新教材同步系列2024春高中物理第三章熱力學(xué)定律2熱力學(xué)第一定律3能量守恒定律課件新人教版選擇性必修第三冊(cè)

第三章熱力學(xué)定律2熱力學(xué)第一定律3能量守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法與考法1．掌握熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式(重難點(diǎn))2．學(xué)會(huì)運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界中能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題(難點(diǎn))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規(guī)律(重點(diǎn))學(xué)法：①通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解．②通過(guò)實(shí)例知道ΔU、Q、W的正、負(fù)號(hào)的物理意義，會(huì)用表達(dá)式ΔU＝Q＋W解決問(wèn)題考法：①考查熱力學(xué)第一定律的理解和運(yùn)用．②考查能量守恒定律的理解和運(yùn)用．③考查熱力學(xué)第一定律和氣體狀態(tài)方程的綜合運(yùn)用知識(shí)導(dǎo)圖

課前?自主預(yù)習(xí)熱力學(xué)第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式是________和________．2．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)能變化量等于外界向它傳遞的______與外界對(duì)它所________的和．(2)表達(dá)式：ΔU＝________．做功熱傳遞熱量做功Q＋W

物體從外界吸熱，物體的內(nèi)能一定增加嗎？【答案】物體從外界吸熱，物體的內(nèi)能是否增加，還要看做功情況．下列對(duì)于熱力學(xué)第一定律的理解，正確的是 (

)A．一定質(zhì)量的氣體膨脹對(duì)外做功100J，同時(shí)從外界吸收120J的熱量，則它的內(nèi)能增大20JB．物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加；物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能一定減少C．物體吸收熱量，其溫度一定升高D．空調(diào)工作時(shí)消耗的電能與室內(nèi)溫度降低所放出的熱量可以相等【答案】A【解析】氣體膨脹對(duì)外做功100J，則W＝－100J，從外界吸收120J的熱量，則Q＝120J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J，A正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律知ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加，物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能不一定減少，B錯(cuò)誤；物體吸收熱量的同時(shí)，如果對(duì)外界做功，溫度不一定升高，C錯(cuò)誤；空調(diào)工作時(shí)消耗的電能等于室內(nèi)溫度降低所放出的熱量和電路產(chǎn)生的熱量之和，D錯(cuò)誤．能量守恒定律和永動(dòng)機(jī)1．能量守恒定律(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________為其他形式，或者從一個(gè)物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，____________保持不變．(2)意義：①各種形式的能可以___________．②各種物理現(xiàn)象可以用_______________聯(lián)系在一起．轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移能量的總量相互轉(zhuǎn)化能量守恒定律2．永動(dòng)機(jī)不可能制成(1)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地__________的機(jī)器．(2)不可制成的原因：違背了__________定律．對(duì)外做功能量守恒運(yùn)動(dòng)的物體在阻力作用下會(huì)停下來(lái)，其機(jī)械能會(huì)憑空消失嗎？【答案】運(yùn)動(dòng)的物體在阻力作用下會(huì)停下來(lái)，克服阻力做功，其機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

(多選)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的說(shuō)法中，正確的是

(

)A．用太陽(yáng)灶燒水是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)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【答案】AB【解析】A中是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C中是核能轉(zhuǎn)化為電能，D中是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，A、B正確．課堂?重難探究－熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用1．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的思路(1)首先應(yīng)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)．(2)分別找出題目中研究對(duì)象吸收或放出的熱量；外界對(duì)研究對(duì)象所做的功或研究對(duì)象對(duì)外界所做的功；研究對(duì)象內(nèi)能的增加量或減少量．(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解．(4)特別注意物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義．2．公式ΔU＝W＋Q中符號(hào)的規(guī)定符號(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3．幾種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)物體做的功．(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量．(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對(duì)外界做的功)．4．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)若物體體積減小，表明外界對(duì)物體做功，W＞0．熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用例1

(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過(guò)程如p－T圖像上從a到b的線段所示．在此過(guò)程中 (

)A．氣體一直對(duì)外做功B．氣體的內(nèi)能一直增加C．氣體一直從外界吸熱D．氣體吸收的熱量等于其對(duì)外做的功【答案】BC【解析】由p－T圖像可知，氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，滿(mǎn)足p,T＝C，可知?dú)怏w的體積保持不變，則氣體對(duì)外不做功，氣體狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，溫度逐漸升高，則氣體的內(nèi)能一直增加，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體一直從外界吸熱，氣體吸收的熱量等于其內(nèi)能的增加量，B、C正確，A、D錯(cuò)誤．變式1一定質(zhì)量的理想氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做了8×104

J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是

(

)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】由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，外界對(duì)氣體做功則W為正值，氣體內(nèi)能減少則ΔU為負(fù)值，代入熱力學(xué)第一定律表達(dá)式得Q＝－2×105J，B正確．運(yùn)用熱力學(xué)第一定律時(shí)應(yīng)注意的兩點(diǎn)1．明確研究哪一部分氣體和氣體的哪一個(gè)狀態(tài)變化過(guò)程．2．分清ΔU＝W＋Q中各物理量正、負(fù)號(hào)的意義．－對(duì)能量守恒定律的理解及應(yīng)用1．能量存在的形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等．(2)各種形式的能，通過(guò)某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化．例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車(chē)剎車(chē)后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．(3)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．(4)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．2．與某種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的能是否守恒是有條件的例如，物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功；而能量守恒定律是沒(méi)有條件的，它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律．3．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)失敗的原因分析如果沒(méi)有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說(shuō)，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即U2＜U1，則W＜0，系統(tǒng)對(duì)外做功是要以?xún)?nèi)能減少為代價(jià)的．若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無(wú)外界能量供給的情況下是不可能的．能量守恒定律的理解及應(yīng)用例2如圖所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置，一質(zhì)量為m的子彈以v0射入質(zhì)量為M的沙箱后與沙箱合為一體，共同擺起一定高度h，則整個(gè)過(guò)程中子彈和沙箱由于相互作用所產(chǎn)生的內(nèi)能為多少？(不計(jì)空氣阻力)變式2如圖所示，汽缸放置在水平地面上，質(zhì)量為m的活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，兩氣室中均充有氣體，汽缸、活塞是絕熱的且不漏氣．開(kāi)始活塞被銷(xiāo)釘固定，現(xiàn)將銷(xiāo)釘拔掉，活塞最終靜止在距原位置下方h處，設(shè)活塞移動(dòng)前后甲氣體內(nèi)能的變化量為ΔE，不計(jì)氣體重心改變的影響，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．ΔE＝mgh B．ΔE＞mghC．ΔE＜mgh D．以上三種情況均有可能【答案】B【解析】氣體甲體積減小，外界對(duì)它做正功，其中包括mgh和乙氣體分子對(duì)活塞的力做功W乙，且為正功，ΔE＝mgh＋W乙．利用能量守恒定律解題的方法在應(yīng)用能量守恒定律處理問(wèn)題時(shí)，首先要弄清系統(tǒng)有多少種能量相互轉(zhuǎn)化，分析哪種形式的能量增加了，哪種形式的能量減少了；或者弄清哪個(gè)物體的能量增加，哪個(gè)物體的能量減少，增加量等于減少量．小練?隨堂鞏固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(shuō)法正確的是 (

)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)【答案】C【解析】根據(jù)公式ΔU＝W＋Q中的符號(hào)法則知C正確．2．(多選)下列過(guò)程，可能發(fā)生的是 (

)A．物體吸收熱量，對(duì)外做功，同時(shí)內(nèi)能增加B．物體吸收熱量，對(duì)外做功，同時(shí)內(nèi)能減少C．外界對(duì)物體做功，同時(shí)物體吸熱，內(nèi)能減少D．外界對(duì)物體做功，同時(shí)物體放熱，內(nèi)能增加【答案】ABD【解析】根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，故由此可確定A、B、D正確，C錯(cuò)誤．3．一定量的氣體膨脹對(duì)外做功100J，同時(shí)對(duì)外放熱40J，氣體內(nèi)能的增量ΔU是

(

)A．60J

B．－60JC．－140J D．140J【答案】C【解析】由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100J－40J＝－140J，C正確．4．(多選)下列關(guān)于第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)的說(shuō)法，正確的是 (

)A．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不消耗任何能量卻能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器B．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違背了熱力學(xué)第一定律C．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是技術(shù)問(wèn)題D．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違背了能量守恒定律【答案】AD【解析】第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不消耗任何能量卻能源源不斷對(duì)外做功的機(jī)器，這是人們的美好愿望，但它違背了能量守恒定律，這也是它不能制成的原因．A、D正確，B、C錯(cuò)誤．5．美麗的氫氣球是很多小孩喜歡的玩具，將一個(gè)氫氣球釋放，它就會(huì)在空中持續(xù)上升，越往高空，環(huán)境溫度越低，氣球體積會(huì)變大，若氫氣球不漏氣，則下列說(shuō)法正確的是 (

)A．氣體分子平均間距減小B．氣體的壓強(qiáng)不會(huì)發(fā)生變化C．外界將對(duì)氫氣球內(nèi)氣體做正功D．氣體放出的熱量小于內(nèi)能的減少量【答案】D【解析】氣球體積變大，氣體的分子數(shù)不變，氣體分子平均間距增大，A錯(cuò)誤；氣球在上升的過(guò)程中，環(huán)境溫度會(huì)降低，氣球體積變大，由理想氣體方程pV,T＝C，氣體壓強(qiáng)減小，B錯(cuò)誤；氣球體積變大，外界對(duì)氣體做負(fù)功，W＜0，C錯(cuò)誤；根據(jù)ΔU＝W＋Q，因溫度降低則ΔU＜0，外界對(duì)氣體做負(fù)功，W＜0，故氣體同時(shí)放出熱量Q＜0，且放出的熱量小于內(nèi)能的減少量，D正確．6．下列對(duì)能量守恒定律的認(rèn)識(shí)，不正確的是 (

)A．某種形式的能量減少，一定存在其他