人教版选修3-3第十章热力学定律第1、2、3节(导学案+重难点突破+课后测评)

功和内能热和内能热力学第一定律能量守恒定律

课前导学

一、功和内能

1．在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个实验是通过电流的热效应给水加热．焦耳的这两个实验说明了什么问题？

焦耳的实验

（1）绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换，它不从外界吸热，也不向外界。

（2）实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式(填“有关”或“无关”)。

2．如图所示，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，压下活塞，观察棉花的变化。

（1）你能看到什么现象？实验现象说明了什么？

（2）图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？

3．如图所示，小孩沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么？

功和内能

（1）内能

微观：所有分子的动能和势能之和。

宏观：只依赖于热力学系统的物理量。

（2）功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量，即。

（3）ΔU＝W适用条件是过程。在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能；系统对外界做功，系统的内能。

二、热和内能

1．用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在碳火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？

2．如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射

（1）这三种方式在传递能量时有什么共同点？

（2）热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？

3．热传递

(1)条件：物体的不同。

(2)热传递：热量总是从物体向物体传递。

4．热和内能

(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统变化的量度。

(2)表达式：。

(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同

①做功和热传递都能引起系统的改变。

②做功时是内能与其他形式能的；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的。

三、热力学第一定律

1．如图所示，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？

改变内能的两种方式：与。两者在改变系统内能方面是的。

2．一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是通过做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加．因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能．既然它们在改变系统内能方面是等价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少？

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与外界对它的和。热力学第一定律的表达式：。

四、能量守恒定律

1．使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递。做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能。在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？

（1）能量守恒定律：

能量既不会，也不会，它只能从一种形式为另一种形式，或者从一个物体到别的物体，在或的过程中，能量的总量保持。

(2)能量守恒定律的意义：

①各种形式的能可以相互。

②各种物理现象可以用联系在一起。

2．有一种所谓“全自动”的机械手表，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？

永动机不可能制成。人们把设想的的机器称为第一类永动机。第一类永动机由于违背了，所以不可能制成。

【答案】

一、1．做功和热传递对改变物体的内能是等效的（1）能量放热（2）无关

2．（1）可以看到棉花燃烧．实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧。（2）迅速按下活塞是为了减少甚至杜绝热传递，创造一个绝热条件。

3．小孩沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加。（1）自身状态（2）ΔU＝W （3）绝热增加减少

二、1．说明做功和热传递都能改变物体的内能

2．（1）三种方式都是热量从一个物体传递到另外一个物体。（2）热传递是内能在物体间转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。

3．（1）温度（2）高温低温

4．（1）内能（2）ΔU＝Q（3）内能转化转移

三、1．都增加了10 J 做功热传递等价

2．系统内能的增量ΔU＝Q＋W 传递的热量所做的功ΔU＝Q＋W

四、1.能量的总量不会减少（1）凭空产生凭空消失转化转移转化转移不变（2）转化能量守恒定律

2．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，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。不消耗能量能量守恒定律

要点突破

一、对功和内能的理解

1．做功与内能变化的关系

(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。

(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。

2．功与内能的区别

(1)功是过程量，内能是状态量。

(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。

(3)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，相应地做功才越多。

例1如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。以E甲、E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()

A．E甲不变，E乙减小B．E甲不变，E乙增大

C．E甲增大，E乙不变D．E甲增大，E乙减小

解析本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况。对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室内的气体做功，其内能应增大，选项A、B均错误；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙室内的气体对外界做功，内能应减小，选项C错误，选项D正确。

答案 D

点评压缩气体，外界对气体做功，内能增大，温度升高，柴油机就是利用这个原理点火的。在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，ΔU为正，W为正，外界对系统做功.末态内能小于初态内能时，ΔU为负，W为负，系统对外界做功。

二、对热和内能的理解

1．在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即ΔU＝U2－U1＝Q。

2．传热改变物体内能的过程是物体间(或一个物体的不同部分)内能转移的过程。

例2（多选）关于热传递，下列说法正确的是()

A．热传递中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体

B．两个物体间发生热传递的条件是它们之间有温度差

C．在热传递中热量一定从内能多的物体传向内能少的物体