高中物理 第十章 热力学定律 3 热力学第一定律 能量守恒定律学案 新人教版选修3-3-新人教版高二选修3-3物理学案VIP免费

3热力学第一定律能量守恒定律[学习目标]1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.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[导学探究](1)如图1所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10J的热量，气体内能改变了多少？图1(2)一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是通过做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加．因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能．既然它们在改变系统内能方面是等价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少？答案(1)都增加了10J.(2)系统内能的增量ΔU＝Q＋W.[知识梳理](1)改变内能的两种方式：做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等价的．(2)热力学第一定律：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．(3)热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W.二、能量守恒定律[导学探究](1)使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递．做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能．在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？(2)有一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？答案(1)能量的总量不会减少．(2)这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．[知识梳理](1)能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．(2)能量守恒定律的意义①各种形式的能可以相互转化．②各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．(3)永动机不可能制成①第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机．②第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．一、对热力学第一定律的理解例1空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？答案5×104J解析选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q.由题意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104J.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根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；3再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况.针对训练一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有()A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1＞Q2答案A解析对一定质量的理想气体，经过一系列的状态变化后又回到原状态，表明整个过程中内能的变化为零，即通过做功和热传递引起的内能变化相互抵消，所以A选项正确．当然，若Q1＝Q2，则必定有W1＝W2；若Q1＞Q2，则必定有W1＜W2；若Q1＜Q2，则必定有W1＞W2，所以B、C、D三项都有可能但不一定，故选A.二、能量守恒定律的理解和应用1．能量的存在形式及相互转化(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．2．能量守恒的两种表达(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．3．第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有...