高二物理(人教版教科版通用) 热力学第一定律 能量守恒定律学习任务单

1、热力学第一定律 能量守恒定律 学习任务单课前回顾：问题1：在我们生活中离不开各种各样的能量，请举出生活中的实例说说物体具有哪些形式的能量，这些能量在具体的过程中经历了转化成了什么形式的能量？问题2：改变内能有哪些方式？如果给你一小段铁丝，你有哪些办法可以让它升温？1.改变内能的两种方式：_与_.两者在改变系统内能方面是_.2.热力学第一定律（1）人们关于热本质的争论：热质说热动说观点问题：热质说在解释什么实验现象遇到了困难？（2）内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_与外界对它所_的和.（3）热力学第一定律的表达式： 。此式是标量式，应用时除了要注意热量的单位应统一为“焦耳”，同时

2、还要注意Q和W的正、负。物理量符号意义符号意义U+_Q+_W+_3.能量守恒定律（1）能量守恒定律的建立过程孕育期：科学家一直在追寻守恒量的道路上，并且已经发现了机械能守恒定律；各种形式的能量之间的转化现象逐渐被发现；各种永动机的实验失败建立期：_、_、_的贡献最大。（2）能量守恒定律的内容：（3）永动机不可能制成的原因是_拓展学习任务：1.查找资料了解历史上的永动机。2.在能量守恒定律的建立过程中有很多科学家做出了贡献，请查阅资料了解他们的生平和科学研究经历。3.有一种“永动”玩具饮水鸟. 小鸭的头和身 由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。我

3、们将鸟俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口后，直立起来。可是直立摇晃一会儿后它又会俯下身去，等到鸟嘴浸到了水，“喝”了一口，又会直立起来摇晃，如此循环往复，它不停地点头喝水。似乎达到了一种“永动”的状态，但是经过这节课的学习我们知道不存在不消耗能源却能够一直工作的机械，那你能够尝试说明饮水鸟的能量来源吗？参考：小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”

4、后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。课前回顾：问题1、生活中存在电能、化学、光能、核能等，比如：水力发电，机械能转化为电能，电能通过电灯转化成光能和内能；通过给手机充电，电能转化成化学能和内能。问题2、改变内能的方式：做功和热传递。是铁丝升温的方式：反复弯折它，会发现弯折的地方，铁丝的温度升高，还可以把铁丝与砂纸摩擦等，还可以把铁丝放进热水里。1、改变内能的两种方式：_与_.两者在改变系统内能方面是_.做功、热传递、等价的2、热力学第一定律（1）人们关于热本质的争论热质说热动说观点热是一种没有重量、可以在物体中流动的物质热是粒子运动的表现，物体由于粒子的剧烈运动

5、而发热热质说在解释摩擦生热现象时遇到了困难，摩擦生热中只要摩擦，热不断的产生，如果热是一种物质，不可能凭空产生。（2）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_功_的和.（3）热力学第一定律的表达式： U=Q+W 。此式是标量式，应用时除了要注意热量的单位应统一为“焦耳”，同时还要Q和W的正、负值。物理量符号意义符号意义U+系统的内能增加_系统的内能减少Q+系统从外界吸热_系统向外界放热W+外界对系统对功_系统对外界做功3.能量守恒定律（1）能量守恒定律的建立过程孕育期：科学家一直在追寻守恒量的道路上，并且已经发现了机械能守恒定律；各种形式的能量之间的转化现象逐渐被

6、发现；各种永动机的实验失败建立期：_迈尔_、_焦耳_、_亥姆霍兹_的贡献最大。（2）能量守恒定律的内容：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，在转化和转移的过程中，其总量不变。（3）永动机不可能制成的原因是_违背能量守恒定律_【课后练习】1.在热力学第一定律的表达式U=W+Q中，关于U、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U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U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U为正D.外界对物体做功时W为负，

7、吸热时Q为负，内能增加时U为负2.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 JC.减小220 JD.增大220 J3.关于物体内能变化，以下说法中正确的是（ ）A物体对外做功，温度一定降低，内能一定减少B物体吸收热量，温度一定增加，内能一定增大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()A.气体内能一定增加B.气体内能一定减小C.气体内能一定不变D.气体内能的增减不能确定5.有些地方出租车常以天然气作为燃料。加

8、气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)()A.压强增大，内能减小B.吸收热量，内能增大C.压强减小，分子平均动能增大D.对外做功，分子平均动能减小6.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A.对外做正功，分子的平均动能减小B.对外做正功，内能增大C.对外做负功，分子的平均动能增大D.对外做负功，内能减小7.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

9、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8.如图所示，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()A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9 (多选)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

10、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10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火焰；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11.QP约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道.维尔金斯认为：

11、如果在斜坡底放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端处，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔处又掉下。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，而且竟在德国取得了专利权。QP请你分析一下，维尔金斯“永动机”能实现吗?【课后练习参考答案】1.解析:根据公式U=W+Q中的符号法则知选项C正确。物理量符号意义符号意义W+外界对物体做功物体对外界做功Q+物体吸热物体放热U+内能增加内能减少答案:C2. 解析:研究对象为气

12、体,依符号规则,对外做的功W=-100 J,吸收热量Q=+120 J。由热力学第一定律有:U=W+Q=-100 J+120 J=20 J。U0,说明气体的内能增加,故正确选项为B。答案:B3. 解析：改变物体内能的途径有两个,做功和热传递.分析问题时必须同时考虑做功和热传递两个因素对内能的影响. A、B选项都只考虑了做功或热传递的一个因素. 选项虽然考虑了做功和热传递两个因素，但两个因素都使内能减少，故A、B、D选项错.正确选项为C.答案:C4.解析:由热力学第一定律U=Q+W,气体吸收热量Q0,体积膨胀对外做功W0,但不能确定Q与W值的大小,所以不能判断U的正负,则气体内能的增减也就不能确定

13、,选项D正确。答案:D5. 解析:气体发生等容变化,根据查理定律可知,温度升高,则压强增大;气体体积不变,则对外不做功;温度升高,内能增加,根据热力学第一定律可知,从外界吸收热量,B项正确。答案:B6.解析:缸内气体膨胀,对外做正功,即W0,缸内气体与外界无热交换,即Q=0,由热力学第一定律W+Q=U可知,U0,即缸内气体的内能减小,温度降低,分子的平均动能减小,故选项B、C、D错误,选项A正确。答案:A7. 解析：该“永动机”叶片进入热水中，吸收热量而伸展划水，推动转轮转动，离开水面后向空气中放热，叶片形状迅速恢复，所以转动的能量来自热水，由于不断向空气释放热量，所以水温逐渐降低，A、B、C

14、错，答案：D8. 解析 由图可知，理想气体的变化为等温膨胀，故气体压强减小，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错答案：C9. 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10. 解析：这四个现象中，物体运动过程都受到阻力，汽车主要是制动阻力，流星降落是空气阻力，条形磁铁下落过程受到磁场阻力。因而物体都克服阻力做功。A选项对。四个物体运动过程中