全优课堂·物理·选择性必修第三册(人教版) 课件 第3章 2热力学第一定律；3能量守恒定律

第三章热力学定律2热力学第一定律3能量守恒定律

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).课前·

自主预习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＝________．热力学第一定律做功热传递热量做功Q＋W1．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．能量守恒定律和永动机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．对外做功能量守恒课堂·

重难探究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．热力学第一定律的应用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，需看气体的体积是否变化．(1)若气体的体积增大，表明气体对外界做功，W<0.(2)若气体的体积减小，表明外界对气体做功，W>0.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8×104J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．变式2

(2024年无锡月考)如图所示，密闭导热汽缸被活塞分成左、右两室，起初左室气体压强小于右室，现让活塞缓慢移动直至两室气体压强相等，期间环境温度始终不变，则此过程中 (

)A．左室气体吸热，右室气体放热B．左室气体放热，右室气体吸热C．左、右室气体均吸热D．左、右室气体均放热【答案】B【解析】对于左室气体压强变大，体积减小，W左>0，对于右室气体压强变小，体积增大，W右<0.环境温度始终不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律可得ΔU＝W左＋Q左，ΔU＝W右＋Q右，可得Q左<0，Q右>0，即左室气体放热，右室气体吸热，B正确．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．对能量守恒定律的理解及应用(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．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．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3

(2024年重庆月考)如图所示，是中国古代玩具饮水鸟，它的神奇之处是，在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口水后，鸟将绕着O点不停摆动，一会儿它又会俯下身去，再“喝”一口水．A、B是鸟上两点，说法正确的是 (

)A．A、B两点的向心加速度大小相同B．A、B两点的线速度大小不同，角速度大小相同C．此过程虽然不违反能量守恒定律，但不可能发生D．此过程违反能量守恒定律，但可能发生，说明第一类永动机可以制成【答案】B【解析】根据同轴转动角速度相等知，A、B两点的角速度大小相同，根据v＝ωr知A点半径大，线速度较大，B正确；根据a＝ω2r知A点半径大，加速度较大，A错误；饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球，其间以一个玻璃管连接，内部装有易挥发的液体．其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发会吸收头部空气中的热量，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复之前的运动，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，此过程不违反能量守恒定律，可能发生，C、D错误．小练·

随堂巩固1．下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是 (

)A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．对物体做功，物体的内能可能减小D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了【答案】D【解析】根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，A正确；某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，B正确；对物体做功，但若物体同时向外界放热，物体的内能可能减小，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为物体及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误．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．(2024年长沙月考)小明去西藏旅行时，发现从低海拔地区买的密封包装的零食，到了高海拔地区时出现了鼓包现象．假设食品袋里密封的有一定质量的理想气体，全过程温度保持不变．从低海拔地区到高海拔地区的过程，下列分析不正确的是 (

)A．袋内气体压强增加B．大气压强减小C．袋内气体吸收了热量D．袋内气体分子的平均动能不变【答案】A【解析】温度不变，根据p1V1＝p2V2，体积增大，压强减小，A错误，符合题意；海拔高度升高，压强减小，B正确，不符合题意；温度不变，气体内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，可知袋内空气从外界吸收热量，C正确，不符合题意；温度不变，袋内气体分子的平均动能不变，D正确，不符合题意．6．(2024年深圳检测)物体的内能增加了80J，下列说法中正确的是

(

)A．一定是外界对物体做了80J的功B