高中物理 第十章 热力学定律 专题10.3 热力学第一定律 能量守恒定律课件 新人教版选修3-3
高中物理选修3-3导学案：10-2热力学第一定律 能量守恒定律
10-2热力学第一定律 能量守恒定律
一、导学
（一）热力学第一定律
1.功和热:改变系统的状态,_____和_______这两种方法是等效的,即一定数量的功与确定数量的热相对应。
2.热力学第一定律:
(1)内容:一个热力学系统的内能_____等于外界向它传递的_____与外界对它所做的___的和。 (2)表达式:________。
（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_____为另一种形式,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_____保持不变。
(2)意义:①各种形式的能可以相互_____。
②各种互不相关的物理现象可以用_________定律联系在一起。
2.第一类永动机不可能制成:
(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)第一类永动机不可能制成的原因:违背了_________定律。
(3)意义:正是历史上设计永动机的失败,才使后人的思考走上了正确的道路。
二、合作探究
探究一、热力学第一定律
1.一个物体,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,如果外界既没有对它做功,它也没有对外界做功,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)如果物体向外界放出热量Q,它的内能如何变化?变化了多少?
3.一定质量的气体,膨胀时对外做功,同时向外放热,气体的内能增加了还是减少了?若气体对外做功的同时吸收热量呢?
探究二、能量守恒定律
1.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?
2.什么是第一类永动机?它能实现吗?
四、课堂训练
1、外界对一定质量的气体做了200 J的功,同时气体又向外界放出了80 J的热量,则气体的内能 (选填“增加”或“减少”)了 J。
高中物理第十章热力学定律第三节热力学第一定律能量守恒定律课堂探究学案新人教选修
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律
课堂探究
探究一热力学第一定律
问题导引
1．一个物体，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？
提示：(1)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；
(2)物体对外界做功为W，它的内能就减少W。
2．一个物体，外界既没有对它做功，它也没有对外界做功，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)如果物体向外界放出热量Q，它的内能如何变化？变化了多少？
提示：(1)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热量Q，它的内能就增加Q；
(2)物体向外界放出热量Q，它的内能就减少Q。
3．如果某一过程中，物体跟外界同时发生了做功和热传递，那么，该物体内能的变化ΔU与热量Q及做的功W之间又满足怎样的关系呢？
提示：ΔU＝W＋Q。该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫作热力学第一定律。
名师精讲
1．热力学第一定律的意义
热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。
2．热力学第一定律的符号法则
做功W 热量Q 内能的变化ΔU
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.几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，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W＝0，则Q＝ΔU，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ΔU＝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。
高中物理第十章热力学定律第5、6节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展教学案人教版3
1 / 8 第5、6节热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展
1.热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
2．热力学第二定律可叫做熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
3．能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降低为不大可用的低品质形式。
一、热力学第二定律的微观解释
1．有序、无序
一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序。
2．宏观态、微观态
系统的宏观状态即宏观态，系统内个体的不同分布状态即微观态。
3．热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
4．熵及熵增加原理
(1)熵：表达式S＝kln Ω，k表示玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目。S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵。
(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
二、能源和可持续发展
1．能量耗散和品质降低
(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，成为更加分散因而也是无序度更大的能量，分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。
(2)各种形式的能量向内能转化方向是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能自动发生、全额发生的。
(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。 2 / 8 (4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。
2．能源和环境
1．自主思考——判一判
(1)熵越小，系统对应的微观态就越少。(√)
(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会增加。(×)
(3)大量分子无规则的热运动能够自动变为有序运动。(×)
高中物理 第十章 3热力学第一定律 能量守恒定律教案 新人教版选修3-3
热力学第一定律 能量守恒定律课时教学设计
课 题 热力学第一定律 能量守恒定律 课 型 新授课
课标
要求 （1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。
（2）理解热力学第一定律ΔU =W+Q 3）理解“永动机”不能实现的原理。
教学
目
标 知识与能力 在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU
=W+Q，并会用ΔU =W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。
过程与方法 在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU
=W+Q，并会用ΔU =W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。
情感、态度与价值观 能量守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用能量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。
教学
重点 1．重点内容是热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最基本的定律。学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。
教学
难点 运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。
教学
方法 教师讲解，课件演示，指导学生看书
教学程序设计
教
学
过
程
及
方
法 环节一 明标自学
过程设计 二次备课
“明标自学”：
1．知识目标：
（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。
（2）会确定的W、Q、ΔU正负号。
（3）理解热力学第一定律ΔU =W+Q
（4）会用ΔU =W+Q分析和计算问题。
（4）理解能量守恒定律，能列举出能量守恒定律的实例；
（5）理解“永动机”不能实现的原理。
教
学
过
程
及
方
法 环节二 合作释疑 环节三 点拨拓展
过程设计 二次备课
（－）引入新课
上节课我们学习了改变内能的两种方式，做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么规律呢？这节课我们就来研究这些问题。
高中物理第十章热力学定律第12节功和内能热和内能讲义含解析新人教版选修3_320190412171
第1、2节功和内能 热和内能
1.绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热的过程。
2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。
3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的过程。
4．系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。
5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。
一、焦耳的实验
1．绝热过程
系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。
2．代表实验
(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。
(2)通过电流的热效应给水加热。
3．实验结论
要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
二、功和内能
1．内能的概念
(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。
(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。
2．绝热过程中内能的变化
(1)表达式：ΔU＝W。
(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。
三、热和内能
1．热传递 (1)条件：物体的温度不同。
(2)过程：温度不同的物体发生热传递，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。
(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
2．热和内能
(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
(3)单纯的传热过程中内能的变化。
①公式：ΔU＝Q。
②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。
1．自主思考——判一判
(1)温度高的物体含有的热量多。(×)
(2)内能大的物体含有的热量多。(×)
(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。(×)
(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。(√)
2020版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课时作业(含解析)新人教版选修3_3
3 热力学第一定律 能量守恒定律
1.关于内能的变化,以下说法正确的是( C )
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,ΔU=W+Q,物体内能的变化与做功和热传递两个因素均有关,物体吸收热量,内能不一定增大,因为物体可能同时对外做功,故内能有可能不变或减少,A错误,C正确;物体对外做功,还有可能吸收热量、内能可能不变或增大,B错误;物体放出热量,同时对外做功,内能一定减少,D错误.
2.(2019·安徽合肥检测)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 )
A.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2
C.W1=W2 D.Q1>Q2
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W1W2,所以B,C,D三项都有可能但不一定,故选A.
3.如图所示,有一导热性良好的汽缸放在水平面上,活塞与汽缸壁间的摩擦不计,汽缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体,忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零),忽略环境温度的变化,现缓慢推倒汽缸,在此过程中( A
)
A.气体吸收热量,内能不变
B.汽缸内分子的平均动能增大
C.单位时间内撞击单位面积汽缸壁的分子数增多
D.汽缸内分子撞击汽缸壁的平均作用力增大
解析:由题图可知,该过程气体对外做功,由于忽略环境温度变化,温度不变,内能不变,由热力学第一定律可知,气体吸收热量.A正确.
4.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,下列说法正确的是( D )