《3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì)(廣西縣級(jí)優(yōu)課)-物理教案

熱力學(xué)定律、能量守恒定律、氣體的壓強(qiáng)課時(shí)安排1課時(shí)課型高考專題復(fù)習(xí)課高考考情分析屬我校選的《高中物理選修3－3》內(nèi)容，它在近5年高考中分值大于10分，對(duì)應(yīng)題為一道計(jì)算題，9分或10分。一道多選題，6分或5分。教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能1.進(jìn)一步理解識(shí)記熱力學(xué)定律和能量守恒定律2.進(jìn)一步理解識(shí)記一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程二、過(guò)程與方法對(duì)本節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行合理歸納梳理，選配優(yōu)質(zhì)的高考題訓(xùn)練，印發(fā)給學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生更深刻理解識(shí)記本節(jié)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生利用本節(jié)知識(shí)分析解決相關(guān)問(wèn)題三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)對(duì)本節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行合理梳理復(fù)習(xí)，選配優(yōu)質(zhì)的高考題加強(qiáng)審題訓(xùn)練，提高答題正確率，增強(qiáng)學(xué)生自信心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)理解和應(yīng)用熱力學(xué)第一定律分析解決相關(guān)問(wèn)題；理解和應(yīng)用一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程分析解決相關(guān)問(wèn)題；審題能力提升。2.教學(xué)難點(diǎn)理解熱力學(xué)第一、第二定律教學(xué)用具多媒體教學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)材料高考題訓(xùn)練試卷教學(xué)過(guò)程教學(xué)引入我校選《高中物理選修3－3》作為2017年選考科目，其中“熱力學(xué)定律、能量守恒定律、氣體的壓強(qiáng)”在近5年高考中分值大于10分，對(duì)應(yīng)題為一道計(jì)算題，9分或10分。一道多選題，6分或5分?；A(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)梳理一、熱力學(xué)定律1．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少(2)表達(dá)式：ΔU＝Q＋W(3)符號(hào)的規(guī)定2．熱力學(xué)第二定律(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。(3)第二類永動(dòng)機(jī)：違背宏觀熱現(xiàn)象方向性的機(jī)器被稱為第二類永動(dòng)機(jī)。這類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但它違背了熱力學(xué)第二定律，也是不可能制成的。3．熱力學(xué)第三定律(1)絕對(duì)零度不可達(dá)到。(2)T=273+tK二、能守量恒定律1．內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。2．第一類永動(dòng)機(jī)：違背能量守恒定律的機(jī)器被稱為第一類永動(dòng)機(jī)。它是不可能制成的。三、氣體的壓強(qiáng)1．產(chǎn)生的原因由于大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)碰撞器壁而形。2．決定因素(1)宏觀上：氣體的溫度和體積。(2)微觀上：分子的平均動(dòng)能和分子的密集。3．一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程(1)理想氣體不計(jì)分子力、分子體積、分子勢(shì)能、嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律。(2)理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C(C是與p、V、T無(wú)關(guān)的常量)，eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(溫度不變：p1V1＝p2V2玻意耳定律,體積不變：\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)查理定律,壓強(qiáng)不變：\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)蓋—呂薩克定律))實(shí)戰(zhàn)演練第一部分1．(2015·高考重慶卷)某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時(shí)的，且車胎體積增大．若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么(D)A．外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小B．外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C．胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小D．胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能增大2．(2015·高考北京卷)下列說(shuō)法正確的是(C)A．物體放出熱量，其內(nèi)能一定減小B．物體對(duì)外做功，其內(nèi)能一定減小C．物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能增加D．物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能不變3．一定質(zhì)量的氣體，由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的過(guò)程中，吸收熱量280J，并對(duì)外做功120J，這些氣體的內(nèi)能增加了160J，（選填“增加”，“減小”），如果這些氣體又返回原來(lái)的狀態(tài)，并放出了240J熱量，則返回的過(guò)程中外界對(duì)氣體做功80J。（選填“氣體對(duì)外界做功”，“外界對(duì)氣體做功”）。4．(多選)(2016·杭州高三質(zhì)檢)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是(ACE)A．為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量B．對(duì)某物體做功，必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程5．關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說(shuō)法正確的是(D)A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的6．根據(jù)你學(xué)過(guò)的熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí)，判斷下列說(shuō)法中正確的是(A)A．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來(lái)做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C．盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，制冷機(jī)卻可以使溫度降到－293D．第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，第二類永動(dòng)機(jī)可以制造出來(lái)第二部分1．(1)一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在導(dǎo)熱的汽缸中，如圖所示．不計(jì)活塞與汽缸的摩擦，當(dāng)用外力向上緩慢拉動(dòng)活塞的過(guò)程中，環(huán)境溫度保持不變．下列判斷正確的是________。A．拉力對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能增加，吸收熱量B．拉力對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能保持不變，放出熱量C．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小，放出熱量D．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能不變，吸收熱量解析：(1)活塞緩慢上移的過(guò)程中，氣體膨脹對(duì)活塞做功，而氣體溫度保持不變，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q＝0知，Q>0，即吸收熱量，故只有D正確．2.在將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中，溫度保持不變，外界做了24kJ的功．現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過(guò)程中，瓶中空氣的質(zhì)量保持不變，且放出了5kJ的熱量．在上述兩個(gè)過(guò)程中，空氣的內(nèi)能共減小________kJ，空氣________(選填“吸收”或“放出”)的總熱量為_(kāi)_______kJ。（答案：5放出29）解析：因?yàn)槔硐霘怏w的內(nèi)能只跟溫度有關(guān)，第一個(gè)過(guò)程是等溫壓縮，所以內(nèi)能不變，第二個(gè)過(guò)程中，體積不變，說(shuō)明只與外界發(fā)生熱傳遞，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，所以ΔU＝0－5kJ＝－5kJ，故空氣內(nèi)能減小5kJ，空氣放出29kJ的熱量。3．(2016·青島高三質(zhì)檢)如圖所示，一根兩端開(kāi)口、橫截面積為S＝2cm2足夠長(zhǎng)的玻璃管豎直插入水銀槽中并固定(插入水銀槽中的部分足夠深)．管中有一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的光滑活塞，活塞下封閉著長(zhǎng)L＝21cm的氣柱，氣體的溫度為t1＝7℃，外界大氣壓取p0＝1.0×105Pa(相當(dāng)于75cm高的汞柱的壓強(qiáng))。g取10m/s2(1)若在活塞上放一個(gè)質(zhì)量為m＝0.1kg的砝碼，保持氣體的溫度t1不變，則平衡后氣柱為多長(zhǎng)？(2)若保持砝碼的質(zhì)量不變，對(duì)氣體加熱，使其溫度升高到t2＝77℃，此時(shí)氣柱為多長(zhǎng)？(3)若在(2)過(guò)程中，氣體吸收的熱量為10J，則氣體的內(nèi)能增加多少？解析：(1)被封閉氣體的初狀態(tài)：p1＝p0＝1.0×105Pa，V1＝LS＝42cm3，T1＝280K末狀態(tài)：p2＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.05×105PaV2＝L2S，T2＝T1＝280K根據(jù)玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2得L2＝eq\f(p1,p2)L＝20cm(2)對(duì)氣體加熱后，氣體的壓強(qiáng)不變p3＝p2，V3＝L3S，T3＝350K根據(jù)蓋—呂薩克定律，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)氣體對(duì)外做的功W＝p2Sh＝p2S(L3－L2)＝1.05J由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝－W＋Q＝－1.05J＋10J＝8.95J即氣體的內(nèi)能增加8.95J。４.一定質(zhì)量的理想氣體在初狀態(tài)(狀態(tài)A)時(shí)溫度為T0，壓強(qiáng)p0＝2.0×105Pa，內(nèi)能為20J，其體積V與熱力學(xué)溫度T間的關(guān)系如圖所示，線段AB、BC分別與V軸和T軸平行．假設(shè)理想氣體的內(nèi)能與熱力學(xué)溫度的二次方成正比。(1)求狀態(tài)C時(shí)的壓強(qiáng)pC(2)若氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)C的過(guò)程中，對(duì)外界做的功為10J，則此過(guò)程中氣體________(選填“吸收”或“放出”)________J熱量。解析：(1)從A到B發(fā)生等溫變化，有p0V0＝pB·2V0，從B到C發(fā)生等容變化，有eq\f(pB,T0)＝eq\f(pC,3T0)，聯(lián)立解得pC＝eq\f(3p0,2)＝3.0×105Pa。(2)因理想氣體的內(nèi)能與熱力學(xué)溫度的二次方成正比，所以在狀態(tài)C時(shí)內(nèi)能為180J，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q得Q＝170J，所以此過(guò)程吸收熱量170J。5.如圖所示，粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的U型管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉的氣柱長(zhǎng)l1＝20cm(可視為理想氣體)，兩管中水銀面等高．現(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫(huà)出)接通，穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h＝10cm。(環(huán)境溫度不變，大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg)(1)求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)(用“cmHg”作單位)。(2)此過(guò)程中左管內(nèi)的氣體對(duì)外界______(選填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”)，氣體將______(選填“吸熱”或“放熱”)。解析：(1)設(shè)U型管橫截面積為S，右端與大氣相通時(shí)左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p1，右端與一低壓艙接通后左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p2，氣柱長(zhǎng)度為l2，