第三章　2　热力学第一定律　3　能量守恒定律 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修三

2　热力学第一定律 3　能量守恒定律 [学习目标]　 1.理解热力学第一定律，并能运用热力学第一定律分析和解决相关问题(重点)。 2.理解并会运用能量守恒定律解决实际问题(难点)。 3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。 一、热力学第一定律 汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式(做功或传热)更明显。这是为什么呢？ _____ _____ _____ _____ 1．改变内能的两种方式：_____与_____。两者对改变系统的内能是_____。 2．热力学第一定律：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_____的和。 3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝_____。 4．热力学第一定律的应用： (1)ΔU的正负：当系统内能增加时，ΔU取_____值，当系统内能减小时，ΔU取_____值。(均选填“正”或“负”) (2)W的正负：外界对系统做功时，W取_____值；系统对外界做功时，W取_____值。(均选填“正”或“负”) (3)Q的正负：外界对系统传递热量时，Q取_____值；系统向外界传递热量时，Q取_____值。(均选填“正”或“负”) 如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定质量的空气，压强与大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气)，也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2。Q1和Q2哪个大些？为什么？ _____ _____ _____ _____ 例1　一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(不计气泡内空气分子的势能)，则下列说法正确的是(　　) A．气泡对外做功，内能不变，同时放热 B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热 C．气泡内能减少，同时放热 D．气泡内能不变，不吸热也不放热 判断气体是否做功的方法 (1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0； (2)若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0。 例2　一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是(　　) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J 例3　如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2× 105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为(　　) A．400 J B．1 200 J C．2 000 J D．2 800 J 应用热力学第一定律解题的一般步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负； (2)根据ΔU＝W＋Q列方程求出未知量； (3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况。 二、能量守恒定律 1．能量守恒定律 (1)内容：能量既不会凭空_____，也不会凭空_____，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，能量的总量_____。 (2)两种表达 ①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； ②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．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)第一类永动机由于违背了_____，所以不可能制成。 3．热力学第一定律与能量守恒定律的比较 (1)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各 ... ...