物理选修3-3沪科版4.1热力学第一定律.

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，故D正确．
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课堂互动讲练
改变内能两种方式的理解 如图4－1－3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( )
4． 1
4．2
热力学第一定律
能量守恒定律的发现历程
1
课标定位 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的物理意义． 2．理解热力学第一定律ΔU＝W＋Q，会用ΔU＝W
＋Q分析和计算有关问题．
3．掌握能量守恒定律,会用能量守恒的观点分析、 解决有关问题．
重点难点：1.理解热力学第一定律，能量守恒定律
对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内
能增大．
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三、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
4
二、热传递和内能的改变 1 ． 两 个 ______ 温度 不 同 的 物 体 相 互 接 触 时 ， 热 量 从 ______ 低温 物 体 ． 这 样 的 过 程 叫 做 高温 物 体 传 到 ______ ________ 热传递 ． 2．热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度. 当系统由状态1经过单纯的传热过程达到状态2，内能 的增量 ΔU ＝ U2 － U1 就等于外界向系统传递的热量 Q ， 即ΔU＝____. Q 系统吸收了多少热量，系统的内能就______多少；系 增加 统放出了多少热量，系统的内能就______多少． 减少 的． 3．做功和热传递对改变物体的内能是______
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即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2.(2011年高考广东理综卷)图4－1－2为某种椅子与其 升降部分的结构示意图， M 、 N 两筒间密闭了一定质
量的气体， M可沿N的内壁上下滑动,设筒内气体不与
外界发生热交换,在M向下滑动的过程中( )
图4－1－2
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A．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小 C．气体对外界做功，气体内能增大 D．气体对外界做功，气体内能减小 解析：选A.M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界
的应用． 2．理解第一类永动机不可能制成的原因．
2
4.2
课前自主学案
能 量 守 恒 定 律 的 发 现 历 程
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
3ห้องสมุดไป่ตู้
课前自主学案
一、做功和内能的改变 1．系统只通过对外界做功或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， 绝热 这样的过程叫做 ______过程． 2．当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内 能的增加量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统所做的 功W，即ΔU＝ ____.这就是说在绝热过程中内能的 W 改变用 功____ 来量度，外界对物体做多少功，物体 的内能就 增加 ______ 多少；物体对外界做多少功，物 体的内能就 减少 ______多少．
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．
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2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 外界对系统做功，W>0，即W为正值； 系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0，
即W为负值；
外界对系统传递热量，也就是系统从外界吸收热量， Q>0，即Q为正值；
外界对系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，
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．
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即时应用 (即时突破，小试牛刀) 3.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；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
中微子
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思考感悟 请仔细分析这些永动机的设想，指出它们不可能实现 的原因，并与同学讨论交流．
图4－1－1 提示：违背了能量转化与守恒．
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核心要点突破
一、对内能改变的理解 1．做功和热传递在改变内能上的关系
比较项目 做功 外界对物体做功，物 体的内能增加 内能变化 物体对外界做功，物 体的内能减少 热传递 物体吸收热量， 内能增加．物体 放出热量，内能 减少
解得：P＝3×109×50%W＝1.5×109W.
【答案】 1.5×109W
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变式训练
如图4－1－4所示，一个小铁块沿半径为R
＝ 0.2 m 的半球形内壁自上端由静止下滑，当滑至半 球底部时，速度为 1 m/s ，设此过程中损失的机械能
全部变为内能，并有40%被铁块吸收．已知铁的比热
容c＝0.46×103J/(kg· ℃)，重力加速度g取10 m/s2.求铁 块升高的温度．
和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通 过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不 同，A项错．热量是表示在热传递过程中物体内能 变化多少的物理量，而功也是用做功的方式来量 度改变物体内能多少的物理量，B项错．三者单位 都是焦耳，C项错．热量和功是过程量，内能是状 态量，D项正确．
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二、对热力学第一定律的理解 1．热力学第—定律不仅反映了做功和热传递这两种 改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；
(2)气体吸收的热量Q； (3)气体增加的内能ΔU.
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【精讲精析】
取1 g水为研究系统,把大气视作外界.1
g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于 体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU<Q吸． (1)气体在等压(大气压)下膨胀做功： W＝p(V2－V1)＝[1.013×105×(1676－1.043)×10－6]J＝ 169.7 J.
图4－1－4
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解析：铁块滑到底部产生的内能 1 2 ΔE＝mgh－ mv ＝1.5 m. 2 ΔE×40% －3 升高温度 Δt＝ mc ≈1.3×10 ℃.
例1
图 4 － 1－ 3
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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 【精讲精析】 将活塞P缓慢地向B移动的过程中,外 力对乙做功，乙的内能增加，温度升高，由于固定
隔板 B 导热，所以乙将传递热量给甲，甲、乙两部
Q<0，即Q为负值；
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系统内能增加，ΔU>0，即ΔU为正值；
系统内能减少，ΔU<0，即ΔU为负值．归纳列表记为：
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.
符号 ＋ －
W 外界对 物体做功 物体对 外界做功
Q 物体吸 收热量 物体放 出热量
ΔU 内能增加 内能减少
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四、能量守恒定律 1 ．能量守恒定律可以表述为：能量既不能 _____ 凭空
______ 凭空消失 ， 它 只 能 从 一 种 形 式 产生 ， 也 不 能 __________
______ 转化 为 另 一 种 形 式 ， 或 者 从 一 个 系 统 ( 物 体 ) ______ 转移 到别的系统 ( 物体 ) ，在转化或转移的过程中
是( )
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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
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解析：选 AD. 这四个现象中物体都受到阻力作用，汽 车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形
磁铁下落时受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，
故A正确；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
做功多，只有内能变化大，才可能做功多．
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(2)热量和内能
内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能
也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热 传递或做功两种方式来完成．而热量是热传递过程中
的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态
变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化 的．有过程，才有变化，离开过程，毫无意义．就某 一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量” 和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量” 或“多少功”．
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即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1.对于热量、功和内能三者的说法正确的是( A．热量、功、内能三者的物理意义等同 B．热量、功都可以作为物体内能的量度 C．热量、功、内能的单位不相同 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态 决定的 )
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解析：选 D. 物体的内能是指物体的所有分子动能
数据， Q 、 W这两个量只要有助于增加系统内能均取 正值，如吸热、受压压缩， Q、 W就取正值；反之就 取负值．
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能量转化过程的分析与计算
例3 水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美
国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达到每秒
6000 m3，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50m， 若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机
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比较项目
做功
热传递
物理实质
不同物体间或同一 其他形式的能与 物体不同部分之间 内能之间的转化 内能的转移 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
相互联系
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2.功、热量和内能 (1)功和内能的区别 功是能量转化的量度，是过程量，而内能是状态量， 做功过程中，能量一定会发生转化而内能不一定变 化，但内能变化时，不一定有力做功，也可能是由 热传递改变物体的内能．物体内能大，并不意味着