2022版新教材物理人教版选择性必修第三册学案：第三章第2节热力学第一定律 WORD版含解析.docx

1、第2节热力学第一定律课标解读课标要求素养要求1.知道热力学第一定律,并掌握其表达式。2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题,并进行具体的计算。1.物理观念：知道热力学第一定律及其符号法则。2.科学思维：理解热力学第一定律的公式并能进行相关的分析计算。3.科学探究：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。4.科学态度与责任：了解热力学第一定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发展的意义。自主学习必备知识教材研习教材原句要点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热量与外界对它所做的功的和。自主思考对于某一系统

2、，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U应该是多少？答案：提示系统内能的增量U=Q+W。名师点睛热力学第一定律的理解（1）热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况。既有做功又有热传递的过程中，公式中U表示内能的变化量，W表示外界对系统做功，Q表示外界向系统传递的热量。（2）热力学第一定律的表达式也适用于物体对外界做功、向外界散热和内能减少的情况，在应用U=Q+W进行计算时，注意它们的正、负。互动探究关键能力见学用157页探究点一热力学第一定律的理解和应用情境探究1.如图所示，汽缸内封闭了一定质量的气体。（1）快速推动活塞，对汽缸内气

3、体做功10J，气体内能改变了多少？（2）若保持气体体积不变，外界对汽缸内气体传递10J的热量，气体内能改变了多少？（3）若推动活塞压缩气体，对汽缸内气体做功10J的同时给汽缸传递10J的热量，气体内能改变了多少？内能的变化比单一方式有什么不同？答案：（1）提示快速推活塞过程中，有Q=0，根据功和内能变化的关系U=W，可知气体内能增加了10J。（2）保持气体体积不变，则W=0，根据热和内能变化的关系U=Q，可知气体内能增加了10J。（3）气体内能增加了20J，汽缸内气体内能的变化量等于活塞对气体所做的功与外界对汽缸内气体传递的热之和，内能变化会比单一方式变化得更明显。探究归纳1.公式U=Q+W的

4、符号规定符号WQU+体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加-体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.热力学第一定律的几种特殊情况（1）若过程是绝热的，即Q=0，则W=U，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。（2）若过程中不做功，即W=0，则Q=U，物体吸收的热量等于物体内能的增加量。（3）若过程中物体的始、末内能不变，即U=0，则W+Q=0或W=-Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。3.应用热力学第一定律解题的思路与步骤（1）首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。（2）分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或

5、物体(或系统)对外所做的功。（3）根据热力学第一定律U=Q+W列出方程进行求解。（4）特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义。探究应用例（多选）（2021江苏南通高三月考）如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体，将一细管插入液体，活塞上方液体会缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变，则关于这一过程中汽缸内的气体( )A.单位时间内气体分子对活塞撞击的次数增多B.气体分子间存在的斥力是活塞向上运动的原因C.气体分子的速率分布情况不变D.气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量答案：C ; D解析：活塞上方液

6、体逐渐流出，对活塞受力分析可得，汽缸内气体压强减小，又汽缸内气体温度不变，则单位时间内气体分子对活塞撞击的次数减少，故A项错误；气体分子对活塞的碰撞是活塞向上运动的原因，故B项错误；外界的温度保持不变，导热材料制成的汽缸内气体温度不变，气体分子的速率分布情况不变，故C项正确；汽缸内气体温度不变，汽缸内气体内能不变；汽缸内气体压强减小，体积变大，气体对外界做功；根据热力学第一定律可得，气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量，故D项正确。迁移应用1.如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸收热量为Q、气体内能增加量为U，则( )A.U=QB.UQD.无法比较答案：B解析：因B的密度大，两部分气体混合后，整体重心升高，重力做负功，由热力学第一定律可得U0，根据U=W+Q可知气体吸收热量，A项错误。从状态b到c，气体温度不变，内能不变；体积变大，则气体对外做功，B项错误。从状态a到状态d气体温度升高，则内能增加，C项正确。从状态c到状态d，气体体积不变，则气体的密度不变，D项正确。