10.3 热力学第一定律 能量守恒定律 学案(含答案)
10.3热力学第一定律
• • • •
答案： B
• 例二.图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气 体做功800 J，同时气体向外界放热200 J．缸内气体的( ) • A．温度升高，内能增加600 J • B．温度升高，内能减少200 J • C．温度降低，内能增加600 J • D．温度降低，内能减少200 J • 解析： 由热力学第一定律W＋Q＝ΔU，代入数据解得：ΔU ＝＋600 J，故气体内能增加600 J，同时可判定气体的温度 一定升高，选A. • 答案： A
w
公式条件：(绝热)
二、热传递可以改变物体的内能 1.热和内能 结论一：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时， 内能的增量等于外界向系统传递的热量
ΔU=U2-U1=Q
单纯热传递
向系统传热，Q>0
二、热传递可以改变物体的内能 1.热和内能 结论二：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时， 内能的减少量等于系统向外界传递的热量
物理量 符号 意义
外界对物体做 功 物体吸收热量
符号
意义
W
+
－
物体对外界做功
Q
+
－
物体放出热量
ΔU
+
内能增加
－
内能减少
• 5.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．
• 【跟踪发散】 1 、一定质量的气体，从状态 A 变化到状态 B 的过程中，内能增加了160 J，下列是关于内能变化的可能原 因的说法，其中不可能的是( ) • A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 J • B．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160 J的热 量 • C．从A到B的过程中吸热280 J，并对外界做功120 J • D．从A到B的过程中放热280 J，外界对气体做功120 J • 解析： 由热力学第一定律 ΔU ＝ W ＋ Q 可 知，A、B、C正确，D错误． • 答案： D
课时作业8：10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
1．(热力学第一定律的理解和应用)关于内能的变化，以下说法正确的是()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，内能可能不变答案C解析根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与做功及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；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，C正确；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误．2．(能量守恒定律的理解和应用)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()A．机械能守恒B．能量正在消失C．只有动能和重力势能的相互转化D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒答案D解析自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能等于克服阻力做的功，增加了内能．3．(热力学第一定律的理解和应用)一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J.(1)是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？(2)如果气体吸收的热量仍为2.6×105 J不变，但是内能增加了1.6×105 J，计算结果W ＝－1.0×105 J是负值，怎样解释这个结果？(3)在热力学第一定律ΔU＝W＋Q中，W、Q和ΔU为正值、负值各代表什么物理意义？答案见解析解析(1)根据ΔU＝W＋Q得W＝ΔU－Q，将Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J代入式中得：W＝1.6×105 J>0，说明外界对气体做了1.6×105 J的功．(2)如果吸收的热量Q ＝2.6×105 J ，内能增加了1.6×105 J ，即ΔU ＝1.6×105 J ，则W ＝－1.0×105 J ，说明气体对外界做功．(3)在公式ΔU ＝W ＋Q 中，ΔU >0，物体内能增加；ΔU <0，物体内能减少．Q >0，物体吸热；Q <0，物体放热．W >0，外界对物体做功；W <0，物体对外界做功．4．(气体实验定律和热力学第一定律的结合)如图6所示，两个截面积都为S 的圆柱形容器，右边容器高为H ，上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为M 的活塞．两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的．开始时阀门关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H ，右边容器内为真空．现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时理想气体的温度增加为原来的1.4倍，已知外界大气压强为p 0，求此过程中气体内能的增加量．图6答案 35(Mg ＋p 0S )H 解析 理想气体发生等压变化．设封闭气体压强为p ，分析活塞受力有pS ＝Mg ＋p 0S设气体初态温度为T ，活塞下降的高度为x ，系统达到新平衡，由盖—吕萨克定律得HS T＝(H －x ＋H )S 1.4T解得x ＝35H 又因系统绝热，即Q ＝0外界对气体做功为W ＝pSx根据热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W所以ΔU ＝35(Mg ＋p 0S )H题组一 热力学第一定律的应用1．(多选)关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是( )A ．吸热的物体，其内能一定增加B ．体积膨胀的物体，其内能一定减少C ．放热的物体，其内能也可能增加D ．绝热压缩的物体，其内能一定增加答案CD解析做功和热传递都可以改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化．2．(多选)下列过程可能发生的是()A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加答案ABD解析当物体吸收的热量多于对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确．3．如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的()图1A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J答案A解析对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．4．给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体()A．从外界吸热B．对外界做负功C．分子平均动能减小D．内能增加答案A解析胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程．温度不变，分子平均动能和内能不变．体积增大，气体对外界做正功．根据热力学第一定律气体一定从外界吸热．题组二能量守恒定律5．一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出．对于这一过程，下列说法中正确的是()A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B．子弹减少的动能等于木块增加的动能C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和答案D解析射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减小，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失．A、B项没有考虑到系统增加的内能，C项中应考虑的是系统减少的机械能等于系统增加的内能．故正确答案为D．6．汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中()A．汽车的机械能守恒B．汽车的动能和势能相互转化C．汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少D．汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒答案C解析汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少．7．(多选)一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统()A．机械能守恒B．总能量守恒C．机械能和内能增加D．机械能减少，内能增加答案BD解析物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少，由能量守恒定律知，内能应增加，能的总量不变．8．如图2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()图2A．转轮依靠自身惯性转动，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答案D解析形状记忆合金从热水中吸收热量后，一部分能量在伸展划水时转化为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中，根据能量守恒定律可知只有D项正确．题组三气体实验定律与热力学第一定律的结合9．如图3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过程中，筒内空气体积减小，空气一定()图3A．从外界吸热B．内能增大C．向外界放热D．内能减小答案C解析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ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W>0，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错，C对．10．(多选)如图4所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，dc平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法正确的是()图4A．从状态d到c，气体不吸热也不放热B．从状态c到b，气体放热C．从状态a到d，气体对外做功D．从状态b到a，气体吸热答案 BCD解析 气体从状态d 到c ，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故A 错；气体从状态c 到状态b 是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)，就一定要伴随放热的过程，故B 对；气体从状态a 到状态d 是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，C 正确；气体从状态b 到状态a 是一个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D 对．题组四 综合应用11．如图5所示，一定质量的理想气体从状态A 先后经过等压、等容和等温过程完成一个循环，A 、B 、C 状态参量如图所示，气体在状态A 的温度为27 ℃，求：图5(1)气体在状态B 的温度T B ；(2)气体从A →B →C 状态变化过程中与外界交换的总热量Q .答案 (1)600 K(或327℃) (2)2p 0V 0解析 (1)A 到B 的过程是等压变化，有V A T A ＝V B T B代入数据得T B ＝600 K(或327 ℃)(2)根据热力学第一定律有ΔU ＝Q ＋W其中W ＝－2p 0V 0解得Q ＝2p 0V 0(吸热)12．如图6所示，导热材料制成的截面积相等、长度均为45 cm 的汽缸A 、B 通过带有阀门的管道连接．初始时阀门关闭，厚度不计的光滑活塞C 位于B 内左侧，在A 内充满压强p A ＝2.8×105 Pa 的理想气体，B 内充满压强p B ＝1.4×105 Pa 的理想气体，忽略连接汽缸的管道体积，室温不变，现打开阀门，求：图6(1)平衡后活塞向右移动的距离和B 中气体的压强；(2)自打开阀门到平衡，B 内气体是吸热还是放热(简要说明理由)．答案 (1)15 cm 2.1×105 Pa (2)放热，理由见解析解析 (1)活塞向右移动达到稳定后，对A 气体，有p A LS ＝p (L ＋x )S对B 气体，有p B LS ＝p (L －x )S得x ＝15 cmp ＝2.1×105 Pa(2)活塞C 向右移动，对B 中气体做功，而气体做等温变化，内能不变，由热力学第一定律可知B 内气体放热．13．(1)(多选)对于一定量的理想气体，下列说法正确的是( )A ．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B ．若气体的内能不变，其状态也一定不变C ．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D ．气体温度每升高1 K 所吸收的热量与气体经历的过程有关E ．当气体温度升高时，内能一定增大(2)如图7所示的汽缸中封闭着一定质量的理想气体，活塞和汽缸导热性能良好，活塞与汽缸间无摩擦，汽缸开口始终向上．在室温为27 ℃时，活塞距汽缸底部距离h 1＝10 cm ，之后将汽缸放置在冰水混合物中，此时外界大气压强为1 atm ，则：图7①在冰水混合物中，活塞距汽缸底部距离h 2＝____ cm.②此过程中气体内能________(选填“增大”或“减小”)，气体将________(选填“吸热”或“放热”)．答案 (1)ADE (2)①9.1 ②减小 放热解析 (1)由理想气体状态方程pV T＝C 可知，当气体的压强和体积都不变时，温度也不会变化，故内能也一定不变，选项A 正确；当气体的内能不变时，气体可能在发生等温变化，故状态可能变化，选项B 错误；由理想气体状态方程pV T＝C 可知，当气体的温度不断升高时，压强可能升高，也可能降低，还可能保持不变，选项C 错误；气体温度每升高1 K ，内能的增量相同，但气体做功情况不同时气体所吸收的热量也不同，选项D 正确；当气体温度升高时，分子的平均动能增大，气体的内能一定增大，选项E 正确．(2)①由图可知，汽缸内气体的变化为等压变化，由盖—吕萨克定律可得10 cm ×S 300 K ＝h2×S273 K，解得h2＝9.1 cm.②放入冰水混合物后缸内气体温度降低，故内能减小；由于温度降低，气体体积减小，故外界对气体做正功；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，汽缸内气体内能减小是由于气体向外放热引起的．。
热力学定律导学案
热力学第一定律 能量守恒定律一、学习目标：1、理解物体跟外界做功和热传递的过程中W 、Q 、△U 的物理意义。
2、会确定W 、Q 、△U 的正负号。
3、理解、掌握热力学第一定律，从能量转化和转移的观点理解热力学第一定律。
4、会用△U = W + Q 分析和计算问题。
5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。
二、基础知识：回顾：热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，那么它们也必定处于热平衡。
（一）热力学第一定律1．改变内能的两种方式：2．功和内能：如果一个物体既不吸收热量也不放出热量，那么，当外界对它做功W 时，它的内能增量是ΔU ，则 。
3. 热和内能：如果一个物体既不对外做功，外界也不对物体做功，那么，当物体从外界吸收热量Q 时，它的内能增量量是ΔU ，则 。
热传递的三种方式： 、 、 。
（1）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的． （2）做功和热传递在本质上是不同的．做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化） 热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移）4. 热力学第一定律：一个热力学系统的内能增量等于 与 的和。
（1）表达式为： （2）与热力学第一定律相匹配的符号法则做功W热量Q 内能的改变ΔU取正值“+”取负值“－”5.几种特殊情况：（1）物体与外界没有热交换时（绝热过程） Q = 0外界对物体做多少功，它的内能就增加多少，反之物体对外界做功多少，它的内能就减少多少，W = ∆U （2）物体与外界间没有做功时，物体从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少；物体向外界放出多少热量，它的内能就减少多少， Q = ∆U（3）若过程中始、末物体内能不变， ∆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 针对练习：1．物体的内能增加了20Ｊ，则 A ．一定是外界对物体做了20Ｊ的功 B ．一定是物体吸收了20J 的热量C ．可能是外界对物体做了20J 的功，也可能是物体吸收了20J 的热量D ．可能是物体吸收热量的同时外界对物体做了功，且热量和功共20J2．气体膨胀对外做功100J ，同时从外界吸收了120J 的热量，它的内能变化可能是A ．减少20JB ．增大20JC ．减少220JD ．增大220J3．金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是（ ）A ．迅速向里推活塞B ．迅速向外拉活塞C ．缓慢向里推活塞D ．缓慢向外技活塞4．如图所示，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明对物体( )A 、做功可以增加物体的热量B 、做功可以改变物体的内能C 、做功一定会升高物体的温度D 、做功一定可以使物态发生变化 5.关于物体内能，下列说法中正确．．的是（ ） A ．手感到冷时，搓搓手就会感到暖和些，这是利用做功改变物体的内能 B ．将物体举高或使它们的速度增大，是利用做功来使物体的内能增大C．阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体的内能D．用打气筒打气，简内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能（二）能的转化和守恒定律1.大量事实证明各种形式的能可以相互转化，并且在转化过程中2.内容：（三）永动机不可能制成第一类永动机：人们设想中的不消耗的机器第一类永动机违背，所以不可能制成。
物理3-3_10.3_热力学第一定律_能量守恒定律
练习4.下列说法正确的是
（
D
）
A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加 B．机械能完全转化成内能是不可能的 C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变 D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少
三、热力学第一定律与气体实验定律的结合
【例5】
如图1所示，倒悬的导热汽缸中封闭着
图1
一定质量的理想气体．轻质活塞可无摩擦地上下
［总结］ 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.
二.能量守恒定律
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 的过程中其总量不变，这就是能量守恒定律 。
3. 几点说明
⑴.自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应 着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子热 运动对应内能；电磁运动对应电磁能。
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：△U=W+Q
研究功、热量跟内能变化之间的定量关系
一、热力学第一定律
符号 W Q ΔU
体积
＋
减小
，外
界对热力学系统
热力学系统
吸收 热量
内能增加
做功
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
3.思考与讨论符号的意义？源自⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机 械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。 (3).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒 定律的具体体现。 (4).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
人教版高二物理 热力学定律 导学案(含答案,精排版) 10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
§10.3 热力学第一定律能量守恒定律【目标及达标标准】1．能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其表达式，会用ΔU＝W＋Q分析和计算问题2．理解和掌握能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律,会用能量转化和守恒的观点分析物理现象3．知道第一类永动机是不可能实现的【重点、难点】热力学第一定律ΔU = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定【教学方法】合作探究【教学用具】多媒体【物理背景、物理模型】饱和汽、湿度【导读导思】达标标准：思考并完成下列问题和任务，并能独立向别人表述出来（书面或口述）自主学习、课前诊断先通读教材，画出本节课中的基本概念及物理规律，回答导学案预习中涉及的问题，独立完成，限时25分钟。
一、热力学第一定律：阅读课本第54页“热力学第一定律”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论1】一定质量的气体，被活塞密封在气缸内．问题1：如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与气体对外做功，会引起气体内能怎样的变化？问题2：如果外界与气体之间没有做功，那么气体吸热与放热会引起气体内能怎样的变化？问题3：如果气体跟外界同时发生做功和热传递的过程，W、Q、△U的正负号如何确定？问题4：W、Q、△U三者都有正负，它们的关系怎样？【思考与讨论2】一定质量的气体，如果膨胀时做的功是135J，同时向外放热85J．问题5：外界对气体做功，还是气体对外界做功？问题6：气体内能的变化量是多少？问题7：内能增加了还是减少了？【案例探究1】一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况又怎样？二、能量守恒定律：阅读课本第54-55页“能量守恒定律”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论3】能量守恒定律不是由某一个人通过某一项研究而得到的，从18世纪末到19世纪40年代，不同领域的科学家从不同角度都提出了能量守恒的思想．问题8：历史上有哪些科学家曾经在这一方面做过探索？问题9：这些科学家都在哪些方面做出了贡献？问题10：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？问题11：做功和热传递都可以改变物体的内能，那么这两种方式在改变物体内能的本质上有什么区别吗？问题12：能量守恒定律有什么重要意义？能量守恒定律使人们找到了研究自然现象的公共量度—能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性．三、永动机不可能制成：阅读课本第55-56页“永动机不可能制成”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论4】据说，13世纪有一个法国人叫奥恩库尔的，他在一个轮子的边缘上等间隔地安装了12根可活动的锤杆,如图所示．他设想一旦轮子被启动,由于轮子右边的各个重锤距轮轴更远些,就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去．问题12：不用能量的概念，你能不能说明它不会“永动”？问题13：什么是第一类永动机？问题14：为什么第一类永动机不可能制成？【案例探究3】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，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？【巩固练习】1.达标标准：（1）每道题都能独立做出来，并总结涉及的知识点；（2）尝试总结出常见题型及其做法。
2023年高考物理热点复习：热力学定律与能量守恒定律(附答案解析)
2023年高考物理热点复习：热力学定律与能量守恒定律
【2023高考课标解读】
1.知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律.
2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律.
3.掌握能量守恒定律及其应用．
【2023高考热点解读】
一、热力学第一定律
1．改变物体内能的两种方式
(1)做功；(2)热传递。
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。
3．ΔU＝W＋Q中正、负号法则
物理量W QΔU
＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加
－物体对外界做功物体放出热量内能减少
二、热力学第二定律的理解
1．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。
(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。
或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。
2．用熵的概念表示热力学第二定律
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小(选填“增大”或“减小”)。
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。
三、能量守恒定律和两类永动机
1．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。
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(完整版)热力学第一定律教案
教学重点：热力学第一定律和能量守恒定律
教学难点：永动机
一、热力学第一定律
改变物体内能的方式有两种：做功和热传递．
运用此公式时，需要注意各物理量的符号：物体内能增加时，为正，物体内能减少时，为负；外界对物体做功时，为正，物体对外界做功时，为负；物体吸收热量时，
为正，物体放出热量时，为负．
例1：下列说法中正确的是：
A、物体吸收热量，其内能必增加
B、外界对物体做功，物体内能必增加
C、物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少
D、物体温度不变，其内能也一定不变
答案：C
评析：在分析问题时，要求考虑比较周全，既要考虑到内能包括分子动能和分子势能，又要考虑到改变内能也有两种方式：做功和热传递．
例题2：空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量2.0 ×105J，同时空气的内能增加了1.5 ×105J. 这时空气对外做了多少功？
解：根据热力学第一定律知
1.5 ×105J -
2.0 ×105J = -0.5 ×105J
所以此过程中空气对外做了0.5 ×105J的功．
二、能量守恒定律
1、复习各种能量的相互转化和转移
2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变．（学生看书学习能量守恒定律内容）．
3、能量守恒定律的历史意义．
三、永动机
永动机的原理违背了能量守恒定律，所以是不可能的．
举例说明几种永动机模型
四、作业。
第三章第三节能量守恒定律热力学第一定律和气体实验定律的综合应用学案人教版高中物理选择性必修三
预习案1【自主学习】阅读教材54页-58页，大约需要10分钟，读后请思考：1.能量守恒定律是某一个科学家发现的吗？2.永动机不可能制成的原因是什么？【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。
）课堂案例题:教材65页第5题课堂练习与讨论：教材65页第3、4题讨论：热力学第一定律与能量守恒定律有何联系与区别？课堂练习：教材64页第5、6题【进阶闯关检测】A类基础关1．(多选)下列对能量守恒定律的认识，正确的是( )A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是可能制成的D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了2．“第一类永动机”不可能制成，是因为( )A．不符合机械能守恒定律 B．违背了能量守恒定律C．技术上还达不到 D．找不到合适的材料和合理的设计方案B类能力关3.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4．在一绝热的密闭房间里，有一台电冰箱正在工作。
如果电冰箱的门是开着的，那么室内的气温将如何变化？。
C类综合关（选做）5．一定质量的实际气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：(1)气体的内能增大还是减小？变化量是多少？(2)分子势能是增大还是减小？(3)分子的平均动能是增大还是减小？6．质量M＝200 g的木块，静止在光滑水平面上，质量m＝20 g的铅弹[铅的比热容c＝126 J/(kg·℃)]以水平速度v0＝500 m/s射入木块，当它射出木块时速度变为v＝300 m/s，木块的速度为20 m/s。
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10.3 热力学第一定律能量守恒定律学案
（含答案）
于热水，热水温度会降低，故
A.
B.C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确
三.气体实验定律和热力学第一定律的综合应用如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图象基础上思考以下问题1在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功2在变化过程中气体吸热，还是向外放热气体内能如何变化答案1由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，即W0.由UWQ得Q0，即气体吸热，内能增加热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路1利用体积的变化分析做功问题气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功2利用温度的变化分析理想气体内能的变化一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小3利用热力学第一定律判断是吸热还是放热由热力学第一定律UWQ，则QUW，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程例3多选xx 全国卷如图2，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程
如pV图中从a到b的直线所示在此过程中图2A气体温度一直降低B气体内能一直增加C气体一直对外做功D气体吸收的热量一直全部用于对外做功答案BC解析在pV图中理想气体的等温线是双曲线的一支，而且离坐标轴越远温度越高，故从a到b温度升高，A错；一定质量的理想气体的内能由温度决定，温度越高，内能越大，B对；气体体积膨胀，对外做功，C对；根据热力学第一定律UQW，得QUW，气体吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加气体的内能，D错例4如图3所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0时，活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，汽缸中的气体吸收的热量为Q.求图31汽缸内部气体内能的增量U；2最终的环境温度T.答案1Q0.1p0SL0.1LG
21.1T0解析1密封气体的压强pp0GS密封气体对外做功大小WpS0.1L由热力学第一定律得UQ0.1p0SL0.1LG2该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有LST0L0.1LST解得T
1.1T0.1热力学第一定律的理解和应用关于内能的变化，以下说法正确的是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，内能可能不变答案C解析根据热力学第一定律UWQ，物体内能的变化与做功及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；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，C正确；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误
2.能量守恒定律的理解和应用如图4所示，上端开口.粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中图4A大气压做正功，重力做负功，水的内能不变B大气压不做功，重力做正功，水的内能增大C大气压不做功，重力做负功，水的内能增大D大气压做负功，重力做正功，水的内能不变答案B解析由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B对，
A.
C.D错
3.热力学第一定律的理解和应用多选一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其VT图象如图5所示下列说法正确的有图5AAB的过程中，气体对外界做功BAB的过程中，气体放出热量CBC的过程中，气体压强不变DABC的过程中，气体内能增加答案BC解析由VT图象知，从A到B的过程中，气体被等温压缩，外界对气体做正功，气体的内能不变由热力学第一定律
知，气体放出热量，A错误，B正确；从B到C的过程中气体做等压变化，温度降低，气体内能减少，故C正确，D错误4气体实验定律和热力学第一定律的综合应用xx沙市中学高二下期中在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢假设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡A压强增大，体积减小，吸收热量B压强增大，体积减小，放出热量C压强减小，体积增大，吸收热量D压强减小，体积增大，放出热量答案C解析温泉中正在缓慢上升的气泡，压强减小，由理想气体状态方程公式pVTC，知温度不变，压强减小时体积增大；一定量的理想气体的内能仅与温度有关，故内能不变，体积增大时，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体应吸收热量，故C正确，
A.
B.D错误5气体实验定律和热力学第一定律的综合应用xx衡水中学模拟如图6所示，内壁光滑.足够高的圆柱形汽缸竖直放置，内有一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体已知活塞横截面积为S，外界大气压强为p0，缸内气体温度为T
1.现对汽缸内气体缓慢加热，使气体体积由V1增大到V2，该过程中气体吸收的热量为Q1，停止加热并保持体积V2不变，使其降温到T1，已知重力加速度为g，求图61停止加热时缸内气体的温度；2降温过程中气体放出的热量答案1V2V1T12Q1p0mgSV2V1解析1加热过程中气体等压膨胀，由V1T1V2T2，得T2V2V1T
1.2设加热过程中，封闭气体内能增加U，因气体体积增大，故此过程中气体对外做功，W0.由热力学第一定律知UQ1W其中WpVp0mgSV2V1由于理想气体内能只与温度有关，故再次降到原温度时气体放出的热量满足Q2U整理可得Q2Q1p0mgSV2V1。