3.2热力学第一定律 学案-2022-2023学年 高二下学期物理人教版2019选择性必修第三册(含答案)

Xxxxx中学物理学科教学案高二·2部课题：3.2热力学第一定律总第（）课时使用日期年月日主备人：xxx审核人：物理组班级姓名____________课标知道热力学第一定律；通过有关史实了解热力学第一定律的发现过程。学习目标1.能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导得出热力学第一定律。2.知道热力学第一定律及其符号法则，并能进行相关的分析计算。重点理解热力学第一定律，能用其公式进行相关的分析、计算。学习过程学习过程学习过程学习过程【预习--自主建构】一、热力学第一定律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)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的___与外界对它的和。(2)表达式：3．符号法则：在应用公式ΔU＝Q＋W进行计算时，各量的正、负号规定如下：(1)外界对系统做功，W>0，即W为值；系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0，即W为值。(2)外界对系统传热，也就是系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为值；系统对外界传热，也就是系统向外界放出热量，Q<0，即Q为值。(3)系统内能增加，ΔU>0，即ΔU为值；系统内能减少，ΔU<0，即ΔU为值。二、热力学第一定律的几种典型应用(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。(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量。(3)若过程中物体的始、末内能不变（如理想气体的等温过程），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。【探究--深化理解】探究一热力学第一定律【典例1】如图所示，水平放置的固定气缸内，活塞P可以无摩擦滑动：快速推动活塞对汽缸内气体做功10J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10J的同时，汽缸向外界传递10J的热量，气体的内能改变了多少？ 【对点训练1】一定质量的理想气体在某一过程中，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＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝－4×104J【对点训练2】一定质量的气体，膨胀过程中对外做的功是135J，同时从外界吸热85J，气体内能的变化量是多少？内能是增加了还是减少了？【小结】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)特别注意物理量的正负号及其物理意义。探究二热力学第一定律和气体实验定律的综合应用【典例2】如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2m.现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105Pa.已知活塞的横截面积为0.04m2，外部大气压强为1×105Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2000J，则封闭气体的内能变化量为多少？【对点训练3】一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p-Ⅴ图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为TA=300K，试求：（1）气体在状态C时的温度Tc；（2）若气体在A→B过程中吸热1000J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？【小结】解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程：【练习--学以致用】1．下列说法中正确的是()A．热力学系统对外界做功时，W取正值，从外界吸收热量时Q取正值B．物体与外界不发生热交换，物体的内能一定不变C．系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量。D．外界对系统做功，系统内能可能不变2．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时对外放热40J，其内能增量ΔU为()A．60JB．－60JC．－140JD．140J3.如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中()A．外力对乙做功；甲的内能不变B．外力对乙做功；乙的内能不变C．乙传递热量给甲；乙的内能增加D．乙的内能增加；甲的内能不变4.如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（）A．左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加B．左右两边气体温度都升高C．左边气体压强增大D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量5．若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，(设湖水的温度相等且保持不变)(1)气泡上升过程中吸收的热量是多少？(2)气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？6．爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食。如图所示为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“砰”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为t1＝27℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0。试分析：(1)将容器内的气体看作理想气体，求容器内气体的温度；(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15kJ，并向外释放了20kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？总结反思参考答案：【预习--自主建构】一、1、做功传热等价热量做功ΔU＝Q＋W正负正负正负【探究--深化理解】【典例1】（1）增加10J（2）减