1、第3节热力学第一定律能量守恒定律课堂合作探究问题导学一、对热力学第一定律的理解活动与探究11一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：（1）如果外界对物体做的功为W，则它的内能如何变化？变化了多少？（2）如果物体对外界做的功为W，则它的内能如何变化？变化了多少？2一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：（1）如果物体从外界吸收热量Q，它的内能如何变化？变化了多少？（2）如果向外界放出热量Q，它的内能如何变化？变化了多少？3如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化U与热量Q及做的功W之间又有什么关系呢？迁移与应用1一定质量的气体从外界吸收了4.210
2、5 J的热量，同时气体对外界做了6105 J的功，问：（1）物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？（2）分子势能是增加还是减少？（3）分子的平均动能是增加还是减少？热力学第一定律的应用应注意的问题1在应用过程中应特别分清W、Q的正负号，以便准确地判断U的正、负。2符号法则做功W热量Q内能的变化U取正值“”外界对系统做功系统从外界吸收热量系统的内能增加取负值“”系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能减少3判断是否做功的方法一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化。（1）若物体体积增大，表明物体对外界做功，W0；（2）若物体体积变小，表明外界对物体做功，W0。4应用热力学第一定律
3、解题的一般步骤（1）根据符号法则写出各已知量（W、Q、U）的正负；（2）根据方程UWQ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。二、能量守恒定律永动机活动与探究21能量可以由一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体。能量在转化或转移的过程中遵循什么规律呢？2什么是第一类永动机？第一类永动机违反了什么规律？迁移与应用2如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（）A转轮
4、依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C转动的叶片不断搅动热水，水温升高D叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量1能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。2能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中的三大发现，其重要意义由此可见。3第一类永动机不可能制成一切与热现象有关的过程，能量一定守恒。第一类永动机本质上都是认为能量能够无中生有地创造出来，这违背
5、了能量守恒定律，因而是不可能实现的。当堂检测1在热力学第一定律的表达式UWQ中，关于U、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是（）A外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时U为正B物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时U为负C物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时U为正D外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时U为负2下列关于能量转化现象的说法中，正确的是（）A用太阳灶烧水是太阳能转化为电能B电灯发光是电能转化为光能C核电站发电是电能转化为内能D生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能3断定第一类永动机不可能制成的依据是（）A牛顿第二定律
6、B动量守恒定律C机械能守恒定律 D能量守恒定律4气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化是（）A减小20 J B增大20 JC减小220 J D增大220 J5一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比（）A气体内能一定增加 B气体内能一定减小C气体内能一定不变 D气体内能的增减不能确定答案：课堂合作探究【问题导学】活动与探究1：1答案：一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做功为W，它的内能就增加W；物体对外界做功为W，它的内能就减少W。2答案：如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体从外界吸收
7、热量Q，它的内能就增加Q；物体向外界放出热量Q，它的内能就减少Q。3答案：UQW。该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律。迁移与应用1：答案：见解析解析：（1）气体从外界吸热为：Q4.2105 J气体对外界做功为：W6105 J由热力学第一定律知：UWQ（6105 J）（4.2105 J）1.8105 JU取负值，说明气体的内能减少，减少了1.8105 J。（2）因为气体对外界做功，所以气体的体积增大，分子间距离增大，气体分子间的作用力表现为引力，所以此过程要克服分子力做功，分子势能增加。（3）因为气体内能减少，同时气体的分子势能增加，说明气体分子的平均动能
8、一定减少了。活动与探究2：1答案：能量在转化或转移的过程中遵循能量守恒定律。2答案：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，人们把这种不消耗能量的机器叫做第一类永动机。第一类永动机违反了能量守恒定律。迁移与应用2：D解析：转轮转动，机械能增加，必须从外界吸收能量，A、B错误；转动叶片从水中吸收能量，水温降低，C错误；叶片吸收的热量一部分转化为机械能，选项D正确。【当堂检测】1C解析：根据公式UWQ中的符号法则知选项C正确。2B解析：A选项中是光能转化为内能，C选项中是核能转化为电能，D选项中是化学能转化为内能，故B选项正确。3D解析：能量守恒定律的确立，给予了第一类永动机不能制成的科学解释。4B解析：研究对象为气体，依符号规则，对外做的功W100 J，吸收热量Q120 J。由热力学第一定律有：UWQ100 J120 J20 J。U0，说明气体的内能增加。故正确选项为B。5D解析：由热力学第一定律UQW，气体吸收热量Q0，体积膨胀对外做功W0，但不能确定Q与W值的大小，所以不能判断U的正负，则气体内能的增减也就不能确定，选项D正确。