高中物理：10.3《热力学第一定律-能量守恒定律》学案 新人教版选修3-3.doc
高中物理 第十章 热力学定律 课时3 热力学第一定律 能量守恒定律学案 新人教版选修3-3
学案3 热力学第一定律能量守恒定律[目标定位] 1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因．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，否则根本无法判定是通过做功的方法，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价的，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ΔU应该是多少？答案系统内能的增量ΔU＝Q＋W.[要点提炼]1．改变内能的两种方式：做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等价的．2．热力学第一定律：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．3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W.4．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号W Q ΔU＋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(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；(2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况．6．气体实验定律和热力学第一定律的关系两者的结合点是体积V和温度T.注意三个特殊过程的特点：(1)等温过程：内能不变，ΔU＝0；(2)等容过程：体积不变，W＝0；(3)绝热过程：Q＝0.二、能量守恒定律[问题设计]使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递．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．[要点提炼]1．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．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相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．3．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．4．第一类永动机(1)定义：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．(2)不可能制成的原因：违背了能量守恒定律．[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．一、热力学第一定律例1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．绝热压缩的气体，其内能一定增加解析做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化．答案CD例2空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 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ΔU＝W＋Q.由题意可知W ＝2×105 J ，ΔU ＝1.5×105J ，代入上式得：Q ＝ΔU －W ＝1.5×105 J －2×105 J ＝－5×104 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5×104J. 答案 5×104J 二、能量守恒定律例3 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——第一类永动机是不可能制成的D ．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了解析 A 选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的．B 选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．所以A 、B 、C 正确；D 选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D 错误． 答案 ABC三、热力学第一定律与气体实验定律的结合例4 如图1所示，倒悬的导热气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p 0.起初环境的热力学温度为T 0时，活塞到气缸底面的距离为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 ，气缸中的气体吸收的热量为Q .求：图1(1)气缸内部气体内能的增量ΔU ； (2)最终的环境温度T .解析 (1)密封气体的压强p ＝p 0－(G /S ) 密封气体对外做功W ＝pS ×0.1L 由热力学第一定律得ΔU ＝Q －W 得ΔU ＝Q －0.1p 0SL ＋0.1LG(2)该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有LS T 0＝(L ＋0.1L )S T解得T＝1.1T0.答案(1)Q－0.1p0SL＋0.1LG(2)1.1T01．(热力学第一定律)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则根据热力学第一定律，下列各式中正确的是( )A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J答案 B解析因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J；气体的内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，即B选项正确．2．(热力学第一定律)如图2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2A．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；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为在下降过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错，C对．3．(能量守恒定律)下面设想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答案BCD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．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行，故B、C符合；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D符合．4. (热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图3是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的气柱长度为22 cm，现用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭的气柱长度变为2 cm，人对活塞做功100 J，大气压强为p0＝1×105Pa，不计活塞的重力．问：图3(1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？(2)若以适当的速度压缩气体，气体向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1 cm2)答案(1)1.1×106 Pa (2)82 J解析(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cm，l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS，缓慢压缩，气体温度不变由玻意耳定律得p0V0＝pV解得p＝1.1×106 Pa(2)大气压力对活塞做功W1＝p0S(l0－l)＝2 J人做功W2＝100 J由热力学第一定律得ΔU＝W1＋W2＋QQ＝－20 J解得ΔU＝82 J题组一热力学第一定律1．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；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，则内能不变，C正确；而放热与对外做功都使物体内能减少，故D错．2．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能的变化)( ) A．内能增大，放出热量 B．内能减小，吸收热量C．内能增大，对外界做功 D．内能减小，外界对其做功答案 D解析不计分子势能的变化时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小．塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功．再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有选项D正确．3．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104 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，密度减小答案 D解析 由ΔU ＝W ＋Q 可得理想气体内能变化ΔU ＝－1.0×104 J ＋2.5×104 J ＝1.5×104J>0，故温度升高，A 、B 两项均错．因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由ρ＝mV可知密度较小，故C 项错误，D 项正确．4．一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×105Pa 的状况下，体积从20 L 膨胀到30 L ，这一过程中气体从外界吸热4×103J ，则气体内能的变化为( ) A ．增加了5×103J B ．减少了5×103J C ．增加了3×103J D ．减少了3×103J 答案 C解析 气体等压膨胀过程对外做功W ＝p ΔV ＝1.0×105Pa ×(30－20)×10－3m 3＝1.0×103J ．这一过程气体从外界吸热Q ＝4×103J ．由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，由于气体对外做功，W 应取负值，则可得ΔU ＝－1.0×103J ＋4.0×103J ＝3.0×103J ，即气体内能增加了3×103J ．故选项C 正确． 题组二 能量守恒定律5．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法中正确的是( ) 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越来越小，说明机械能在减少，故A 、C 项错误；而减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B 项错误，D 项正确．6.如图1所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是( )图1A ．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能B ．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能C ．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能D ．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能 答案 D解析 子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能．7．“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．做功产生的热不符合热功当量D找不到合适的材料和合理的设计方案答案 B8.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( )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解析轻推转轮后，叶片开始转动，由能量守恒定律可知，叶片在热水中吸收的热量一部分释放到空气中，另一部分使叶片在热水中伸展做功，所以叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，D正确．题组三热力学第一定律与气体实验定律的综合应用9.如图3所示，一绝热容器被隔板K隔成a、b两部分．已知a内有一定质量的稀薄气体，b 内为真空．抽离隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中( )图3A．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 抽离隔板K ，a 内气体体积变大，由于b 内为真空，所以a 内气体不做功，由热力学第一定律可得B 正确．内能不变，故温度不变，体积变大，由玻意耳定律可知压强变小，所以D 正确．10．用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( )图4A ．体积减小，内能增大B ．体积减小，压强减小C ．对外界做负功，内能增大D ．对外界做正功，压强减小 答案 AC解析 袋内气体与外界无热交换即Q ＝0，袋四周被挤压时，体积V 减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，气体内能增大，则温度升高，由pV T＝常数知压强增大，选项A 、C 正确，B 、D 错误．11.如图5所示，A 、B 两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A 变化到状态B 时( )图5A ．体积必然变大B ．有可能经过体积减小的过程C ．外界必然对气体做功D ．气体必然从外界吸热 答案 ABD解析 本题是气体状态变化、图象与热力学第一定律结合的综合分析题．连接OA 、OB ，得到两条等容线，故有V B >V A ，所以A 正确．由于没有限制自状态A 变化到状态B 的过程，所以可先从A 状态减小气体的体积再增大气体的体积到B 状态，故B 正确．因为气体体积增大，所以是气体对外界做功，C 错误．因为气体对外界做功，而气体的温度又升高，内能增大，由热力学第一定律知气体一定从外界吸热，D 正确．12．如图6所示，一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B ，再由状态B 变化到状态C .已知状态A 的温度为300 K ．气体在状态B 的温度T B ＝________；由状态B 变化到状态C 的过程中，气体是________(吸热或放热)．图6答案 1200 K 放热 解析 从状态A 到B 状态，P A V A T A ＝P B V BT B得T B ＝1200 K ，由状态B 变化到状态C 体积不变，压强减小，温度降低，内能减小，但W ＝0，所以放热．13.如图7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7(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 (2)2p 0V 0解析 (1)A 到B 过程是等压变化有V A T A ＝V BT B代入数据得T B ＝600 K(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)。
高中物理选修3-3学案：10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
[目标定位] 1.理解热力学第一定律，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.3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律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制成的．一、热力学第一定律1．改变内能的两种方法：做功与____________．两者在改变系统内能方面是____________．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________与外界对它________________的和．(2)数学表达式：ΔU＝________.3．公式ΔU＝Q＋W中符号的规定4.(1)当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能增加，也可能减小，还可能保持不变．(2)物体内能发生变化可能是由做功引起的，也可能是由热传递引起的，还可能是两者共同作用的结果．5．判断是否做功的方法一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否变化．(1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0；(2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.深度思考图1快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？例1空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？对热力学第一定律应注意：(1)要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统.(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号规则代入数据.对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义.例2一定质量的理想气体，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．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1＞Q2二、能量守恒定律永动机不可能制成1．能量守恒定律能量既不会凭空________，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，在转化和转移的过程中，能量的总量________________．2．能量守恒定律的意义(1)各种形式的能可以____________．(2)各种物理现象可以用________________联系在一起．3．永动机不可能制成(1)第一类永动机：人们把设想的不消耗________的机器称为第一类永动机．(2)第一类永动机由于违背了________________，所以不可能制成．深度思考图2为一种所谓“全自动”的机械手表，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？图2例3如图3所示，直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，加热气体，并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为ΔU，则()图3A．ΔU＝Q B．ΔU<QC．ΔU>Q D．无法比较利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒观点求解.针对训练如图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，水的内能不变三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用热力学第一定律与气体结合问题的解题方法在于综合应用理想气体状态方程和热力学第一定律，两者的结合点是温度和体积．(1)一定质量的理想气体内能的变化要看温度，气体温度升高，内能增大；气体温度降低，内能减小．(2)气体与外界的做功情况要看体积．气体体积膨胀，对外做功；气体体积减小，外界对气体做功；理想气体自由膨胀，不做功．例4如图5所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时()图5A．气体内能一定增加B．气体压强变大C．气体对外界做功D．气体对外界放热例5如图6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6(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU；(2)最终的环境温度T.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？4．(气体实验定律和热力学第一定律的结合)如图7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p0，求此过程中气体内能的增加量．图7提醒：完成作业第十章 3[答案]精析一、知识梳理1．热传递等效的2．(1)热量所做的功(2)Q＋W3．外界物体吸收增加物体外界放出减少深度思考无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的．不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别．典例精析例15×104 J[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ΔU＝W＋Q.由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 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5×104 J.例2A[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W1＜W2；若Q1＜Q2，则必定有W1＞W2，所以B、C、D三项都有可能但不一定，故选A.]二、知识梳理1．产生消失转化转移保持不变2．(1)相互转化(2)能量守恒定律3．(1)能量(2)能量守恒定律深度思考这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．典例精析例3B[因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q 有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能．故正确[答案]为B.]针对训练B[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，选项A、C、D错．]三、典例精析例4C[由图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，故气体的内能不变，气体对外做功；由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量．综上可知，C对，A、B、D错．]例5(1)Q －0.1p 0SL ＋0.1LG (2)1.1T 0[解析] (1)密封气体的压强p ＝p 0－G S密封气体对外做功W ＝pS ×0.1L由热力学第一定律ΔU ＝Q －W得ΔU ＝Q －0.1p 0SL ＋0.1LG(2)该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有LS T 0＝(L ＋0.1L )S T解得T ＝1.1T 0对点检测自查自纠1．C 2.D3．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＝2.6×105J，内能增加了1.6×105J，即ΔU＝1.6×105J，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．4.35(Mg＋p0S)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＋p0S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HST＝(H－x＋H)S1.4T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＋p0S)H。
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堂互动学案新人教版选修3_3
3 热力学第一定律能量守恒定律课堂互动三点剖析1.热力学第一定律的应用热力学第一定律的物理意义：热力学第一定律就是能的转化与守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体表现.能量是量度物质运动的物理量，不同形式的能与物质的不同运动形式相对应.内能与分子热运动相对应;电能与电荷的运动相对应;原子能与原子核运动相对应等等.2.应用能量守恒定律解决力学综合问题(1)自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种相应的能量.(2)各种形式的能都可以相互转化.(3)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另一个物体，这就是能量守恒定律.它是自然现象中普遍适用的自然规律，而机械能守恒定律的应用是有条件的，因为它只是能的转化与守恒定律的一个特例.3.能量守恒定律的重要意义能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍. (1)能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律，热力学第一定律是能的转化与守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体体现.(2)一切违背能的转化与守恒定律的过程都是不可能实现的，能的转化与守恒定律证明第一类永动机不可能制成.各个击破【例1】气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化是( ) A.减小20 J B.增大20 J C.减小220 J D.增大220 J 解析：研究对象为气体，依符号规则，对外做功W=-100 J，吸收热量Q=+120 J.由热力学第一定律有：ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J.ΔU＞0，说明气体的内能增加，故选项B正确. 答案：B类题演练一池塘中的水上、下温度相同，一气泡由水底上升，下面说法正确的是( ) A.气泡的内能增加 B.气泡的内能减少C.气泡吸收热量D.气泡放出热量解析：气泡在上升过程中气体的温度不变，分子的平均动能不变，分子的总动能也不变；又由于气体分子间距离较大，已达10r0，分子力可视为零，气泡上升过程中虽然体积增大，分子间距离增大，可视为分子力不做功，分子势能不变，故气泡的内能不变.气泡在上升过程中体积膨胀对外界做功，W＜0,由公式W+Q=ΔU知，ΔU=0，故Q＞表明气泡吸热.答案:C【例2】在太阳光的直射下，地球表面每平方厘米每分钟可获得的能量，试估算我国所有江河每年(525 600 min)流入海洋的水流量(取一位有效数字).解析：因为海洋面积约占地球总面积S总的3/4，并且只有S总的一半受太阳光的照射，因此，一年内地球上所有海洋吸收的太阳能为Q=(1/2)×(3/4)×S总×4.2 J/(cm2·min)×525 600 min=8.3×105S总 J如果取25℃时水的汽化热为2.44×106J/kg ，则所有海洋一年中总共蒸发水汽的质量为m=Q/L=(8.3×105S 总)/(2.44×106) kg=0.34S 总 kg再设我国的大陆面积为S ，则一年中输送到我国大陆上空的水汽质量为m′=(S/S 总)·m=(S/S 总)·0.34S 总=0.34S kg而我国大陆面积S 约为9.6×106 km 2，即S=9.6×1016 cm 2，故m′=0.34 ×9.6×1016 kg≈3×1016 kgV=m′/ρ=3×1016 kg/(103 kg·m -3)=3×1013 m 3即我国所有江河每年流入海洋的水流量约为3×1013 m 3.答案：3×1013 m 3【例3】 一铁球从高H 处由静止落到地面上，回弹速率是落地速率的一半，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：由题意可知，需根据能量守恒定律来分析，铁球损失的动能全部转化为铁球的内能. 设落到地面时的速率为v ，由v 2=2gH 得落地时v=gH 2.则铁球在地面撞击时损失的动能ΔE=mgH v m mv 43)2(212122=-. 由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能，则ΔU=ΔE=43mgH ， 由Q=mc Δt 得Δt=cgH mc mgH mc Q 4343== 答案：cgH 43。
【物理】10.3《热力学第一定律-能量守恒定律》教案(新人教版选修3-3)
10.3热力学第肯定律能量守恒定律教学目的（1）知道热力学第肯定律，理解能量守恒定律（2）对热力学第肯定律的数学表达式有简洁相识（3）知道永动机是不行能的教材分析分析一：本节由变更物体内能的两种方式引出热力学第肯定律及其数学表达式，在此根底上结合以往的学问总结出能量守恒定律，最终通过能量守恒定律阐述永动机是不行能的．分析二：依据热力学第肯定律知，物体内能的变更量，运用此公式时，须要留意各物理量的符号：物体内能增加时，为正，物体内能削减时，为负；外界对物体做功时，为正，物体对外界做功时，为负；物体汲取热量时，为正，物体放出热量．分析三：各种形式的能量在转化与转移过程中保持总量不变，无任何附加条件，而某种或几种能的守恒是要有条件的（例如机械能守恒须要对于系统只有重力或弹力做功）．教法建议建议一：在讲完热力学第肯定律后，给出其表达式，为增进学生对其理解，最好能举出实际例子，应用热力学第肯定律计算或说明．建议二：在讲能量守恒定律后，最好能用它对以往所学学问进展一个简洁的总结．要使学生相识到能量守恒定律是一个普遍的规律，热力学第肯定律是其一个详细表达形式．另外，为激发学生学习爱好，阐述能量守恒定律的重要意义，可以简洁介绍一下19世纪自然科学的三大发觉．教学设计示例教学重点：热力学第肯定律与能量守恒定律教学难点：永动机一、热力学第肯定律变更物体内能的方式有两种：做功与热传递．运用此公式时，须要留意各物理量的符号：物体内能增加时，为正，物体内能削减时，为负；外界对物体做功时，为正，物体对外界做功时，为负；物体汲取热量时，为正，物体放出热量时，为负．例1：下列说法中正确的是：A、物体汲取热量，其内能必增加B、外界对物体做功，物体内能必增加C、物体汲取热量，同时对外做功，其内能可能削减D、物体温度不变，其内能也肯定不变答案：C评析：在分析问题时，要求考虑比拟周全，既要考虑到内能包括分子动能与分子势能，又要考虑到变更内能也有两种方式：做功与热传递．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：依据热力学第肯定律知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、复习各种能量的互相转化与转移2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，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反了能量守恒定律，所以是不行能的．举例说明几种永动机模型四、作业探究活动题目：永动机组织：分组方案：搜集有关永动机的材料，并运用所学学问说明永动机是不行能的评价：材料的丰富性。
《热力学第一定律 能量守恒》 教案 1 (新人教版选修3-3)
3 热力学第一定律能量守恒教学目标：1.知道热力学第一定律，理解能量守恒定律；2.会用热力学第一定律的数学表达式进行简单计算；3.知道永动机不可能。
教学重点和难点：能量守恒定律的理解、热力学第一定律的应用教学方法：分析、讨论、启发式教学教学过程：一、一、新课引入：物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。
改变内能的两种方式：做功和热传递外界对物体做了多少功，物体的内能就增加多少，外界传递给物体多少热量，物体的内能就增加多少，若外界既向物体传热又对物体做功呢？二、新课教学：（一）热力学第一定律用∆U表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，W表示外界对物体做的功：∆U=Q+W例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，外界对气体做了多少功？例2：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了1.6×105J，外界对气体做了多少功？例3：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，同时对外界做了3.6×105J 的功，气体的内能增加了多少？符号法则：对△U：“正（＋）”表示内能增加“负（－）”表示内能减少对Q：“正（＋）”表示吸热“负（－）”表示放热对W：“正（＋）”表示外界对物体做功“负（－）”表示物体对外界做功（二）能量守恒定律做功改变物体的内能是其它形式的能转化成了内能热传递（吸热）改变物体的内能是内能从外界转移到了这个物体、即能的转移。
自然界中，各种形式的能都可以相互转化。
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，在转化和转移过程中其总量不变例：从20米高处落下的水，如果开始时水的势能的20%用来使水的温度升高，水落下后温度升高多少？三、小结：1、了解热力学第一定律，会用其数学表达式进行简单计算；2、理解热力学第一定律公式中各量的正负号的含义3、理解能量守恒定律，能应用其解释一些现象；4、知道第一类永动机是不可能的、它违反了热力学第一定律。
新人教版高中物理选修3-3热力学第一定律 能量守恒教案
热力学第一定律能量守恒本节教材分析本节首先在讲述改变内能的两种方式的基础上，给出了热力学第一定律的表达式Δu=W+Q,公式中的Δu是内能增量，Ｗ表示外界对系统所做的功，对气体来说：要使学生知道：压缩气体时外界对气体做功，气体膨胀时气体对外界做功.对于能量守恒定律，教学中应该使学生掌握这个定律，理解这个定律的重要意义，在习题中安排了一些定量地运用能量守恒定律的题目，以加深对这个定律的理解.永动机不可能制成，是导致能量守恒定律发现的一条重要线索，为了使学生理解这一点，教材介绍永动机不可能制成时，举出一个实例来供学生分析，这个永动机方案是１３世纪时法国人亨内考提出的，是早期的一个著名方案，教学时也可举出其他永动机的实例说明，以帮助学生理解永动机不可能制成对能量守恒定律的建立所起的重要作用.教学目标一、知识目标１.能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，公用Δu=W+Q 分析和计算问题.2.掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义.会用能量守恒的观点分析物理现象.3.能综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析，解决有关问题.4.了解第一类永动机不可能制成的原因.二、能力目标１.会用热力学第一定律Δu＝W＋Ｑ分析和计算问题；2.会用能量转化和守恒的观点分析物理现象.3.能综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题.三、德育目标通过形形色色的永动机设计方案的失败，使学生明白不可能不付出代价就从自然界创造动力，而只有有效地利用自然界提供的各种能源.教学重点1.能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用Δu=W+Q 分析和计算问题.2.学会用能量转化和守恒的观点分析物理现象3.综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题.教学难点如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象，如何综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算、分析、解决有关问题.教学方法讲练法、分析归纳法、阅读法教学用具投影仪、投影片课时安排1课时教学过程［投影］本节课的学习目标：１.掌握热力学第一定律及其公式表达，能够从能量转化的观点理解这个定律；2.会用公式Δu=W+Q分析和计算问题；3.掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义，会用能量转化和守恒的观点分析物理现象；4.能综合运用学过的知识，能用能量守恒定律进行有关计算、分析、解决有关问题.学习目标完成过程一、引入［问］改变物体内能的方式有哪些？［学生］做功和热传递是改变物体内能的两种方式.［教师］既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么功，热量跟内能的改变之间一定有某种联系，本节课我们就来研究这个问题.二、新课教学（一）热力学第一定律［投影］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，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？［学生解答思考题］教师总结一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少.如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少.［问］如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？［板书］Δu=W+Q［介绍］该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律.［投影］定律中各量的正、负号及含义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，内能可能不变参考解答：1.由热力学第一定律：Δu=W+Q得：＋1800 J+(-2000 )J=Δu ∴Δu=-200 J即空气内能减少了200 J2.解析：根据热力学第一定律Δu=W+Q，物体内能的变化与外界对气体做功（或气体对外界做功），气体从外界吸热（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，同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，Ｂ错；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，Ｃ正确.而放热与对外做功是使物体内能减小，所以Ｄ错.所以本题正确答案为Ｃ（二）能量守恒定律［教师］通过前边的学习我们知道：做功改变物体内能的过程是内能和其他形式的能的转化过程，热传递改变物体内能的过程是内能从一个物体转移到另一个物体的过程.［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.［教师］做功改变物体的内能时，对物体做多少功就有多少机械能转化为等量的内能，物体对外界做多少功，就有多少内能转化为等量的机械能；在热传递过程中，物体吸收多少热量，内能就增加多少，物体放出多少热量，内能就减少多少.热力学第一定律表示，做功和热传递提供给一个物体多少能量，物体的能量就增加多少，能量在转化或转移中守恒.［投影］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，这就是能量守恒定律.［学生阅读课文，并叙述能量守恒定律发现的意义］（三）永动机不可能制成［介绍］什么是第一类永动机永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机.人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.［多媒体展示常见的永动机模型］［介绍永动不可能制成的原因］根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.［对学生进行思想教育］人类利用自然，必须遵循自然规律，而不是去研制永远无法实现的永动机.三、小结本节课我们主要学习了（一）热力学第一定律：热力学第一定律是研究功、热量和内能改变之间关系的.如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所作的功Ｗ加上物体从外界吸收的热量Ｑ等于物体内能的增加Δu.即Δu=Q+W该定律既适用于外界对物体做功，物体吸热，内能增加的情况，也适用于物体对外做功.向外界散热和内能减少的情况.为了区别以上两种情况，在应用Δu=Q+W进行计算时，它们的正负号规定如下：W＞0,表示外界对系统做功；Ｗ＜0,表示系统对外界做功；Q＞0,表示系统从外界吸热；Ｑ＜0，表示系统向外界放热；Δu＞0,表示系统内能增加；Δu＜0,表示系统内能减少；（二）能量守恒定律1.能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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，这就是能的转化和守恒定律.2.能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严宣告永动机幻想的彻底破灭.四、板书设计。
2019-2020学年度人教版选修3-3 10.3热力学第一定律 能量守恒定 教案(3)
10.3热力学第一定律能量守恒定教案一、教学目标知识与技能：1、知道什么是绝热过程。
2、理解做功与内能改变的数量关系。
3、知道热传递是改变系统内能的一种方式。
4、知道热传递与做功对改变系统的内能是有区别的过程与方法：能够得出热力学第一定律，并会应用。
情感态度与价值观：通过学习能量守恒定律的得出过程，学习科学家的探索精神二、教学重难点本节重点是热力学第一定律本节难点是1、如何根据气体体积变化判断做功情况2、对热力学第一定律公式中各物理量符号意义的理解三、教学策略学生自主学习为主，教师借助实验视频和问题设计引导学生合作探究，掌握所学知识，四、教学过程在课前三分钟阶段，让学生结合自己的预习作业（附表），再次阅读教材内容，并完成黑板上对应的知识点框架。
上课后直接结合实验视频的播放和问题引导学生，构建知识框架。
播放第一个实验视频：压燃实验，提出问题，为什么棉花燃烧了，在此过程中能量的转化是靠什么方式实现的？请学生回答绝热过程的定义，并简介焦耳的两个代表实验及其结论，进而总结出绝热过程中做功与系统状态变化的关系和特点。
问题讨论：1、回顾哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定与物体的运动路径无关？2、在第七章中我们曾经学习过内能的概念是什么呢？当时讲的内能的变化与什么有关？而今天的内能一致吗？有何关系？——类比得出内能的另外一种定义，并讨论此种定义与之前内能定义的区别和联系。
最后总结得出绝热过程中做功与内能的关系（一）焦耳的实验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，这样的过程叫做绝热过程。
2、焦耳的两个代表实验（1）对系统做机械功——让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升（2）对系统做电功——通过电流的热效应给水加热3、实验结论在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，与做功方式无关。
（二）功和内能1、内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。
高二物理选修热力学第一定律能量守恒定律教案
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பைடு நூலகம்
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
A
A．Q1—Q2=W2—W1 C．W1=W2
B．Q1=Q2 D．Q1>Q2
点拨：整个过程的内能不变 ΔU= 0
由热力学第一定律 ΔU=W总+Q总=0
Q总= - W总
∴ Q1—Q2=W2—W1
练习4.一定量的气体吸收热量体积膨胀并对外做
功则此过程的末态与初态相比
D
A．气体内能一定增加
B．气体内能一定减小
2.热传递改变物体内能的过程是内能从一个 物体转移到另一个物体的过程
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
1. 历史过程 P54
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
例1.一定质量的气体在被压缩过程中外界对气体 做功300J但这一过程中气体的内能减少300J 问此过程过程中气体是吸热还是放热吸收或放 出多少热量
•解：由题意知：W=300JΔU= -300J 由ΔU=W+Q可得： Q=ΔU-W =-300J-300J= -600J Q为负表示气体放热600J
• 通过前边的学习我们知道： 1.做功改变物体内能的过程是内能和其他形 式的能的转化过程
10[1].3《热力学第一定律__能量守恒定律》学案全集1(人教版选修3-3)(物理教案)
10.3热力学第一定律 能量守恒定律【学习目标】：1．知道热力学第一定律的内容及其表达式2．理解能量守恒定律的内容3．了解第一类永动机不可能制成的原因【自主学习】：§10.3 热力学第一定律 能量守恒定律填一填：由于做功和热传递在改变系统内能或状态上等价的，即一定数量的功和确定数量热量相对应，故我们说：一个热力学系统内能的增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，即叫做热力学第一定律，表达式：U Q W ∆=+。
点一点：在上式中，若U ∆取正值表示系统的内能增加，若U ∆取负值表示系统的内能减少；若Q 取正值表示系统吸收了热量，若Q 取负值表示系统放出了热量；若W 取正值表示外界对系统做了功，若W 取负值表示系统对外界做了功。
即系统内能的变化可用热量与功的和的正负来判断。
填一填：很多科学家通过对自然现象或一些实验过程的分析得出能量守恒结论，即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，在转移或转化过程中其总能量保持不变。
填一填：能量守恒定律把人们认为互不相关的各种现象、表面上完全不同的各类运动统一在一个自然规律中，也为人类研究自然规律提供了有力的武器。
填一填：人们想要制造的不需要任何动力或燃料却能不断地对外做功的第一类永动机，却总是失败的原因是违背了能量守恒定律。
例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20J解析 根据改变物体内能的两种方式是等效的原理可知，物体内能的增加、减少，并不能肯定归于做功或热传递，除非事先己知．正确选项为C 、D ．拓展 改变物体内能的方式都存在时，物体内能的变化情况由功的数值和热量共同决定． 例2． 关于物体内能的变化，以下说法正确的是A ．物体对外做功，内能一定减小B ．物体吸收热量，内能一定增大C ．一定量的0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少D ．物体吸收热量，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 ，仅知道物体吸热或仅知道物体对外做功，内能的变化无法确定，选项A 、B 错误；0℃的水结成0℃的冰，既放出热量(Q<0)，又增大体积对外做功(W<0)，则ΔU 肯定小于零，即内能一定减少，故选项C 正确；若物质吸热(Q>0)，而对外做功(W<0)，当满足条件Q+W=0时，ΔU ＝0，故选项D 正确．本题的正确答案为CD ．拓展 物体内能的变化有两条途径，即做功和热传递，只有一条途径则不能判断内能的增减．所以要判断内能的变化就必须在两条途径都确定的情况下才可以．例3． 如图10－3－2所示容器，A 、B 中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水上面是大气、大气压恒定，A 、B 间带有阀门K 的管道相连，整个装置与外界绝热，开始时A 的水面比B 高，开启K ，A中的水逐渐向B 中流，最后达到平衡，在这个过程中A ．大气压力对水作功，水的内能增加B ．水克服大气压力作功，水的内能减少C ．大气压力对水不作功，水的内能不变D ．大气压力对水不作功，水的内能增加解析 打开阀门K ，平衡后两容器中水面相平，相当于将图10－3－3中画斜线部分的水从A 容器移到B 容器．水的重心下降，重力势能减少，重力对水做正功．大气压对A 容器中的水做正功，对B 容器中的水做负功，大气压的功W ＝Fh=P0sh=P0V ，因为A 中水减少的体积等于B 中水增加的体积，所以大气压对水做的总功为零．由于容器绝热，水和外界没有热交换，而重力对水做正功，由热力学第一定律可知，ΔU ＝W ＋Q ＝W>0，水的内能增加，故选项D 正确．基础训练1．关于物体内能的变化，以下说法正确的是 （ ）A.物体吸热，内能一定增大B.物体对外做功，内能可能增大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2．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是 （ ）A.秋千的机械能守恒B.秋千的能量正在消失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3．下列各物体在所经历的过程中，内能增加的有 ( )A.在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体B.水平飞行并射穿木块的子弹C.在绝热的条件下被压缩的气体D.在光滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的速度运动4．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5．对于在一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是 （ ）A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热B.水的内能不变，对外界做功，从外界吸热C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热6．为使一个与外界保持良好热交换状态的物体的内能能够明显变化，以下方法可行的是（ ）A.以较大的功率对物体做功B. .以较小的功率对物体做功C.该物体以较大的功率对外做功D. 该物体以较小的功率对外做功7．图10.3-1A经B至C的P—1V图线，则在此过程中（）A.气体的内能改变B.气体的体积增大C.气体向外界放热D.气体对外界做功图10.3-18．从10m高空由静止开始下落的水滴，在下落的过程中，水滴重力势能的40﹪转化为水的内能使水的温度升高，则水滴落下后温度升高多少？[水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）]9．一个透热良好的气缸，缸壁浸在盛水的容器中，迅速下压活塞，压缩中对气体做了2000J 的功，稳定后使容器中2千克的水温度升高了0.2℃，假设盛水容器绝热。
新人教版高中物理选修3-3_热力学第一定律 能量守恒教案1
热力学第一定律 能量守恒一、教学目标：1.能从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用△U Q +=ω分析和计算问题.2.理解能量守恒定律的意义,会用能量转化和守恒的观点分析物理现象.3.能综合运用学过的知识,用能量守恒定律进行有关计算、分析、解决有关问题.4.了解第一类永动机不可能制成的原因.二、教学重点：热力学第一定律和能量守恒定律三、教学难点：第一类永动机不可能制成的原因.四、教学方法：阅读、分析归纳、讲授法五、教学过程：（一）引入：前边我们学习了改变物体内能的两种方式，我们知道内能改变的过程也就是内能和其他形式能的转化或内能的转移过程，那么在能的转化和转移中，符合什么规律呢？本节课我们来学习这个问题.（二）新课教学：1.热力学第一定律：（1）我们知道：做功和热传递都可以改变物体的内能，在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体做的功ω加上物体从外界吸收的热量Q 等于物体内能的增加U ∆,即:ω+=∆Q U（2）上述公式表示功、热量跟内能改变之间的关系，叫热力学第一定律.（3）热力学第一定律也适用于物体对外做功向外界散热和内能的减少情况，为了区别上述两种情况，它们的正负号规定如下：外界对系统做功，ω>0；系统对外界做功，ω<0;系统从外界吸热，Q >0；系统向外界放热，Q<0；∆>0系统内能增加U∆<0系统内能减小U（4）巩固训练：一定量的气体从外界吸收热量2.66×105 J，内能增加4.25×105J，气体对外界做了功？还是外界对气体做了功？做了多少功？（外界对系统做了功1.59×105 J）2.能量守恒定律：（1）不同形式能量之间可以相互转化：①在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应.例如物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷运动具有电能等.②不同形式能量之间的转化.a.摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能.b.电流通过电热丝可将电能转化为内能等.上述实例表明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功过程来完成的.（2）能的转化和守恒定律：①简介：人类通过对大量的实践经验进行总结得知：要获得一种能量，一定需要利用另一种能量通过做功的方式进行转化，能量不能被创生，也不能被消灭.②用投影片出示能量转化和守恒定律的内容.③学生阅读课文，并分组阐述能量守恒定律的重要意义.（3）分析永动机不可能制成的原因：据能量守恒定律，能量不能被创生，即不可能设计创造出一种不消耗任何能量而源源不断地对外做功的永动机.（三）巩固训练：关于物体的内能，以下说法中正确的是A.物体吸收热量，内能一定增加B.物体对外做功，内能一定减少C.物体吸热，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（四）小结：能量守恒定律是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍，所以它对于解决问题是很有用的.（五）作业：练习六P43（六）板书设计：。
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课题：10、3热力学第一定律能量守恒定律
学习目标：
知识与技能：
1、理解热力学第一定律。
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。
3、理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。
4、通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性。
5、知道第一类永动机是不能实现的。
过程与方法：促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考，培养学生的科学探究能力。
情感态度与价值观：注重激发学生学习物理的情趣和振兴中华的使命感和责任感
重点：热力学第一定律
难点：能量守恒定律
学习过程：
一、热力学第一定律。
1、焦耳的实验表明什么问题？
2、写出热力学第一定律的文字表述。
2、写出热力学第一定律的数学表达式。
3、回答课本p55思考与讨论的问题。
4、总结△U，Q，W几个量取正、负的意义。
二、能量守恒定律。
5、认真阅读教材后，写出能量守恒定律的内容。
6、被恩格斯列为19世纪三大发现有哪些事件？
三、永动机不可能制成
7、什么是第一类永动机？
8、第一类永动机为什么不能制成？
课堂小结：
（1）应用热力学第一定律解题的一般步骤：
①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负；
②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；
③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
（2）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。
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。
⑶.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。
(4).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。
(5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
(6). 能量守恒定律的重要意义
第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空
消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。
第二，宣告了第一类永动机的失败。
例1.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是（）
A.W=8×104J，ΔU =1.2×105J ，Q=4×104J
B.W=8×104J，ΔU =－1.2×105J ，Q=－2×105J
C.W=－8×104J，ΔU =1.2×105J ，Q=2×104J
D.W=－8×104J，ΔU =－1.2×105J ，Q=－4×104J
例2.一定质量的气体，在压缩过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？
例3. 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：（1）物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
（2）分子势能是增加还是减少？
（3）分子的平均动能是增加还是减少？
达标训练：
1、p58问题与练习1：
2、p58问题与练习2：
（1）
（2）
3、p58问题与练习3：
4、p58问题与练习4：
5、p58问题与练习5：
6、p58问题与练习6：
7、关于物体内能的变化，以下说法正确的是（）
A.物体吸热，内能一定增大
B.物体对外做功，内能可能增大
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
8、自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是（）
A.秋千的机械能守恒
B.秋千的能量正在消失
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
9、下列各物体在所经历的过程中，内能增加的有 ( )
A.在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体
B.水平飞行并射穿木块的子弹
C.在绝热的条件下被压缩的气体
D.在光滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的速度运动
10、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
11、对于在一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是（）
A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热
B.水的内能不变，对外界做功，从外界吸热
C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热
D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热
12、为使一个与外界保持良好热交换状态的物体的内能能够明显变化，以下方法可行的是（）
A.以较大的功率对物体做功
B. .以较小的功率对物体做功
C.该物体以较大的功率对外做功
D. 该物体以较小的功率对外做功
13、图10.3-1所示是一定质量的理想气体从状态A经B至C的P—1
V
图线，则在此过程中
（）
A.气体的内能改变
B.气体的体积增大
C.气体向外界放热
D.气体对外界做功图
学后反思：。