《热力学第一定律》参考-完整版课件

第2节热力学第一定律课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位

第2节学习目标：1.理解物体跟外界做功和热传递的过程及W、Q、ΔU的物理定义．2.理解热力学第一定律，并能运用热力学第一定律分析和计算有关问题．重点难点：理解、应用热力学第一定律．课标定位热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式：______与________．两者在改变系统内能方面是等效的．2．热力学第一定律(1)内容：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__________加上物体从外界______________等于物体内能的增加．(2)数学表达式：ΔU＝________.做功热传递所做的功吸收的热量Q＋W课前自主学案思考感悟2．外界对物体做功10J，物体内能改变了多少？若外界对物体传递10J的热量，物体内能改变了多少？能否说明10J的功等于10J的热量？提示：无论外界对物体做功10J，还是外界给物体传递10J的热量，物体内能都增加了10J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，不能说10J的功等于10J的热量，因为功与热量具有本质区别．一、热力学第一定律与改变内能的两种方式1．对热力学第一定律的理解(1)对ΔU＝W＋Q的理解：热力学第一定律是对单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表达推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．核心要点突破(2)对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号WQΔU＋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2.改变内能的两种方式比较比较项目做功热传递内能变化外界对物体做功，物体的内能增加物体对外做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加物体放出热量，内能减少物理实质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移相互联系做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的3.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．特别提醒：研究对象为气体时，膨胀过程(除向真空中自由膨胀外)，气体对外做功，压缩过程,外界对气体做功．4．应用热力学第一定律解题的思路与步骤(1)首先应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；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外界所做的功．(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．(4)特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义．即时应用(即时突破，小试牛刀)1.如图4－2－1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，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，则空气(

)图4－2－1A．从外界吸热B．内能增大C．向外界放热D．内能减小解析：选C.缓慢下降的过程中，筒内空气的温度与水温始终相同，即空气温度不变．由于不计气体分子间的相互作用，分子势能始终为零，筒内空气分子的平均动能不变，所以筒内空气的内能不变．筒内空气的体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，可知筒内空气向外放热．二、对能量守恒定律的理解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．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，它是一切自然界现象都遵守的基本规律．3．能量守恒定律的重要意义(1)找到了各种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．(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性．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19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见．(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想．4．第一类永动机失败的原因分析如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的．特别提醒：层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的．即时应用(即时突破，小试牛刀)2.(浙江金华十校联考)如图4－2－2所示的绝热容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活图4－2－2塞下面是水，上面是空气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流动，最后达到平衡．在这个过程中，下面说法正确的是(

)A．大气压力对水做功，水的内能不变B．水克服大气压力做功，水的内能减少C．大气压力对水不做功，水的内能不变D．大气压力对水不做功，水的机械能减少，内能增加解析：选D.水的体积未变，故大气压力不做功，故A、B错；该过程中水的重心降低，重力势能减少，机械能转化为水的内能，故D对．(高考江苏卷)(1)如图4－2－3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

图4－2－3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(

)例类型对热力学第一定律的理解及应用课堂互动讲练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(2)如图4－2－4所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2，则在此过程中，气体分子平均动能______(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了________．图4－2－4【精讲精析】

(1)该永动机叶片进入水中，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错，D对．(2)气体做等压变化，体积变大，温度升高，平均动能