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互动课堂学案新人教选修.docx

3 热力学第一定律能量守恒定律互动课堂疏导引导1.对热力学第一定律的理解 做功和热传递都能改变物体的内能，因此物体内能的改变量U，必与功W和热量Q有关：（1）如果单纯通过做功改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来量度，这时，物体内能的增加（或减小）量U就等于外界（或物体对外界）所做的功W的数值，即U=W.（2）如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化便可用传递热量的多少来量度.物体内能的增加（或减少）量U应等于从外界吸收（或向外界放出）热量Q的数值，即U=Q.（3）在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化则由做功和所传递的热量共同决定.在这种情况下，物体内能的增加量就应等于外界对物体所做的功W和物体从外界吸收的热量Q之和.即U=W+Q.（4）若过程的始末状态物体的内能不变，即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.2.热力学第一定律的应用（1）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方式是等效的，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）应用热力学第一定律时，必须明确研究对象，搞清它与周围物体的做功关系和热传递关系.（3）为正确应用热力学第一定律，应注意以下符号法则： 外界对物体做功，W取正值，W0； 物体对外界做功，W取负值，W0； 物体吸收热量，Q取正值，Q0； 物体放出热量，Q取负值，Q0； 物体内能增加，U取正值，U0； 物体内能减少，U取负值，U0.3.能量守恒定律（1）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，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能.（2）能量守恒定律的内容 能最既不会凭空产生，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，在转化和转移的过程中，其总量不变，这就是能量守恒定律.（3）与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律.（4）能量守恒守律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法.能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称十九世纪自然科学中三大发现.其重要意义由此可见一斑.4.第一类永动机不可能制成 永动机的诱人前景，曾使许多人致力于永动机的研究，但都以失败告终. 能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量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，而不能无中生有地创造能量.不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器（第一类永动机）是不可能制成的.活学巧用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，内能可能不变解析：根据热力学第一定律U=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，故选项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，选项B错；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，选项C正确.而放热与对外做功都是使物体内能减小，选项D错.答案：C2.一定量的气体从外界吸收了2.6105 J的热量，内能增加了4.2105 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2.6105 J不变，但是内能增加了1.6105 J，计算结果W=-1.0105 J,是负值，怎样解释这个结果？（3）在热力学第一定律U=Q+W中，W、Q和U的正值、负值各代表什么物理意义？解析：（1）由热力学第一定律：如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加U即U=W+Q将Q=2.6105 J,U=4.2105 J代入上式得W=U-Q=4.2105 J-2.6105 J=1.6105 JW0，说明外界对气体做了1.6105 J的功.（2）如果吸收的热量Q=2.6105 J,内能U增加了1.6105 J,计算结果为W=-1.0105 J,说明气体对外界做功.（3）在公式U=Q+W中，U0，物体内能增加；U0，物体内能减少.Q0，物体吸热，Q0，物体放热.W0，外界对物体做功；W0物体对外界做功.答案：（1）外界对气体做了1.6105 J的功.（2）说明气体对外界做功.（3）略.3.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.答案：C4.行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流.上述不同现象中所包含的相同的物理过程是（ ）A.物体克服阻力做功 B.物体的动能转化为其他形式的能量C.物体的势能转化为其他形式的能量 D.物体的机械能转化为其他形式的能量解析：这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞、是空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力.因而物体都克服阻力做功，A项对；四个物体运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D项对.答案：AD5.要把质量为103 kg的卫星发射到地球附近的圆形轨道上，如果燃料完全燃烧产生的热量有1%转化为卫星轨道上