《全国新课标人教版高二物理 选修3-3第十章 热力学定律 导学案（含答案，精排版） 10.3 热力学第一定律 能量守恒定律.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国新课标人教版高二物理 选修3-3第十章 热力学定律 导学案（含答案，精排版） 10.3 热力学第一定律 能量守恒定律.docx（14页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、10.3 热力学第一定律 能量守恒定律【目标及达标标准】1能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其表达式，会用UWQ分析和计算问题2理解和掌握能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律,会用能量转化和守恒的观点分析物理现象3知道第一类永动机是不可能实现的【重点、难点】热力学第一定律U = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定【教学方法】合作探究【教学用具】多媒体【物理背景、物理模型】饱和汽、湿度【导读导思】达标标准：思考并完成下列问题和任务，并能独立向别人表述出来（书面或口述）自主学习、课前诊断先通读教材，画出本节课中的基本概念及物理规律，回答导学案预习中涉及的问题，独立完成，
2、限时25分钟。一、热力学第一定律：阅读课本第54页“热力学第一定律”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论1】一定质量的气体，被活塞密封在气缸内问题1：如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与气体对外做功，会引起气体内能怎样的变化？问题2：如果外界与气体之间没有做功，那么气体吸热与放热会引起气体内能怎样的变化？问题3：如果气体跟外界同时发生做功和热传递的过程，W、Q、U的正负号如何确定？问题4：W、Q、U三者都有正负，它们的关系怎样？【思考与讨论2】一定质量的气体，如果膨胀时做的功是135J，同时向外放热85J问题5：外界对气体做功，还是气体对外界做功？问题6：气体内能的变化量是多少？问题
3、7：内能增加了还是减少了？【案例探究1】一定量的气体从外界吸收了2.6105J的热量，内能增加了4.2105J问：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？如果气体吸收的热量仍为2.6105J不变，但是内能只增加了1.6105J，这一过程做功情况又怎样？二、能量守恒定律：阅读课本第54-55页“能量守恒定律”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论3】能量守恒定律不是由某一个人通过某一项研究而得到的，从18世纪末到19世纪40年代，不同领域的科学家从不同角度都提出了能量守恒的思想问题8：历史上有哪些科学家曾经在这一方面做过探索？问题9：这些科学家都在哪些方面做出了贡献？问题10
4、：能量可以由一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体.能量在转化或转移的过程中遵循什么规律？问题11：做功和热传递都可以改变物体的内能，那么这两种方式在改变物体内能的本质上有什么区别吗？问题12：能量守恒定律有什么重要意义？能量守恒定律使人们找到了研究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三、永动机不可能制成：阅读课本第55-56页“永动机不可能制成”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论4】据说，13世纪有一个法国人叫奥恩库尔的，他在一个轮子的边缘上等间隔地安装了12根可活动的锤杆,如图所示他设想一旦轮子被启动,由于轮子
5、右边的各个重锤距轮轴更远些,就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去问题12：不用能量的概念，你能不能说明它不会“永动”？问题13：什么是第一类永动机？问题14：为什么第一类永动机不可能制成？【案例探究3】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，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？【巩固练习】1. 达标标准：（1）每道题都能独立做出来，并总结涉及的知识点；（2）尝试总结出常见题型及其做法。2. 本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。3. 限时训练：请计时，在保证正确的情况下，尽量快些。提高效率，节省时间，提
6、高专注力。第I卷（选择题）选择题（每题6分，多选题对而不全得3分，错选得0分）1.(单选)给旱区送水的消防车停于水平面，在缓缓放水的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子势能，则胎内气体（ ）A.从外界吸热 B.对外界做负功 C.分子平均动能减少 D.内能增加2.(单选)为某种椅子与其升降部分的结构如图所示，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3.(单选)如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P
7、压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的（ ）A.温度升高，内能减少200J B.温度升高，内能增加600JC.温度降低，内能增加600J D.温度降低，内能减少200J4.(单选)在热力学第一定律的表达式U=W+Q中，关于U、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是（ ）A.外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时U为正B.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时U为负C.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时U为正D.外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时U为负5.(单选)下列说法中正确的是( )A.任何物体的内能就是
8、组成物体的所有分子热运动动能的总和B.只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C.做功和热传递在改变内能的方式上是不同的D.满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行6.(多选)如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是()A气体A吸热，内能增加B气体B吸热，对外做功，内能不变C气体A分子的平均动能增大D气体A和气体B内每个分子的动能都增大E气体B分子单位时间内对器壁
9、单位面积碰撞总次数减少7.(单选)一定量的气体吸收热量,体积膨胀并对外做功,则此过程的末态与初态相比()A.气体内能一定增加 B.气体内能一定减小C.气体内能一定不变 D.气体内能的增减不能确定8.(多选)关于一定量的气体,下列说法正确的是()A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子体积之和B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零D.气体从外界吸收热量,其内能一定增加E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高9.(单选)下列对能量守恒定律的认识中,不正确的是()A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式
10、的能量增加B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是不可能制成的D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了10.(单选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成。开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示。在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体()A.对外做正功,分子的平均动能减小 B.对外做正功,内能增大C.对外做负功,分子的平均动能增大 D.对外做负功,内能减小11.(单选)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
11、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12.(多选)如图所示,a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中ad平行于横坐标轴,dc平行于纵坐标轴,ab的延长线过原点,以下说法正确的是()A.从状态d到c,气体不吸热也不放热 B.从状态c到b,气体放热C.从状态a到d,气体对外做功 D.从状态b到a,气体吸热13(多选)下列有关物体内能改变的判断中，正确的是()A外界对物体做功，物体
12、的内能一定增加 B外界对物体传递热量，物体的内能一定增加C物体对外界做功，物体的内能可能增加 D物体向外界放热，物体的内能可能增加14. (单选)在水池中，一个气泡从池底浮起，此过程可认为气泡的温度不变，气泡内气体视为理想气体。则()A外界对气泡做功，同时气泡吸热 B外界对气泡做功，同时气泡放热C气泡对外界做功，同时气泡吸热 D气泡对外界做功，同时气泡放热15(多选)如图，内壁光滑、导热良好的气缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时，缸内气体 ()A内能增加 B对外做功 C压强增大 D分子间的引力和斥力都增大16(多选)对于一定量的理想气体，下列说法正确的是()A若气体的压强和体
13、积都不变，其内能也一定不变B若气体的内能不变，其状态也一定不变C若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D当气体温度升高时，气体的内能一定增大第II卷（非选择题）注意事项：用钢笔或圆珠笔答在答题卡中指定位置（用铅笔答卷不得分，作图除外）填空题（每题6分）1.在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小_kJ，空气_(选填“吸收”或“放出”)的总热量为_kJ。解答题（每题12分）1.如图所示,粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直
14、放置,右端与大气相通,左端封闭气柱长l1=20cm(可视为理想气体),两管中水银面等高。现将右端与一低压舱(未画出)接通,稳定后右管水银面高出左管水银面h=10cm。(环境温度不变,大气压强p0=75cmHg)(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)。(2)此过程中左管内的气体对外界(填“做正功”“做负功”或“不做功”),气体将_(填“吸热”或“放热”)。2.在如图所示的pV图中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，吸收热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J，求：(1)ACB过程中气体的内能是增
15、加还是减少？变化量是多少？(2)BDA过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？3.如图所示，为测量大气压强的实验装置，将一定质量的气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接，最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高，烧瓶中气体体积为800 mL；现用注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水，稳定后两臂中水银面的高度差为25 cm，不计玻璃管中气体的体积，环境温度不变。求(1)大气压强p0(用“cmHg”做压强单位)(2)此过程中外界对烧瓶内的气体_(填“做正功”、“做负功”、“不做功”)，气体将_(填“吸热”或“放热”)。4.如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过
16、绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h，此时封闭气体的温度为T1。现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到T2。已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦，求：(1)活塞上升的高度； (2)加热过程中气体的内能增加量。【课堂小结】1.请列出本节的知识框架（20分，不要求多完整，把你想到的列出来就行）2.你总结了哪几个题型？这些题怎么做？（20分，不要求多完整，把你想到的写出来就行）3.其他你认为需要写的东西：_._【小组任务设计】10.3 热力学第一定律 能量守恒定律参考答案选择题1.A 2.A 3.B 4.C5.【解
17、析】内能的改变有两种方式：做功是不同形式能之间的转化，热传递是同种能之间的转移，故C正确.内能是物体内所有分子动能和势能之和，故A错.由热力学第二定律可知：热机的效率达不到100%，且一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，故B、D均错.【答案】C6.选ACE气体A进行等容变化，则W0，根据UWQ可知气体A吸收热量，内能增加，温度升高，气体A分子的平均动能变大，但是不是每个分子的动能都是增加的，选项A、C正确，D错误；因为中间是导热隔板，所以气体B吸收热量，温度升高，内能增加；由因为压强不变，故体积变大，气体对外做功，选项B错误；气体B的压强不变，但是体积增大，所以气体B分子单位时间内对器壁
18、单位面积的碰撞次数减少，选项E正确。7.解析:由热力学第一定律U=Q+W,气体吸收热量,Q0,体积膨胀对外做功W0,但不能确定Q与W值的大小,所以不能判断U的正负,则气体内能的增减也就不能确定,选项D正确。答案:D8.解析:气体体积为气体分子所能达到的空间的体积,而气体分子体积很小,体积之和远小于气体体积,A项正确;气体温度反映了分子运动的剧烈程度,分子运动的剧烈程度减弱,温度必然降低,B项正确;气体压强是大量气体分子频繁碰撞容器器壁的结果,在完全失重的情况下,气体对器壁仍产生压强,C项错误;气体从外界吸收热量,但如果同时对外做功,那么气体的内能不一定增加,D项错误;根据气体定律可知,气体在等
19、压膨胀过程中,体积与热力学温度成正比,体积变大,温度升高,E项正确。答案:ABE9.解析:A选项是指不同形式的能量间的转化,转化过程中能量是守恒的。B选项是指能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的。这正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移。任何永动机都是不可能制成的,它违背了能量守恒定律。D选项中石子的机械能在变化,比如受空气阻力作用,机械能可能减少,但机械能并没有消失,只是转化成了其他形式的能量。答案:D10.解析:缸内气体膨胀,对外做正功,即W0,缸内气体与外界无热交换,即Q=0,由热力学第一定律W+Q=U可知,U0,即缸内气体的内能减小,温度降低,分子的平均动能减小,故选项B
20、、C、D错误,选项A正确。答案:A11.解析: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、乙两部分气体的温度最终相同,均高于初态温度,所以甲、乙内能均增加,故选C项。答案:C12.解析:从状态d到c,温度不变,理想气体内能不变,但是由于压强减小,所以体积增大,对外做功,还要保持内能不变,一定要吸收热量,故选项A错;气体从状态c到b是一个降压、降温过程,同时体积减小,外界对气体做功,而气体的内能还要减小(降温),就一定要伴随放热的过程,故选项B对;气体从状态a到d是一个等压、升温的过程,同时体积增大,所以气体要对外做功,选项
21、C正确;气体从状态b到a是个等容变化过程,随压强的增大,气体的温度升高,内能增大,而在这个过程中气体的体积没有变化,就没有做功,气体内能的增大是因为气体吸热的结果,故选项D对。答案:BCD13选CD做功和热传递都能改变物体的内能，根据热力学第一定律UQW知，当外界对物体做功，物体的内能不一定增加，同理当外界对物体传递热量，物体的内能也不一定增加，所以A、B错误；由UQW可知，若物体对外界做功，物体的内能可能增加，同理物体向外界放热，物体的内能可能增加，故C、D正确。14选C随着气泡的上升，压强减小，因为温度不变，根据C，所以体积增大，气泡对外做功；根据EWQ可知温度不变，所以E不变，W0，所以
22、Q0，即气泡吸热，选项C正确。15.选AB根据一定质量的某种理想气体的内能只决定于温度，处在导热气缸中的理想气体由于外界环境温度升高，理想气体的内能要增大，所以选项A正确；再根据理想气体的状态方程：C可知，气体压强不变，当温度升高时，体积要增大，因此气体要对外做功，所以选项B正确，C错误；理想气体没有分子间的相互作用力，因此分子间的作用力始终为零，故D选项错误。16.选AD对于理想气体而言，内能是由温度决定的，根据理想气体状态方程，恒量可知，当体积不变，压强不变时，其温度也一定不发生变化，因此内能不变，A正确；而反过来，内能不变只能说明温度不变，可能发生等温变化，也就是气体状态可能发生变化，B
23、错误；根据理想气体状态方程，恒量，温度升高，只能是pV乘积变大，至于压强可能增加也可能减小，C错误；内能是由温度决定的，当温度升高时，内能一定增加，D正确。填空题1.解析：根据热力学第一定律UWQ，第一阶段W124 kJ，U10，所以Q124 kJ，故放热；第二阶段W20，Q25 kJ，由热力学第一定律知，U25 kJ，故在上述两个过程中，空气的内能共减少UU1U25 kJ；两过程共放出热量QQ1Q229 kJ，故空气放出的总热量为29 kJ。答案：5放出29解答题1.解析:(1)设U形管横截面积为S,右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1,右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为p2,气柱
24、长度为l2,稳定后低压舱内的压强为p。左管中封闭气体发生等温变化,根据玻意耳定律得p1V1=p2V2p1=p0p2=p+phV1=l1SV2=l2S由几何关系得h=2(l2-l1)联立式,代入数据得p=50cmHg(2)左管内气体体积增大,说明气体膨胀对外做正功;由于气体温度保持不变,根据热力学第一定律可得W+Q=0,故气体从外界吸热。答案:(1)50cmHg(2)做正功吸热2.解析：(1)ACB过程中W1280 J，Q1410 J由热力学第一定律得UBUAW1Q1130 J故ACB过程中气体的内能增加了130 J。(2)因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，BDA过程中气体内能的变化量U
25、AUB130 J由题意知W2200 J，由热力学第一定律得UAUBW2Q2代入数据解得Q2330 J即BDA过程中气体放出热量330 J。答案：(1)增加130 J(2)放热330 J3.解析：(1)设大气压强为p0初状态：p1p0，V1800 mL注入水后：p2p0p，V2600 mL由玻意耳定律得：p1V1p2V2解得：p075 cmHg。(2)气体体积减小，外界对气体做正功，温度不变，气体的内能不变，由热力学第一定律知，应对外放热。答案：(1)75 cmHg(2)正功放热4.解析：(1)气体发生等压变化，有解得hh(2)加热过程中气体对外做功为WpSh(p0Smg)h由热力学第一定律知内能的增加量为UQWQ(p0Smg)h。答案：(1)hh(2)Q(p0Smg)h 14 / 14