广东省江门一中学年(人教版)高中物理选修3-3+10.3+热力学第一定律++能量守恒定律+(共18张
高中物理选修3---3第十章第三节《热力学第一定律 能量守恒定律》新课教学课件
※做功和热传递都 使物体内能改变， 做功的过程是能量发生了转化，热传 递的过程是能量发生了转移。通过实 验可以证明：在这些转化和转移的过 程中，总的能量应该保持不变。
二、能量守恒定律：
1.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，在转化或转移的过 程中其总量保持不变.（增加的=减小的）
2.是一个普遍适用的定律：
热力学第一定律是能量守恒定律在热学上的 一种具体表现形式。
问题：观察动态图，你看 到了什么？
转盘在铁球的带动下 持续不停地运动。
这是在13世纪法国人亨内考制作出的一种“魔盘”。转 盘中央有一个转动轴，盘子边缘等间距地安装着12根活动短 杆，每个短杆的一端装有一个铁球。亨内考认为，右边向下 运动的球比左边向上运动的球离轴远些，因此，右边的球产 生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大.力矩的不平衡 使得魔盘会永无休止地如图所示的方向转动下去，并且带动 机器转动.
+
系统放出热量
-
+
系统内能减小
-
【例题】一定量的气体，从外界吸收热量2.7×105J， 内能增加4.3×105J。在这一过程中，是气体对外做功， 还是外界对气体做功？做了多少功？
解析： Q=+2.7×105J
ΔU=+4.3×105J
ΔU＝W + Q 得： W=1.6×10 5J ＞0 ，外界对气体做功。
三、第一类永动机： 1.定义：
不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对 外做功的机器。
2.第一类永动机不可能制成：
①违背了能量守恒定律。
②违背了热力学第一定律。
【例题】图中活塞将气缸分成甲、乙两气室， 气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气， 以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内 能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（ C ） Ａ、U甲不变，U乙减小
人教版选修3-3 第10章 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律 课件(22张)
3．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少 量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加， 且减少量和增加量一定相等．
3．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这一过程中 ()
A．汽车的机械能守恒 B．汽车的动能和势能相互转化 C．机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减小 D．机械能逐渐转化为内能，总能量不变 解析：选 D 汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车 和斜坡之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，有
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(3)判断是否做功的方法：一般情况下看物体的体积是否变 化．
①若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0. ②若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0.
1．(2019·全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器
和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空
气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直
解析：选 B 抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀分 布，其重心升高，重力势能增加．由能量守恒定律知，增加的 重力势能由内能转化而来，所以内能的增量小于吸收的热量， 故选项 B 正确．
要点三 永动机不可能制成
1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地 9 _对__外__做__功__的机器．
3．热力学第一定律的理解
(1)对公式 ΔU＝Байду номын сангаас＋W 中 ΔU、Q、W 符号的规定
符号
Q
W
ΔU
＋ 物体吸收热量 外界对物体做功 内能增加
－ 物体放出热量 物体对外界做功 内能减少
(2)几种特殊情况 ①若过程是绝热的，即 Q＝0，则 ΔU＝W，物体内能的增 加量等于外界对物体做的功． ②若过程中不做功，即 W＝0，则 ΔU＝Q，物体内能的增 加量等于物体从外界吸收的热量． ③若过程的始末状态物体的内能不变，即 ΔU＝0，则 W＝ －Q(或 Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物 体吸收的热量等于物体对外界做的功)．
高二物理人教版选修3-3课件：10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
探究二
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。 4 .判断是否做功的方法 一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。 (1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0; (2)若物体体积变小,表明外界对物体做功,W>0。 5 .应用热力学第一定律解题的一般步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负; (2)根据方程 ΔU=W+Q 求出未知量; (3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况。
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X 新知导学 Z重难探究
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HONGNANTANJIU
D当堂检测
ANGTANGJIANC
一
二
三
三、永动机不可能制成
1 .第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对 外做功的机器。 2 .第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。 3 .意义:正是历史上设计永动机的失败,才使后人的思考走上了正确的 道路。
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一、热力学第一定律
1 .改变内能的两种方式:做功与热传递。 (1)联系:两者在改变系统内能方面是等效的,一定数量的功与确定数量 的热相对应。 (2)区别:做功是内能与其他形式能量的相互转化,而热传递只是不同物 体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 2 .热力学第一定律。 (1)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 对它所做的功的和。 (2)表达式:ΔU=Q+W。 (3)W、Q、ΔU 正负号的确定: ①W:外界对系统做功,W 取正值;系统对外界做功,W 取负值。 ②Q:系统从外界吸热,Q 取正值;系统向外界放热,Q 取负值。 ③ΔU:系统内能增加,ΔU 取正值;系统内能减少,ΔU 取负值。
人教版高中物理选修3-3教学案：第十章 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律
第3节热力学第一定律__能量守恒定律1.热力学第一定律：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做的功的和。
2．热力学第一定律的表达式ΔU＝Q＋W，要熟悉其符号法则。
3．能量守恒定律：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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
4．第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律。
一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式做功和热传递。
2．热力学第一定律(1)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做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q＋W。
二、能量守恒定律和永动机1．能量守恒定律(1)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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
(2)意义：①各种形式的能可以相互转化。
②各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
2．永动机不可能制成(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。
(2)不可制成的原因：违背了能量守恒定律。
1．自主思考——判一判(1)做功和热传递在改变物体内能上是不等效的。
(×)(2)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了。
(×)(3)功和能可以相互转化。
(×)(4)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律。
(√)(5)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。
(√)(6)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。
(√)2．合作探究——议一议(1)快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？图10-3-1提示：无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别。
最新人教版高中物理选修3-3：10.3热力学第一定律 能量守恒定律 知识点总结及课时练习
3热力学第一定律能量守恒定律记一记热力学第一定律能量守恒定律知识体系一个分析——分析第一类永动机失败的原因两个定律——热力学第一定律、能量守恒定律辨一辨1.物体吸收热量，内能一定增大．(×)2．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(√)3．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加．(√) 4．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的．(√)5．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．(×)想一想1.一定质量的理想气体，做等压膨胀，在变化过程中是气体对外做功，还是外界对气体做功？在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能增加了，还是减少了？提示：气体的变化为等压膨胀，一定是对外做功；理想气体在等压膨胀过程中需要从外界吸收热量．由盖—吕萨克定律可知，理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能一定增加．2．有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？提示：这不是永动机；手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表发条做机械运动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．思考感悟：练一练1.至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是()A．机械制造的技术没有过关B．违反了牛顿运动定律C．违反了电荷守恒定律D．违反了能量守恒定律解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量的转化和守恒定律．答案：D2．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将()A．降低B．升高C．不变D．无法确定解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，消耗了电能，系统总内能增加．答案：B3．气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化可能是()A．减小20 J B．增大20 JC．减小220 J D．增大220 J解析：研究对象为气体，对外做功W＝－100 J，吸收热量Q ＝120 J，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J.ΔU>0，说明气体的内能增加．答案：B4．在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块．对此过程，下列说法中正确的是()A．摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加量B．摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能C．子弹减少的机械能等于子弹与木块增加的内能D．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与内能之和解析：对木块由动能定理可判断出A项正确，子弹克服摩擦力做功而减少的机械能，转化为木块、子弹的内能和木块的动能，故B、C、D三项错误，故选A项．答案：A要点一热力学第一定律的理解和应用1.给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体()A．从外界吸热B．对外界做负功C．分子平均动能减小D．内能增加解析：缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，B项错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，C 项错；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，D项错；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，A项正确．答案：A2．如图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()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：本题考查了热力学第一定律，理解做功和热传递可以改变物体的内能．筒内气体不与外界发生热交换，M向下滑的过程中，外界对气体做功，由热力学第一定律可知气体内能增大，A 项正确．答案：A3．一定量的气体在某一过程中，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解析：因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，即B选项正确．答案：B4.如图所示容器中，A，B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，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，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，水的内能增加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，水的内能增加解析：打开阀门K，由于水的重力作用，A中的水逐渐流向B 中，运动一段时间后达到平衡状态，A和B中的水面静止在同一高度上．A中水面下降h A，B中水面上升h B，相当于A管中S A h A 体积的水移到B管，且S A h A＝S B h B，这部分水的重心降低，重力对水做正功，重力势能减少，大气压力做功情况是大气压对A管中的水做正功，对B管中的水做负功，所以，大气压力对水做的总功为p0S A h A－p0S B h B，因为S A h A＝S B h B，所以大气压对水做的总功为零，又由于系统绝热，与外界没有热交换，只有水的重力做功，由能量守恒知重力势能转化为内能，故选项D正确．答案：D要点二能量守恒定律的理解和应用5.(多选)下列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器B．做成一条船利用河水的能量逆水航行C．通过太阳照射飞机使飞机起飞D．不用任何燃料使河水升温解析：利用磁场可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦的不可避免性，动能最终会转化为内能，使转动停止，故A项错．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；同理可使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C两项正确．设计水坝利用河水的重力势能发电，电能可转化为内能使水升温，另外，重力势能还可以通过水轮机叶片转化为水的内能使水升温，故D 项正确．答案：BCD6．第一类永动机是不可能制成的，这是因为此类永动机() A．不符合机械能守恒定律B．违背了能量守恒定律C．做功产生的热不符合热功当量D．找不到合适的材料和合理的设计方案解析：第一类永动机是指不需要消耗任何能量就能对外做功的机器，因此第一类永动机不可能制成不是因为找不到合适的材料和合理的设计方案，而是因为它违背了能量守恒定律，故选B.答案：B7.如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下列有关能量转化的说法中正确的是()A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的机械能C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能解析：子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能．答案：D基础达标1.一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的() A．温度降低，密度增大B．温度降低，密度减小C．温度升高，密度增大D．温度升高，密度减小解析：由ΔU＝W＋Q可得理想气体内能变化：ΔU＝－1.0×104 J＋2.5×104J＝1.5×104J>0，故温度升高，A、B两项均错．因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由ρ＝m/V可知密度变小，故C项错误，D项正确．答案：D2.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法中正确的是()A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少解析：小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A项正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B项错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C项错误，D项正确．答案：AD3.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，转轮因此能转动较长时间，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解析：形状记忆合金进入水中后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知，能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C三项错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D项正确．答案：D4．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这一过程中()A．汽车的机械能守恒B．汽车的动能和势能相互转化C．机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减少D．机械能逐渐转化为内能，总能量不变解析：汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车和斜坡之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，一部分机械能转化为内能，但能的总量保持不变，故选D.答案：D5．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有()A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1>Q2解析：因为该气体从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，所以内能没有变化，ΔU＝0.根据热力学第一定律可知W1－W2＋Q1－Q2＝ΔU＝0，即Q1－Q2＝W2－W1，故A正确．答案：A6．下列说法正确的是()A．随着科技的发展，第一类永动机是可能制成的B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可能凭空产生的解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，故永远无法制成，A项错误；太阳照射到宇宙空间的能量均能转化成其他形式的能量，B项错误；马儿奔跑时同样需要消耗能量，故“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，C项正确；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是不存在的，它违背了能量守恒定律，D项错误．答案：C7.(多选)如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p-V图中从a到b的直线所示．在此过程中() A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功解析：一定质量的理想气体从a到b的过程，由理想气体状态方程p a V aT a＝p b V bT b可知，T b>T a，即气体的温度一直升高，A项错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能一直增加，B项正确；由于从a到b的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，C项正确；根据热力学第一定律，从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，D项正确；气体吸收的热量一部分增加内能，一部分对外做功，E项错误．答案：BCD8.导热性能良好的汽缸和活塞，密封一定质量的理想气体，汽缸固定不动，保持环境温度不变，现用外力将活塞向下缓慢移动一段距离，则这一过程中()A．外界对缸内气体做功，缸内气体内能不变B．缸内气体放出热量，内能增大C．汽缸内每个气体分子的动能都保持不变D．单位时间内撞击到器壁上单位面积的分子数减小解析：由于汽缸和活塞导热性能良好，且环境温度不变，因此在将活塞向下缓慢移动一段距离的过程中，气体温度不变，气体内能不变，由ΔU＝W ＋Q可知，外界对气体做功，内能不变，气体将放出热量，故A项正确，B项错误；温度不变，说明气体分子平均动能不变，而并非指每个气体分子的动能均保持不变，故C项错误；气体温度不变，体积缩小，根据理想气体状态方程可知，其压强增大，单位时间内撞击到器壁上单位面积上的分子数增多，故D项错误．答案：A9．如图所示的两端开口的U形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高．现打开阀门K，从打开阀门到两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为ΔU，动能变化量为ΔE k；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得：①W1＝0②W2－W3＝ΔE k③W2－W3＝Q＝ΔU④W3＋Q ＝ΔU其中正确的是()A．①②③B．①②④C．②③D．①③解析：由动能定理可知W2－W3＋W1＝ΔE k，其中W1＝p·ΔV 左－p·ΔV右＝0，可知①、②正确．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 得ΔU＝W3＋Q，可知④正确、③错误．综合以上分析可知B正确．答案：B10.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．气体对外界放热解析：由图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，故气体的内能不变，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项对，A、B、D项错．答案：C11.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走，若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中()A．气体对外做功，气体温度可能不变B．气体对外做功，内能一定减少C．气体压强可能增大，内能可能不变D．气体从外界吸热，内能一定增加解析：由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换．细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变．答案：A 12.如图所示，带有光滑活塞的汽缸中封闭一定质量的理想气体，将一个半导体NTC 热敏电阻R(阻值随温度升高而减小)置于汽缸中，热敏电阻与容器外的电源E 和电流表A 组成闭合回路，汽缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能．若发现电流表的示数增大时，以下判断错误的是( )A ．气体内能一定增大B ．气体体积一定增大C ．气体一定对外做功D ．气体压强一定减小解析：气体用活塞封闭，故气体的压强不变，故D 项错误．电流表示数增大，则由闭合电路欧姆定律可知，电路中电阻R 减小；根据半导体热敏电阻的性质可知，汽缸内温度升高，由气体状态方程pV T ＝C 可得，气体体积一定增大、气体对外界做功，气体内能只与温度有关，故内能一定增大，故A 、B 、C 三项正确．本题选错误的，故选D 项．答案：D能力达标13.[2019·全国卷Ⅰ]某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．解析：容器与活塞绝热性能良好，容器中空气与外界不发生热交换(Q ＝0)，活塞移动的过程中，容器中空气压强减小，则容器中空气正在膨胀，体积增大，对外界做功，即W<0. 根据热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 可知：容器中空气内能减小，温度降低，容器中空气的温度低于外界温度．根据理想气体状态方程有pV T＝C，又ρ＝mV，联立解得：ρ＝mpCT.对容器外与容器内质量均为m的气体，因容器中空气压强和容器外空气压强相同，容器内温度低于外界温度，则容器中空气的密度大于外界空气的密度．答案：低于大于14．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：(1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)分子势能是增加还是减少？(3)分子的平均动能是增加还是减少？解析：(1)气体从外界吸收的热量为Q＝4.2×105J气体对外做功W＝－6×105J由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)＋(4.2×105J)＝－1.8×105JΔU为负，说明气体的内能减少了．所以，气体内能减少了1.8×105J.(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了．(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，所以气体分子的平均动能一定减少了．答案：(1)减少 1.8×105J(2)增加(3)减少15．目前地热资源主要用来发电和供暖．若有85 ℃的地热水，质量为4×105kg，经过散热器放热后的水温为35 ℃，则这些地热水放出了多少热量？[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]解析：地热水的质量：m＝4×105kg，地热水放出的热量：Q放＝c水mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×4×105 kg×(85 ℃－35 ℃)＝8.4×1010J.答案：8.4×1010J。
最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学第一定律 能量守恒定律》教材习题点拨
教材习题点拨问题与练习1．由热力学第一定律知：ΔU ＝Q ＋W ＝－210J ＋900 J ＝690 J ．2．(1)把活塞和气缸固定，使空气升温，属于等容升温过程，W ＝0，空气内能的变化等于吸收的热量Q 1，即ΔU ＝Q 1．如果让活塞可以自由滑动，气缸内空气做等压升温变化，气体体积增加，气体对外界做功，W ＜0，由热力学第一定律知ΔU ＝Q 2＋W ．由于空气升高相同的温度，两种情况中内能增量相同，则Q 2＝ΔU －W ＞Q 1．(2)气体在等压升温过程中体积膨胀，对外界做功，而在等容升温过程中不需对外界做功，由Q 1＞Q 2及Q ＝cm Δt 可判定升高相同的温度，吸收热量多的比热容大．3．设阳光直射时地面上每平方米每分钟接收的太阳能量为P ，P ·S ·t ＝cm Δtm i n /J 102.4min /J 203.016.0102.443⨯=⨯⨯⨯⨯=∆=St t cm P ． 4．按一层楼3m 计算20层的高度：h ＝20×3m ＝60m ．设单位时间内落下的水的质量为m ，并将所有机械能转化为内能被水全部吸收，则有ΔE ＝Q ，即cm Δt ＝mgh ，C 143.0C 102.460103︒=︒⨯⨯==∆c gh t ． 5．Q ＝cm Δt ＝4．2×103×400×(37．0－33．5)×24J ＝1．41×108 J ．6．参考答案：在课文的表达式ΔU ＝W ＋Q 中，W 表示外界对物体所做的功．物体对外界所做的功与外界对物体所做的功，大小相等、符号相反．所以，用W 表示物体对外界所做的功时，热力学第一定律应写成ΔU ＝－W ＋Q ，即Q ＝ΔU ＋W ．上述表达式的物理意义是：物体从外界吸收的热量Q ，等于物体内能的增加ΔU 加上物体对外界所做的功W ．。
高中物理人教版选修3-3学案：第十章3热力学第一定律能量守恒定律 Word版含解析
3热力学第一定律能量守恒定律1．热力学第一定律(1)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做的功的和。
这个关系叫做热力学第一定律。
(2)数学表达式为：ΔU＝W＋Q公式中符号的意义：①W＞0，表示外界对系统做功；W＜0，表示系统对外界做功；②Q＞0，表示系统吸热；Q＜0，表示系统放热；③ΔU＞0，表示系统内能增加；ΔU＜0，表示系统内能减少。
特别提示：①热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况。
②若一根金属丝通过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本不能判断是通过对它做了功，还是发生了热传递使它的内能增加，因为单纯对系统做功和单纯对系统传热都能改变系统的内能，由于它们在改变系统内能方面是等效的，那么既对系统做功又对系统传热也能改变系统的内能。
内能改变了多少就由热力学第一定律来定量分析计算。
【例1】一定量的气体从外界吸收热量2.66×105J，内能增加4.25×105J，是气体对外界做功还是外界对气体做功？做了多少功？解析：题目中已经知道气体从外界吸收的热量以及内能的增加量，根据热力学第一定律的公式就可以求出外界对气体或气体对外界所做的功，由ΔU＝W＋Q得W＝ΔU－Q＝(4.25×105－2.66×105) J＝1.59×105J，W为正值，表示是外界对气体做功，做功的大小是1.59×105 J。
答案：外界对气体做功 1.59×105 J2．能量守恒定律(1)不同形式的能量之间可以相互转化①自然界中能量的存在形式：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。
②不同形式能量之间的转化：“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等，这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。
2019-2020年高中物理 10.3《热力学第一定律 能量守恒定律》教案 新人教版选修3-3
2019-2020年高中物理 10.3《热力学第一定律能量守恒定律》教案新人教版选修3-3教学目的1.认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式的运动有不同形式的能，各种形式的能在一定条件下可以相互转化2. 进一步掌握能的转化和守恒定律，并了解能的转化和守恒定律的意义3．运用公式△U＝W＋Q分析有关问题并具体进行计算教学重点热力第一定律教学难点能量守恒教具多媒体课件教学过程复习提问问：物体做什么样的运动具有机械能？机械能转化和守恒定律的内容是什么？新课教学一、热力学第一定律分析下列特殊情况：①如果物体只与外有热交换，没有做功，外界传给物体4J热量物体的内能增加了多少？物体若向外界传出了4J热量，物体内能如何变化？结论：在没有做功情况下，物体与外界间传递热量Q，物体内能变化为△U，则△U＝Q，为了在此表达式中能反映物体对外界是吸热不是放热，作出规定：吸热Q 取正值，放热Q取负值，由此可知：物体吸热，内能增加，放热，内能减少。
②如果物体和外界不发生热交换，当外界对物体做了10J功，物体内能增加了多少？当物体对外做了10J功，物体内能又如何变化？结论：在无热交换情况下，△U＝W（对外做功时，W取负值）③如果物体内能在改变的过程中，既有热传递又有做功，例如外界对物体做了10J的功，同时物体吸收4J热量，物体的内能如何变化？④又如，外界对物体做10J功，物体放热4J物体内能又如何变化？又物体对外界做了10J功，物体吸热4J，物体放热4J物体内能又如何变化？综上所述：在能的转化转移过程中，一个物体，如果没有吸收热量也没有放出热量，那么外界对它做多少功它的内能就增加多少；如果它既没有对外做功，外界也没有对其做功，则它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少。
用△U表示物体内能的增量，用Q表示吸收的热量，用W表示外界对物体所做的功，那么：△U＝Q＋W上式就是热力学第一定律。
［例］一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J，外界对物体做了多少功？解：根据热力学第一定律得，W＝△U－Q＝4.2×105J－2.6×105J＝1.6×105J二．能的转化课件展示，举例说明物体的每一种运动形式都有一种对应的能机械运动――机械能热运动――内能电荷运动――电能化学运动――化学能生物运动――生物能原子核内部的运动――原子能各种形式的能可以相互转化：机械能中的动能和势能可互相转化（自由落体运动）机械能可以与内能相互转化（摩擦生热，消耗了机械能通过做功的形式转化为内能；热机中的气体推动活塞做功把气体内能转化为机械能）其它形式有能也可以转化为内能，如电流通过导体时，把电能转化为内能；炽热的灯丝发光，又把内能转化成光能；燃烧时，把化学能转化成内能）三.能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能众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。
高中物理选修33(人教版)课件：第十章 3热力学第一定律能量守恒定律
W＝－1.0×104 J 可知ΔU 大于零，气体内能增加，温度
升高，A、B 错；
气体对外做功，体积增大，密度减小，C 错、D 对． 答案：D
题后反思 1．由热力学第一定律可知理想气体内能的改变：理 想气体不存在分子力，不用考虑分子势能，所以其内能仅 用温度来衡量． 2．体积增大，说明系统对外做功；由对外做功也能 知道体积增大，进一步可得到系统内能情况．
解析：根据太阳能的工作原理可知，太阳能热水器把 太阳能转化为内能，所以 A 正确；风力发电是通过电磁 感应将风能转化为电能，所以 B 正确；电风扇是将电能 转化为机械能，所以 C 正确；蜡烛燃烧是将化学能转化 为内能，所以 D 错误．本题选择错误的，故选 D.
答案：D
题后反思 1．能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能 从一种形式转化成另一种形式，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保持不变． 2．本题的关键是明确太阳能热水器、风力发电、电 风扇以及蜡烛燃烧的原理．
给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程
中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，
则胎内气体( )
A．从外界吸热
B．对外界做负功
C．分子平均动能减小 D．内能增加
解析：胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体 积增大的过程．温度不变，分子平均动能和内能不变．体 积增大气体对外界做正功．根据热力学第一定律气体一定 从外界吸热．
知识点三 第一类永动机
提炼知识 1．第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器 称为第一类永动机． 2．第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不 可能制成．
人教版高中物理选修(3-3)第十章第三节《热力学第一定律》ppt课件
×105J － 2.6×105J= 1.6×105J W为正值，外界对气体做功，做了
1.6×105J 的功。
解：②同理可得：W =ΔU －＇Q = 1.6＇×105J －＇2.6×105J= － 1.0×105J
W为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的 功。
四、能量守恒定律
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；在转化和转移过程中其总量不变， 这就是能量守恒定律.
五、永动机不可能制成
永动机：不消耗任何能量，却可以源 源不断地对外做功，这种机器叫永动 机.人们把这种不消耗能量的永动机叫 第一类永动机.（不吃草的马）
④ 紧跟老师的推导过程抓住老师的思路。老师在课堂上讲解某一结论时，一般有一个推导过程，如数学问题的来龙去脉、物理概念的抽象归纳、语 文课的分析等。感悟和理解推导过程是一个投入思维、感悟方法的过程，这有助于理解记忆结论，也有助于提高分析问题和运用知识的能力。
⑤ 搁置问题抓住老师的思路。碰到自己还没有完全理解老师所讲内容的时候，最好是做个记号，姑且先把这个问题放在一边，继续听老师讲后面的 内容，以免顾此失彼。来自：学习方法网
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三、应用
例题：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J 的热量，内能增加了4.2 ×105J。
问：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2.6×105J不变，但是内能只增加 了1.6×105J，这一过程做功情况怎样？
解：①根据ΔU = W + Q 得
②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它 的内能如何变化？变化了多少？
人教版物理选修3-3第十章第3节10.3热力学第一定律 能量守恒定律(共26张PPT)[优秀课件资料]
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小结
• 热力学第一定律：U = Q ＋W ． • 能量在转化或转移过程中遵守能量
守恒定律．
• 第一类永动机不可能制成．
当你的才华还撑不起你的野心时，你就该努力。心有猛虎，细嗅蔷薇。我TM竟然以为我竭尽全力了。能力是练出来的，潜能是逼出来的，习惯是养成的，我的 成功是一步步走出来的。不要因为希望去坚持，要坚持的看到希望。最怕自己平庸碌碌还安慰自己平凡可贵。
根据热力学第一定律 U = Q ＋W 得：
W为正值，表明外界对物体做功．
4.一定质量的．气体在保持压强恒等于1.0×105Pa
的状况下，体积从20L膨胀到30L，这一过程中气
体从外界吸热4×103J，则气体内能的变化为(
)
C
A．增加了5×103J
B．减少了5×103J
C．增加了3×103J
D．减少了3×103J
其中Q 表示热量，物体从外界吸热Q 取 正，物体向外界放热Q 取负．
3．热力学第一定律：物体内能的增加等 于外界对物体所做的功与从外界吸收的 热量之和．
Q2.6105J0,U 4.2105J0
（l）热力学第一定律反映了功、热量跟内能改 变之间的定量关系．
（2）式中Q 、 U、 W的正负及含义如下所
8.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过 一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界 对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表 示气体吸收 的热量，Q2表示气体放出的热量．则在整个过程 中一定有( ) A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1－Q2＝W1－W2 C．W1＝W2 D．Q1＝Q2
其中U表示内能的增量，内能U增加取正， 内能U减少取负；W表示功，外界对物体做 功W取正．物体对外界做功，W取负．做功 的过程，物体的体积必发生变化．
人教版高中物理选修3-3 第10章第3节热力学第一定律 能量守恒定律(共27张PPT)(1)(完美版下载)
(2)气体吸收的热量Q；
(3)气体增加的内能ΔU。
思考
如何求对外做的功？
什么是汽化热？
汽化热和哪些因素有关？
(1)169.7J，(2)2263.8J，(3)2094.1J
(10-3)2. 如图所示的容器，A、B中各有一个可自由移 动的活塞，活塞下面是水上面是大气、大气压恒定， A、B间带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热， 开始时A的水面比B高，开启K，A中的水逐渐向B中 流，最后达到平衡，在这个过程中 （ ） A.大气压力对水作功，水的内能增加 B.水克服大气压力作功，水的内能减少 C.大气压力对水不作功，水的内能不变 D.大气压力对水不作功，水的内能增加
2、热力学第一定律ΔU = Q + W中各 物理量的意义及正负号的确定。
温故知新
思考分析
1下列说法正确吗? A、物体所有分子的动能的总和=物体的动能 B、速度快的分子比速度慢的分子温度高 C、温度高物体中的分子运动速度大于温度低的 物体中的分子运动速度.
2关于内能，下列说法正确的是 C A、温度相同的物体内能一样多 机械能增大
ΔU＝ Q + W
ΔU＝ Q + W
3.符号规定：
增加量 减小量
吸热 放热
对内做功 对外做功
巩固练习1：
(10-3)1.在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g水由液
态变成同温度的气态，其体积由1.043cm3变为1676cm3。
已知水的汽化热为2263.8J/g。求：
(1)体积膨胀时气体对外界作的功W；
3.如果物体在跟外界同时发 生做功和热传递的过程中， 内能的变化ΔU与热量Ｑ及 做的功Ｗ之间又有什么关系 呢？
ΔU 物体内能的增加量 Q 物体吸收的热量 W 外界对物体做的功
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2、永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。
录像：永动机不可能制成
动画：失败的永动机
著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机 不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图1所示，
图1 达·芬奇设想的永动机
在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些 水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转 动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他 从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定 要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的 探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”
软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如 图3所示。
图3 软臂永动机
它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚 向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂 开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使 机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短 了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。
阿基米得螺旋永动机 1681年，英国有一位著 名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋 （图4）
2、能量守恒定律的历史意义 能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三
大发现之一，也庄严宣告了永动机幻想的彻底破 灭。能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力 武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系 起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同 语言。
三、永动机不可能制成 1、 第一类永动机
概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不 断地对外做功。
3、数学表达式： ΔU= Q +W
（一）焦耳实验再讨论
Hale Waihona Puke 明确“系统”1、“液体”系统
增加内能 通过热传递
2、“液体和电阻丝”系统 增加内能 通过做功
（二）功和热量
1、广义的功：力学相互作用下的能量 传递
2、热量:系统与外界之间由于存在温度差 而传递能量
思考与讨论
定律中各量的正、负号及含义
物理量
1.水沟
2.阿基米得螺旋 3.水轮
4.水磨
图4 阿基米得螺旋永动机
把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机， 水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋 转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱 水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色 的自动水轮机陆续提出，竟出 现了热潮。
磁力永动机 大约在1570年，意大利有一位教授 叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。 他的设计如图5所示，
图5 磁力永动机
A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去， 滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被 磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他 那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平 方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
W= ΔU－Q = +1.5 ×105J -（- 2.0 ×105J） = +3.5 ×105J
所以此过程中外界对空气做了3.5 ×105J的功 。
二、能量守恒定律
实验录像：能的转化和守恒定律
能量守恒定律
1、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，在转化或转移的过程中 其总量保持不变．
滚球永动机 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔 下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动 机”，如图2所示。
图2 滚球永动机
转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转 轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会 自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演 过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这 台机器是靠惯性来维持短时运动的。
思考：如果系统与外界的做功和热传递同时发生，那 么系统的内能增量又等于什么呢？
热力学第一定律（first law of thermodynamics)
1、表述：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做的功的 和。
2、意义：热力学第一定律反映了功、热量跟 系统内能改变之间的定量关系。
W
Q
符号 +
+
意义
外界对物 体做功
物体吸热
符号 －
－
Δu
+
内能增加 －
意义 物体对外
界做功 物体放热
内能减少
例题：空气压缩机在一次压缩中，空气向 外界传递的热量2.0 ×105J，同时空气的内能 增加了1.5 ×105J. 这时，在压缩空气的过程 中，外界对空气做了多少功？
解：根据热力学第一定律ΔU = Q + W 知：
The foundation of success lies in good habits
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
热力学第一定律 能量守恒定律
复习提问
1、研究一个热力学系统与外界是绝热的，如果外界对 系统做功，系统的内能怎么变化？外界做的功跟系统 内能的变化之间是什么定量关系？
2、研究一个热力学系统跟外界只有单纯热传递发生， 如果系统从外界吸热，系统的内能怎么变化？系统从 外界吸收的热量跟系统内能的变化之间是什么定量关 系？