物理人教版選修3-3問題導(dǎo)學(xué)第十章第3節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

第3節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律課堂合作探究問題導(dǎo)學(xué)一、對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解活動(dòng)與探究11．一個(gè)物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：（1）如果外界對(duì)物體做的功為W，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？（2）如果物體對(duì)外界做的功為W，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？2．一個(gè)物體，如果外界既沒有對(duì)物體做功，物體也沒有對(duì)外界做功，那么：（1）如果物體從外界吸收熱量Q，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？（2）如果向外界放出熱量Q，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？3．如果物體在跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化ΔU與熱量Q及做的功W之間又有什么關(guān)系呢？遷移與應(yīng)用1×105J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外界做了6×105J的功，問：（1）物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？（2）分子勢(shì)能是增加還是減少？（3）分子的平均動(dòng)能是增加還是減少？熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用應(yīng)注意的問題1．在應(yīng)用過程中應(yīng)特別分清W、Q的正負(fù)號(hào)，以便準(zhǔn)確地判斷ΔU的正、負(fù)。2．符號(hào)法則做功W熱量Q內(nèi)能的變化ΔU取正值“＋”外界對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)的內(nèi)能增加取負(fù)值“－”系統(tǒng)對(duì)外界做功系統(tǒng)向外界放出熱量系統(tǒng)的內(nèi)能減少3．判斷是否做功的方法一般情況下外界對(duì)物體做功與否，需看物體的體積是否變化。（1）若物體體積增大，表明物體對(duì)外界做功，W＜0；（2）若物體體積變小，表明外界對(duì)物體做功，W＞0。4．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟（1）根據(jù)符號(hào)法則寫出各已知量（W、Q、ΔU）的正負(fù)；（2）根據(jù)方程ΔU＝W＋Q求出未知量；（3）再根據(jù)未知量結(jié)果的正負(fù)來確定吸熱、放熱情況或做功情況。二、能量守恒定律永動(dòng)機(jī)活動(dòng)與探究21．能量可以由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，也可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中遵循什么規(guī)律呢？2．什么是第一類永動(dòng)機(jī)？第一類永動(dòng)機(jī)違反了什么規(guī)律？遷移與應(yīng)用2如圖所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說法正確的是（）A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來自形狀記憶合金自身C．轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)內(nèi)能，還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等。2．能量守恒定律的重要意義：能量守恒定律比機(jī)械能守恒定律更普遍，它是物理學(xué)中解決問題的重要思維方法。能量守恒定律與電子的發(fā)現(xiàn)、達(dá)爾文的進(jìn)化論并稱19世紀(jì)自然科學(xué)中的三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見。3．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的過程，能量一定守恒。第一類永動(dòng)機(jī)本質(zhì)上都是認(rèn)為能量能夠無中生有地創(chuàng)造出來，這違背了能量守恒定律，因而是不可能實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)堂檢測(cè)1．在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式ΔU＝W＋Q中，關(guān)于ΔU、W、Q各個(gè)物理量的正、負(fù)，下列說法中正確的是（）A．外界對(duì)物體做功時(shí)W為正，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正B．物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù)C．物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正D．外界對(duì)物體做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù)2．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的說法中，正確的是（）A．用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為電能B．電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C．核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能3．?dāng)喽ǖ谝活愑绖?dòng)機(jī)不可能制成的依據(jù)是（）A．牛頓第二定律B．動(dòng)量守恒定律C．機(jī)械能守恒定律D．能量守恒定律4．氣體膨脹對(duì)外做功100J，同時(shí)從外界吸收了120J的熱量，它的內(nèi)能的變化是（）A．減小20JB．增大20JC．減小220JD．增大220J5．一定量的氣體吸收熱量，體積膨脹并對(duì)外做功，則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比（）A．氣體內(nèi)能一定增加B．氣體內(nèi)能一定減小C．氣體內(nèi)能一定不變D．氣體內(nèi)能的增減不能確定答案：課堂·合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】活動(dòng)與探究1：1．答案：一個(gè)物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對(duì)它做功為W，它的內(nèi)能就增加W；物體對(duì)外界做功為W，它的內(nèi)能就減少W。2．答案：如果外界既沒有對(duì)物體做功，物體也沒有對(duì)外界做功，那么物體從外界吸收熱量Q，它的內(nèi)能就增加Q；物體向外界放出熱量Q，它的內(nèi)能就減少Q(mào)。3．答案：ΔU＝Q＋W。該式表示的是功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律。遷移與應(yīng)用1：答案：見解析解析：（1）氣體從外界吸熱為：Q×105J氣體對(duì)外界做功為：W＝－6×105J由熱力學(xué)第一定律知：ΔU＝W＋Q＝（－6×105×105×105JΔU×105J。（2）因?yàn)闅怏w對(duì)外界做功，所以氣體的體積增大，分子間距離增大，氣體分子間的作用力表現(xiàn)為引力，所以此過程要克服分子力做功，分子勢(shì)能增加。（3）因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少，同時(shí)氣體的分子勢(shì)能增加，說明氣體分子的平均動(dòng)能一定減少了?；顒?dòng)與探究2：1．答案：能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中遵循能量守恒定律。2．答案：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功，人們把這種不消耗能量的機(jī)器叫做第一類永動(dòng)機(jī)。第一類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律。遷移與應(yīng)用2：D解析：轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械能增加，必須從外界吸收能量，A、B錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)動(dòng)葉片從水中吸收能量，水溫降低，C錯(cuò)誤；葉片吸收的熱量一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，選項(xiàng)D正確。【當(dāng)堂檢測(cè)】1．C解析：根據(jù)公式ΔU＝W＋Q中的符號(hào)法則知選項(xiàng)C正確。2．B解析：A選項(xiàng)中是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C選項(xiàng)中是核能轉(zhuǎn)化為電能，D選項(xiàng)中是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B選項(xiàng)正確。3．D解析：能量守恒定律的確立，給予了第一類永動(dòng)機(jī)不能制成的科學(xué)解釋。4．B解析：研究對(duì)象為氣體，依符號(hào)規(guī)則，對(duì)外做的功W＝－100J，吸收熱量Q＝＋120J。由熱力學(xué)第一定律有：ΔU＝W