新教材同步系列2024春高中物理第三章热力学定律2热力学第一定律3能量守恒定律课件新人教版选择性必修第三册

第三章热力学定律2热力学第一定律3能量守恒定律学习目标学法与考法1．掌握热力学第一定律及其表达式(重难点)2．学会运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、转移问题(难点)3．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界中普遍遵循的规律(重点)学法：①通过实验加深对热力学第一定律的理解．②通过实例知道ΔU、Q、W的正、负号的物理意义，会用表达式ΔU＝Q＋W解决问题考法：①考查热力学第一定律的理解和运用．②考查能量守恒定律的理解和运用．③考查热力学第一定律和气体状态方程的综合运用知识导图

课前•自主预习热力学第一定律1．改变内能的两种方式是________和________．2．热力学第一定律(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______与外界对它所________的和．(2)表达式：ΔU＝________．做功热传递热量做功Q＋W

物体从外界吸热，物体的内能一定增加吗？【答案】物体从外界吸热，物体的内能是否增加，还要看做功情况．下列对于热力学第一定律的理解，正确的是 (

)A．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收120J的热量，则它的内能增大20JB．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少C．物体吸收热量，其温度一定升高D．空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等【答案】A【解析】气体膨胀对外做功100J，则W＝－100J，从外界吸收120J的热量，则Q＝120J，根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J，A正确；根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，B错误；物体吸收热量的同时，如果对外界做功，温度不一定升高，C错误；空调工作时消耗的电能等于室内温度降低所放出的热量和电路产生的热量之和，D错误．能量守恒定律和永动机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________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，____________保持不变．(2)意义：①各种形式的能可以___________．②各种物理现象可以用_______________联系在一起．转化转移能量的总量相互转化能量守恒定律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__________的机器．(2)不可制成的原因：违背了__________定律．对外做功能量守恒运动的物体在阻力作用下会停下来，其机械能会凭空消失吗？【答案】运动的物体在阻力作用下会停下来，克服阻力做功，其机械能转化为内能．

(多选)下列关于能量转化现象的说法中，正确的是

(

)A．用太阳灶烧水是光能转化为内能B．电灯发光是电能转化为光能C．核电站发电是电能转化为内能D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能【答案】AB【解析】A中是光能转化为内能，C中是核能转化为电能，D中是化学能转化为内能，A、B正确．课堂•重难探究－热力学第一定律的应用1．应用热力学第一定律解题的思路(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．(2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量．(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．(4)特别注意物理量的正负号及其物理意义．2．公式ΔU＝W＋Q中符号的规定符号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3．几种特殊情况(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．(2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．4．判断是否做功的方法一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化．(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W＜0．(2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W＞0．热力学第一定律的应用例1

(多选)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－T图像上从a到b的线段所示．在此过程中 (

)A．气体一直对外做功B．气体的内能一直增加C．气体一直从外界吸热D．气体吸收的热量等于其对外做的功【答案】BC【解析】由p－T图像可知，气体从状态a变化到状态b，满足p,T＝C，可知气体的体积保持不变，则气体对外不做功，气体状态a变化到状态b，温度逐渐升高，则气体的内能一直增加，根据热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，气体吸收的热量等于其内能的增加量，B、C正确，A、D错误．变式1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8×104

J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是

(

)A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J【答案】B【解析】由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，外界对气体做功则W为正值，气体内能减少则ΔU为负值，代入热力学第一定律表达式得Q＝－2×105J，B正确．运用热力学第一定律时应注意的两点1．明确研究哪一部分气体和气体的哪一个状态变化过程．2．分清ΔU＝W＋Q中各物理量正、负号的意义．－对能量守恒定律的理解及应用1．能量存在的形式及相互转化(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，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．(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．(3)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．(4)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．2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律．3．第一类永动机失败的原因分析如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的．若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的．能量守恒定律的理解及应用例2如图所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度h，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？(不计空气阻力)变式2如图所示，汽缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，汽缸、活塞是绝热的且不漏气．开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是

(

)A．ΔE＝mgh B．ΔE＞mghC．ΔE＜mgh D．以上三种情况均有可能【答案】B【解析】气体甲体积减小，外界对它做正功，其中包括mgh和乙气体分子对活塞的力做功W乙，且为正功，ΔE＝mgh＋W乙．利用能量守恒定律解题的方法在应用能量守恒定律处理问题时，首先要弄清系统有多少种能量相互转化，分析哪种形式的能量增加了，哪种形式的能量减少了；或者弄清哪个物体的能量增加，哪个物体的能量减少，增加量等于减少量．小练•随堂巩固1．在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中，关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法正确的是 (

)A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负【答案】C【解析】根据公式ΔU＝W＋Q中的符号法则知C正确．2．(多选)下列过程，可能发生的是 (

)A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加【答案】ABD【解析】根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，做功和热传递都可以改变物体的内能，故由此可确定A、B、D正确，C错误．3．一定量的气体膨胀对外做功100J，同时对外放热40J，气体内能的增量ΔU是

(

)A．60J

B．－60JC．－140J D．140J【答案】C【解析】由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100J－40J＝－140J，C正确．4．(多选)下列关于第一类永动机的说法，正确的是 (

)A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律【答案】AD【解析】第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因．A、D正确，B、C错误．5．美丽的氢气球是很多小孩喜欢的玩具，将一个氢气球释放，它就会在空中持续上升，越往高空，环境温度越低，气球体积会变大，若氢气球不漏气，则下列说法正确的是 (

)A．气体分子平均间距减小B．气体的压强不会发生变化C．外界将对氢气球内气体做正功D．气体放出的热量小于内能的减少量【答案】D【解析】气球体积变大，气体的分子数不变，气体分子平均间距增大，A错误；气球在上升的过程中，环境温度会降低，气球体积变大，由理想气体方程pV,T＝C，气体压强减小，B错误；气球体积变大，外界对气体做负功，W＜0，C错误；根据ΔU＝W＋Q，因温度降低则ΔU＜0，外界对气体做负功，W＜0，故气体同时放出热量Q＜0，且放出的热量小于内能的减少量，D正确．6．下列对能量守恒定律的认识，不正确的是 (

)A．某种形式的能量减少，一定存在其他