．找不到合适的材料和合理的设计方案4．如图11—5—2所示A、B是两个管状容器，除了管较粗的部分高低不同之外，其他一切全同．将此两容器抽成真空，再同时分别插入两个水银池中．当水银柱停止运动时(如图)，问两管中水银的温度是否相同?为什么?(设水银与外界没有热交换．)

参考答案【同步达纲练习】1．B2．A提示：子弹损失的机械能，等于木块增加的动能与子弹跟木块增加的内能的和．3．B4．不同；A管温度略高．提示：两管