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1、成才之路成才之路 物理物理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3-3 热力学定律热力学定律第十章第十章第三节热力学第一定律第三节热力学第一定律能量守恒定律能量守恒定律第十章第十章学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5课课 时时 作作 业业7易错案例剖析易错案例剖析6学习目标定位学习目标定位理解和掌握热力学第一定律表达式，并能用于分析有理解和掌握热力学第一定律表达式，并能用于分析有关问题并进行具体的计算关问题并进行具体的计算 理解和掌握能量守恒定律，明确定律的重
2、要意义理解和掌握能量守恒定律，明确定律的重要意义了解第一类永动机及其不能制成的原因了解第一类永动机及其不能制成的原因课堂情景切入课堂情景切入图图中中左左边边为为风风力力发发电电机机，发发出出的的电电供供给给右右边边的的电电风风扇扇，电电风风扇扇把把风风吹吹到到发发电电机机上上发发电电，循循环环往往复复，不不需需要要消消耗耗其其他他能能量量风扇就可以一直工作下去。风扇就可以一直工作下去。在在能能源源短短缺缺的的现现在在， 这这是是多多么么美美好好的的愿愿望望啊啊！同同学学们们，这这种愿望能实现吗？种愿望能实现吗？知识自主梳理知识自主梳理热力学第一定律热力学第一定律1改变内能的两种方式改变内能的两
3、种方式_和和_。2热力学第一定律热力学第一定律(1)内内容容：一一个个热热力力学学系系统统的的内内能能增增量量等等于于外外界界向向它它传传递递的的_与外界对它所做的与外界对它所做的_的和。的和。(2)表达式：表达式：_做功做功热传递热传递热量热量功功UQW能量守恒定律能量守恒定律1能量守恒定律内容能量守恒定律内容能能量量既既不不会会凭凭空空产产生生，也也不不会会凭凭空空消消失失，它它只只能能从从一一种种形形式式_为为另另一一种种形形式式，或或者者从从一一个个物物体体_到到别别的的物物体，在转化或转移的过程中，能量的总量体，在转化或转移的过程中，能量的总量_。2意义意义(1)各种形式的能可以各种
4、形式的能可以_。(2)_的的物物理理现现象象可可以以用用_联联系在一起。系在一起。转化转化转移转移保持不变保持不变相互转化相互转化互不相关互不相关能量转化和守恒定律能量转化和守恒定律1第一类永动机第一类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地不需要任何动力或燃料，却能不断地_的机器。的机器。2第一类永动机不可能制成的原因第一类永动机不可能制成的原因违背了违背了_定律。定律。永动机不可能制成永动机不可能制成对外做功对外做功能量守恒能量守恒重点难点突破重点难点突破一、对热力学第一定律的理解一、对热力学第一定律的理解1对对UWQ的理解的理解热热力力学学第第一一定定律律将将单单纯纯的的绝绝热热过过程程和
5、和单单纯纯的的热热传传递递过过程程中中内内能能改改变变的的定定量量表表述述推推广广到到一一般般情情况况，既既有有做做功功又又有有热热传传递递的的过过程程，其其中中U表表示示内内能能改改变变的的数数量量，W表表示示做做功功的的数数量量，Q表表示外界与物体间传递的热量。示外界与物体间传递的热量。2与热力学第一定律相匹配的符号法则与热力学第一定律相匹配的符号法则做功做功W热量热量Q内能的改变内能的改变U取正值取正值“”外界对系外界对系统做功统做功系统从外界系统从外界吸收热量吸收热量系统的内系统的内能增加能增加取负值取负值“”系统对外系统对外界做功界做功系统向外界系统向外界放出热量放出热量系统的内系统
6、的内能减少能减少一一定定量量的的气气体体在在某某一一过过程程中中，外外界界对对气气体体做做了了8104J的的功功，气体的内能减少了气体的内能减少了1.2105J，则下列各式中正确的是，则下列各式中正确的是()AW8104J，U1.2105J，Q4104JBW8104J，U1.2105J，Q2105JCW8104J，U1.2105J，Q2105JDW8104J，U1.2105J，Q4104J答案：答案：B解解析析：因因为为外外界界对对气气体体做做功功，W取取正正值值，即即W8104J，内内能能减减少少，U取取负负值值，即即U1.2105J，根根据据UQW，可得可得QUW1.2105J8104J2
7、105J，B正确。正确。二、对能量守恒定律的理解二、对能量守恒定律的理解1能量的存在形式及相互转化能量的存在形式及相互转化各各种种运运动动形形式式都都有有对对应应的的能能：机机械械运运动动有有机机械械能能，分分子子的的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。各各种种形形式式的的能能，通通过过做做功功可可以以相相互互转转化化，例例如如：利利用用电电炉炉取取暖暖或或烧烧水水，电电能能转转化化为为内内能能；煤煤燃燃烧烧，化化学学能能转转化化为为内内能能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能2守恒条
8、件守恒条件与与某某种种运运动动形形式式对对应应的的能能是是否否守守恒恒是是有有条条件件的的，例例如如，物物体体的的机机械械能能守守恒恒，必必须须是是只只有有重重力力做做功功；而而能能量量守守恒恒定定律律是是没没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。3能量守恒定律的重要意义能量守恒定律的重要意义(1)找找到到了了各各种种自自然然现现象象的的公公共共量量度度能能量量，从从而而把把各各种种自自然然现现象象用用能能量量规规律律联联系系起起来来，揭揭示示了了自自然然规规律律的的多多样样性性和和统统一性。一性。(2)突突破破了了人人们们关关于于物物质质
9、运运动动的的机机械械观观念念的的范范围围，从从本本质质上上表表明明了了各各种种运运动动形形式式之之间间相相互互转转化化的的可可能能性性。能能量量守守恒恒定定律律比比机机械械能能守守恒恒定定律律更更普普遍遍，它它是是物物理理学学中中解解决决问问题题的的重重要要思思维维方方法法。能能量量守守恒恒定定律律与与电电子子的的发发现现、达达尔尔文文的的进进化化论论并并称称19世世纪纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。三、永动机不可能制成三、永动机不可能制成1第一类永动
10、机第一类永动机人人们们把把设设想想中中的的不不消消耗耗能能量量的的机机械械叫叫做做第第一一类类永永动动机机，第第一类永动机是不可能制成的。一类永动机是不可能制成的。2第一类永动机失败的原因分析第一类永动机失败的原因分析如如果果没没有有外外界界热热源源供供给给热热量量，则则有有U2U1W，就就是是说说，如如果果系系统统内内能能减减少少，即即U2U1，则则W0，说明气体的内能增加。，说明气体的内能增加。如如图图所所示示，一一个个半半径径为为R00.3m的的半半球球状状容容器器，一一小小铁铁块块由由边边缘缘的的A点点从从静静止止开开始始沿沿内内壁壁下下滑滑，当当滑滑到到容容器器底底部部B点点时时，容
11、容器器内内壁壁所所受受压压力力为为小小铁铁块块自自重重的的1.25倍倍，在在它它下下滑滑的的过过程程中中热热量量的的80%被被铁铁块块吸吸收收，那那么么铁铁块块温温度度升升高高多多少少摄摄氏氏度度？铁铁的的比比热热容容是是462J/(kg)，g取取10m/s2。能量守恒定律能量守恒定律如如图图所所示示，一一木木箱箱静静止止于于水水平平面面上上，现现在在用用一一个个80 N的的水水平平推推力力推推动动木木箱箱前前进进10 m，木木箱箱受受到到的的摩摩擦擦力力为为60 N，则则转转化化为为木木箱箱与与地地面面系系统统的的内内能能U和和转转化化为为木木箱箱的的动动能能Ek分分别别是是()AU200
12、J，Ek600 JBU600 J，Ek200 JCU600 J，Ek800 JDU800 J，Ek200 J答案：答案：B解解析析：由由于于木木箱箱在在推推动动中中受受到到的的滑滑动动摩摩擦擦力力与与其其相相对对位位移移的的乘乘积积为为物物体体的的内内能能即即U6010 J600 J。由由能能量量守守恒恒定定律律可可得：得：EkW总总U8010 J600 J200 J，故，故B正确。正确。如如下下图图所所示示，一一演演示示用用的的“永永动动机机”转转轮轮由由5根根轻轻杆杆和和转转轴轴构构成成，轻轻杆杆的的末末端端装装有有用用形形状状记记忆忆合合金金制制成成的的叶叶片片。轻轻推推转转轮轮后后，进
13、进入入热热水水的的叶叶片片因因伸伸展展而而“划划水水”，推推动动转转轮轮转转动动。离离开开热热水水后后，叶叶片片形形状状迅迅速速恢恢复复，转转轮轮因因此此能较长时间转动。下列说法正确的是能较长时间转动。下列说法正确的是()关于第一类永动机问题关于第一类永动机问题A转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量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，水温升高转动的叶片不断搅动热水，水温升高D叶叶片片在在热热水水中中吸吸收收的的热热量量一一定定大大于于在在空空气气中中释释放放的的热热量量解解析析：形形状状
14、记记忆忆合合金金进进入入水水后后受受热热形形状状发发生生改改变变而而搅搅动动热热水水，由由能能量量守守恒恒知知能能量量来来源源于于热热水水，故故A、B、C错错；由由能能量量守守恒恒知知，叶叶片片吸吸收收的的能能量量一一部部分分转转化化成成叶叶片片的的动动能能，一一部部分分释释放放于空气中，故于空气中，故D对。对。答案：答案：D至至今今为为止止，第第一一类类永永动动机机从从来来没没有有成成功功过过，其其原原因因是是()A机械制造的技术没有过关机械制造的技术没有过关B违反了牛顿运动定律违反了牛顿运动定律C违反了电荷守恒定律违反了电荷守恒定律D违反了能量守恒定律违反了能量守恒定律答案：答案：D解解析
15、析：第第一一类类永永动动机机不不可可能能制制成成的的原原因因是是违违背背了了能能的的转转化化和守恒定律。和守恒定律。易错点：易错点：对热力学第一定律理解不透导致错误对热力学第一定律理解不透导致错误案例：案例：下列关于内能的说法正确的是下列关于内能的说法正确的是()A物体吸收热量，内能一定增加物体吸收热量，内能一定增加B物体放出热量，内能一定减少物体放出热量，内能一定减少C当做功和热传递同时存在时，物体的内能可能不变当做功和热传递同时存在时，物体的内能可能不变D物体对外做功，内能可能增加物体对外做功，内能可能增加易错分析：易错分析：易错选项及错误原因具体分析如下：易错选项及错误原因具体分析如下：
16、易错选项易错选项错误原因错误原因A、B对热力学第一定律的含义，没有充分理解对热力学第一定律的含义，没有充分理解正正确确解解答答：物物体体吸吸热热热热量量的的同同时时，物物体体有有可可能能对对外外做做功功，所所以以内内能能不不一一定定增增加加，A错错；物物体体放放出出热热量量的的同同时时，有有可可能能外外界界对对物物体体做做功功，所所以以内内能能不不一一定定减减少少，B错错；当当物物体体从从外外界界吸吸收收的的热热量量与与外外界界对对物物体体做做的的功功正正好好相相等等时时，物物体体内内能能不不变变，C正正确确；当当物物体体对对外外界界做做功功，同同时时吸吸收收热热量量，且且吸吸收收的的热热量量比比对对外界做功多时，内能就有可能增加，外界做功多时，内能就有可能增加，D正确。正确。正确答案：正确答案：CD
