高中物理选修3---3第十章第三节《热力学第一定律 能量守恒定律》新课教学课件
高中物理第十章热力学定律第4节热力学第二定律讲义含解析新人教版选修3_320190412173
雨衣专享
雨衣专享 第4节热力学第二定律
1.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
2．开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
3．热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值，即η＝WQ，W
4．第二类永动机不可能制成。
一、自然过程的方向性
1．热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。
2．气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开而成为两种不同的气体。
3．机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。
4．气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空。
5．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
6．热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律。
二、热力学第二定律的两种表述
1．克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传递的方向性。
2．开尔文表述
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。(即机械能与内能转化具有方向性)
3．对热力学第二定律的理解 雨衣专享
雨衣专享 热力学第二定律的两种表述是等价的，也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
4．第二类永动机
(1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机。
(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库。
2019高中物理刷题首选卷 第十章 课时3 热力学第一定律能量守恒定律(对点练+巩固练)(含解析
课时3 热力学第一定律 能量守恒定律
[对点训练]
知识点一·热力学第一定律
1．(多选)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中( )
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
答案 BD
解析 b内为真空，a中气体进入b中是为自由扩散过程，对外界不做功，而容器是绝热的，所以气体与外界无热量交换，根据热力学第一定律可知气体内能不变，故A错误，B正确。气体内能不变，稀薄气体分子势能不计，则其分子动能不变，气体温度不变；根据pVT＝C知，气体体积增大，压强减小，故C错误，D正确。
2．在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中关于ΔU、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ΔU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ΔU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ΔU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ΔU为负
答案 C
解析 外界对物体做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负，故C正确。
3．(多选)如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( )
A．气体对外做功，气体温度可能不变
B．气体对外做功，内能一定减少
C．气体压强减小，内能可能不变
D．气体从外界吸热，内能一定增加
答案 AC
解析 由于汽缸导热，则可与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，压强减小，可能与外界进行热交换吸热使内能不变，故A、C正确，B、D错误。 4．(多选)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B，等容过程B→C，等温过程C→A，又回到了状态A，则( )
物理选修3---3第十章热力学定律知识点汇总
1
物理选修3---3第十章热力学定律知识点汇总
（填空训练版）
知识点一、功和内能
1、绝热过程：
热力学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，也不向外界传热的热力学过程，称为绝热过程。
2、内能：
内能是一种与热运动有关的能量。在物理学中，我们把物体内所有分子作无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。内能用字母U表示。在宏观上，热力学系统的内能U是状态量的函数，由系统的分子数、温度、体积决定。
3、绝热过程功和能的关系
功是过程量，能量是状态量，功是能量变化的量度。某热力学系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量UUU12就等于外界对系统所做的功W，即
WU
可见，这一过程实现了其它形式的能与内能之间的转化。
知识点二、热和内能
1、热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。
2、热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。
3、热传递过程热和能的关系
某热力学系统从状态1经过单纯的传热过程达到状态2时，内能的增加量UUU12就等于外界对系统传递的热量Q，即
QU
可见，这一过程只是实现了内能与内能之间的转移。
知识点三、热力学第一定律、能量守恒定律
1、热力学第一定律
2
①热力学第一定律表述：
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作的功的和。
②热力学第一定律表达式
QWU
③应用热力学第一定律解题的思路与步骤：
1)、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)和外界对物体或系统所做的功。
3）、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。
高一物理能量守恒定律与能源3.
高中物理课堂教学教案年月日课题§5.10能量守恒定律与能源课型新授课（2课时）
教
学
目
标知识与技能
理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散．
过程与方法
通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义．
情感，态度与价值观1．用能量的观点分析问题应该深入学生的心中，因为这是最本质的分析方法．
2．感知我们周围能源的耗散，树立节能意识．
教
学
重
点
、难
点教学重点1．能量守恒定律的内容．
2．应用能量守恒定律解决问题．
教学难点1．理解能量守恒定律的确切含义．
2．能量转化的方向性．
教
学
方
法探究、讲授、讨论、练习
教
学
手
段教具准备
投影仪、教学录像或课件、玻璃容器、沙子、小铁球、水、小木块．教学活动
[新课导入]
师：我们已学习了多种形式的能，请同学们说出你所知道的能量形式．我们还
知道不同量之间是可以相互转化的，请举几个能量转化的例子．
生1：电灯能够发光是因为电能转化为了光能．
师：当电灯发光的同时．还能感觉到电灯是热的，说明什么问题呢?
生1：说明在电能转化为光能的同时还产生了热能．
生2：我举一个例子，当两个物体相互摩擦的时候，它们的温度会升高，这个过
程中机械能转化为内能．
生3：在火箭发射的时候，推进剂燃烧产生的化学能转化为火箭的机械能．
生4：汽车在行驶过程中，汽车内燃机产生的化学能转化为汽车的机械能．
师：刚才同学们分析得都很好，看起来自然界除了我们在上几节学过的机械能
之外，还有各种各样的能量，机械能守恒定律成立的条件是什么?
生：机械能守恒定律成立的条件是只有重力或弹力做功．
师：我们看一下下面几种情况下物体所处的系统机械能是否守恒．[新课教学]
一、能量守恒定律(演示实验1：在一个玻璃容器内放人沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，
使其落到沙子中)
师：大家看这样一个问题：小球运动过程中机械能是否守恒?请说出小球运动过
程中能量的转化情况．
生：小球在运动过程中机械能不守恒，根据机械能守恒定律成立的条件是只有
重力或弹力做功，在小球下落的过程中，除了受到的重力做功之外，还有沙子对它做
高中物理第4章热力学定律与能量守恒4.1热力学第一定律4.2能量守恒定律的发现历程教师用书沪科选修3-3
1 4．1 热力学第一定律
4．2 能量守恒定律的发现历程
学
习 目 标 知 识 脉 络
1.掌握功与内能的关系，掌握热量和内能的关系．(重点)
2．正确认识做功和热传递在改变内能上是等效的，但本质是不同的．
3．知道热力学第一定律的内容、公式，并能用其解决问题．(重点、难点)
4．了解第一类永动机及其不可能制成的原因．
5．知道能量守恒定律发现的过程，体会自然界的统一性．(重点)
6．理解能量守恒定律的内涵及外延，并解释自然现象．(重点、难点)
热力学第一定律
[先填空]
1．做功和内能的改变
(1)绝热过程
系统跟外界之间不发生热交换，这时系统经历的过程叫做绝热过程．
(2)关系式
ΔU＝U2－U1＝W.
2．热传递和内能的改变
(1)热传递的三种方式
传导、对流、辐射．
(2)关系式
ΔU＝U2－U1＝Q.
3．热力学第一定律 2 (1)改变物体内能的两种方式
做功和热传递．
(2)物体内能的改变
①如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内能增加；若物体对外做功，物体的内能减少．
②如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能增加；物体放出热量时，它的内能减少．
(3)热力学第一定律
①内容：物体内能的增加量ΔU，等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和．
②表达式：ΔU＝W＋Q.
③符号规则：物体从外界吸收热量，外界对物体做功，则Q＞0，W＞0；反之Q＜0，W＜0；若ΔU＞0表示物体内能增加，ΔU＜0表示物体内能减小．
④意义：一个物体内能增加，必定有其他物体对它做功，或向它传递热量．与此同时，对此物体做功或向它传热的其他物体要减少等量的能量，而系统的总能量保持不变．在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化过程中总能量守恒．
[再判断]
1．在绝热过程中，外界对系统做多少功，内能就能增加多少．(√)
2．热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．(×)
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。(√)
人教版选修3-3 第十章第3节 热力学第一定律 能量守恒定律 学案
第3节 热力学第一定律 能量守恒定律
1.理解热力学第一定律，掌握它的表达式并能进行有关计算． 2.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题． 3.知道第一类永动机是不可能制成的．
一、热力学第一定律
1．改变内能的两种方式：做功和传热．
2．热力学第一定律
(1)内容：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．
(2)表达式：ΔU＝Q＋W．
1．(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加. ( )
(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收热量．( )
(3)系统从外界吸收热量5 J，内能可能增加5 J．( )
(4)系统内能减少，一定是系统对外界做功．( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)×
二、能量守恒定律
1.内容：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.意义
(1)各种形式的能可以相互转化．
(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．
2．(1)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．( )
(2)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能．( )
提示：(1)× (2)√
三、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，却能不断地对外做功的机器．
2.第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律．
有一种所谓“全自动”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？
提示：这不是永动机．是通过手臂的摆动获得能量．
热力学第一定律的理解和应用
1．对公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符号的规定
符号 Q W ΔU
＋ 物体吸收热量 外界对物体做功 内能增加
－ 物体放出热量
物体对外界做功 内能减少
2.几种特殊情况
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 )