1、学案2、3 学案 2 热力学第一定律 学案 3 能量守恒定律 学习目标定位1.理解热力学第一定律及其符号规定.2.能运用热力学第一定律讨论理想气体等压、等容和等温过程的能量转换关系.3.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律.4.知道第一类永动机是不可能造成的本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 知识储备区 学案2、3 1改变物体内能的两种方式：和两者在改变系统内能方面是的2物体的内能是物体内部所有分子做热运动的和的总和，物体的内能跟物体的、和物质的量有关做功热传递等效动能分子势能温度体积本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 知识储备区 学案2、3
2、 3热力学第一定律：如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加 U 就等于物体和外界对物体之和即 U.4理想气体的特点(1)理想气体的微观模型：忽略了分子之间的作用力，忽略了分子势能，所以理想气体的内能等于分子热运动动能的总和(2)理想气体的内能只跟温度和物质的量有关，与体积无关5能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式为另一种形式，或者从一个物体到别的物体；在转化和转移过程中其总量6第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地的机器吸收的热量 Q做的功 WQW转化转移不变对外做功本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 知识储备区 学
3、案2、3 7第一类永动机不可能制成的原因：违背了定律.能量守恒本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 一、热力学第一定律问题设计一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本不能判定是经过对它做功的方法，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效的，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 U 应该是多少？答案 系统内能的增量 UQW.本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 要点提炼1热力学第一定律的表
4、达式：UQW.2对公式 UQW 符号的规定符号WQU 外界对热力学系统做功热力学系统热量内能热力学系统对外界做功热力学系统热量内能吸收增加减少放出本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 3.三种特殊情况(1)若过程是绝热的，即 Q0，则 WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加(2)若过程中不做功，即 W0，则 QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即 U0，则 WQ0 或 WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 二、热力学第一定律应用举例问题设
5、计你能应用热力学第一定律讨论理想气体在等压膨胀过程的能量转换关系吗？答案 设一定质量的理想气体，保持压强不变，由(V1，T1)变为(V2，T2)，而且 V1V2.由盖吕萨克定律V1T1V2T2及 V1V2 知 T1T2.因气体膨胀(V1V2)，则气体对外做功，W0.因气体温度升高(T1T2)，则气体的内能增加 U0.由热力学第一定律 UWQ 可知 QUW0.即系统由外界吸收热量，系统吸收的热量一部分用来增加内能，一部分转化为气体对外所做的功本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 要点提炼1等压过程中的能量转换(1)等压膨胀：由于 W0，U0，则 QUW0，即
6、气体吸收的热量一部分用来，另一部分转化为气体对外(2)等压压缩：由于 W0，U0，则 QUW0，即气体对外界放热，放出的热量等于外界对气体与气体之和2等容过程中的能量转换(1)温度升高：由于 U0，W0，则 QU，即气体从外界吸收的热量全部用于增加气体的增加内能所做的功所做的功内能减小量内能本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3(2)温度降低，由于 U0，W0，则 QU，即气体向外界放出的热量等于气体3等温过程中的能量转化(1)等温膨胀：由于 W0，U0，则 QW0，即气体从外界吸收的热量全部转换为气体对外(2)等温压缩：由于 W0，U0，则 QW0，即外界
7、对气体所做的功全部转换为气体传给外界的内能的减少量所做的功热量本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 三、能量守恒定律问题设计使热力学系统内能改变的方式是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？答案 能量的总量保持不变本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 要点提炼1对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定(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
8、一定2能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等各种形式的能通过某种力做功可以相互转化3第一类永动机违背了相等相等能量守恒定律本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 延伸思考热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？答案 是本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 例 1(单选)如图 1 所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降的过程中，筒内空气
9、体积减小，且()A从外界吸热B内能增大C向外界放热D内能减少图1本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 解析 本题考查气体性质和热力学第一定律，由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项 B、D 均错 根据热力学第一定律公式UWQ，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做功，式中 W 取正号，U0，所以 Q 为负，即气体向外放热，故选项 A 错，C 对正确答案为 C.答案 C本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 针对训练 1(单选)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体
10、做了 8104 J 的功，气体的内能减少了 1.2105 J，则下列各式中正确的是()AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 JBW8104 J，U1.2105 J，Q2105 JCW8104 J，U1.2105 J，Q2104 JDW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J解析 因为外界对气体做功，W 取正值，即 W8104 J；内能减少，U 取负值，即 U1.2105 J；根据热力学第一定律 UWQ，可知 QUW1.2105 J8104 J2105 J，即 B 选项正确B本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 例 2(单选)如图 2 所
11、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热 Q，气体的内能增加为 U，则()图 2AUQBUQD无法比较B解析 解题的关键是弄清参与转化和转移的各种能量中哪些增加、哪些减少A、B 两部分气体开始时的合重心在中线以下，混合均匀后，合重心在中线上，所以系统的重力势能增大，根据能量守恒定律可得，吸收的热量应等于增加的重力势能与增加的内能之和，即 QEpU，显然 QU.本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 针对训练 2 一铁球从高 H 处由静止落到地面上，反弹速率是落
12、地速率的一半，设撞击所转化的内能全部使铁球温度升高，则铁球的温度升高多少？(设铁的比热容为 c，各物理量取国际制单位)解析 设铁球落到地面时的速率为 v，由 v22gH 得落地时速率 v 2gH则铁球在与地面撞击时损失的动能Ek12mv212m(v2)238mv238m2gH34mgH本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能则 UEk34mgHQ由 Qcmt 得 t Qcm34mgHcm 3gH4c即铁球温度升高3gH4c.答案 3gH4c本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、
13、3 解析 利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故 A 不符合 例 3(单选)下面设想不符合能量守恒定律的是()A利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B做一条船，利用流水的能量逆水行舟C通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D利用核动力，驾驶地球离开太阳系A让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞，故 B、C 符合；设计一种利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱
14、太阳引力的束缚而离开太阳系，故 D 符合 本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 学习探究区 学案2、3 UQW本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 自我检测区 学案2、3 1(单选)关于物体内能的变化，以下说法中正确的是()A物体吸收热量，内能一定增大B物体对外做功，内能一定减少C物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变解析 根据热力学第一定律 UWQ，物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)和物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故 A 错；本学案
15、栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 自我检测区 学案2、3 同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B 错；若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能可能不变，C正确；放热与对外做功都是使物体内能减少，故 D 错答案 C本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 自我检测区 学案2、3 2(单选)景颇族的祖先发明的点火器如图 3 所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()A气体温度升高，压强不变B气体温度升高，压强变大C气体对外界做正功，气体内能增加D外界对气体做正功，气体内能减少图3本学案栏目开关 知识储
16、备区 学习探究区 自我检测区 自我检测区 学案2、3 解析 由于套筒内封闭着一定质量的气体，当猛推推杆时推杆迅速压缩气体，外界对气体做正功由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似的绝热过程，即整个系统来不及向外界传递热量根据热力学第一定律，这时外力做的功只能用来增加气体的内能这就使气体分子的运动加剧，引起气体分子平均动能增加，气体温度升高，所以艾绒即可点燃由于被封闭的气体质量不变，温度升高，而体积变小，则由气体状态方程知压强变大故 B 选项正确，其他选项都错答案 B本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 自我检测区 学案2、3 3(单选)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收
17、热量 2.5104 J，气体对外界做功 1.0104 J，则该理想气体的()A温度降低，密度增大B温度降低，密度减小C温度升高，密度增大D温度升高，密度减小D解析 由热力学第一定律 UWQ 得：U1.0104 J2.5104 J1.5104 J，因此气体的内能增大，故温度升高，又因气体对外做功，体积增大，故密度减小本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区 自我检测区 学案2、3 4空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了 2105 J 的功，同时空气的内能增加了 1.5105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？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 UWQ.由题意可知 W2105 J，U1.5105 J，代入上式得：QUW1.5105 J2105 J5104 J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5104 J答案 5104 J本学案栏目开关 知识储备区 学习探究区 自我检测区