高中热力学第一定律学案

这是一份高中热力学第一定律学案，共5页。

逐点清(一) 热力学第一定律
[多维度理解]
1．改变内能的两种方式：做功和__________都可以改变物体的内能，而且这两种方式是________的。
2．单纯地对系统做功时内能的变化量与功的关系：ΔU＝W。
3．单纯地对系统传热时，内能的变化量与传递热量的关系：ΔU＝Q。
4．当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量：ΔU＝Q＋W。
5．热力学第一定律的内容
一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。

1．公式ΔU＝Q＋W中符号的规定
2．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，W0。
[典例] 一定质量的实际气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J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？
尝试解答：
[全方位练明]
1．(2023·全国甲卷)(多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是( )
A．气体的体积不变，温度升高
B．气体的体积减小，温度降低
C．气体的体积减小，温度升高
D．气体的体积增大，温度不变
E．气体的体积增大，温度降低
2.(2024·开封高二质量检测)如图所示，用气压式开瓶器开红酒瓶，通过针头向瓶内打几次气，然后便能轻松拔出瓶塞，则( )
A．打气后瓶塞拔出前，气体压强减小
B．打气后瓶塞拔出前，气体分子的数密度增大
C．快速拔出瓶塞的过程中，气体吸热，内能增大
D．快速拔出瓶塞的过程中，气体放热，内能减小
逐点清(二) 能量守恒定律
[多维度理解]
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________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量________。
2．意义
(1)各种形式的能可以__________。
(2)各种物理现象可以用______________联系在一起。
3．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________的机器。
(2)第一类永动机不可能制成的原因：违背了____________。

1．能量的存在形式及相互转化
(1)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，还有电磁能、化学能、原子能等。
(2)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，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
2．能量守恒定律中的“转化”和“转移”
(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，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。
[全方位练明]
1．判断下列说法是否正确。
(1)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。( )
(2)功和能可以相互转化。( )
(3)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能量的转化和守恒定律。( )
(4)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。( )
2．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它( )
A．不符合能量守恒定律
B．做功产生的热量太少
C．由于有摩擦、热损失等因素的存在
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
3．(多选)空调市场上有很多变频空调，据专家介绍，变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，耗能是正常运行的5～7倍。定频空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动，这样的频繁启动，耗电多。而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是通过自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，以下说法合理的是( )
A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B．变频空调运行中做功少，转化能量多
C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电
D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能
第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律
逐点清(一)
[多维度理解]
1．传热 等价
[典例] 解析：(1)气体从外界吸热，故Q＝4.2×105 J，气体对外做功，故W＝－6×105 J，
由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝(－6×105 J)＋(4.2×105 J)＝－1.8×105 J。
ΔU为负，说明气体的内能减少了，所以气体内能减少了1.8×105 J。
(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，分子间的作用力做负功，气体分子势能增加。
(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少。
答案：(1)减少 1.8×105 J (2)增加 (3)减少
[全方位练明]
1．选ABD 气体的温度升高，则气体的内能升高，体积不变，则气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；气体的温度降低，则气体的内能降低，体积减小，则外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体对外放热，B正确；气体的温度升高，则气体的内能升高，体积减小，则外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即可能没有热量交换，C错误；气体的温度不变，则气体的内能不变，体积增大，则气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即气体吸收热量，D正确；气体的温度降低，则气体的内能降低，体积增大，则气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即可能没有热量交换，E错误。
2．选B 打气后瓶塞拔出前，气体压强增大，故A错误；打气后瓶塞拔出前，单位体积内的分子数增加，即气体分子的数密度增大，故B正确；快速拔出瓶塞的过程中，气体体积变大，对外做功，由于是快速拔出瓶塞，可认为该过程没有发生热传递，根据热力学第一定律可知，气体内能减少，故C、D错误。
逐点清(二)
[多维度理解]
1．转化 转移 保持不变 2.(1)相互转化 (2)能量守恒定律 3.(1)对外做功 (2)能量守恒定律
[全方位练明]
1．(1)× (2)× (3)√ (4)√
2．选A “第一类永动机”是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，故A正确，B、C、D错误。
3．选CD 自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误；功是能量转化的量度，做同样的功，消耗同样电能，B错误，D正确；由变频空调的工作特点可知省电的原因是效率高，C正确。
课标要求
学习目标
1.知道热力学第一定律。
2.通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。
3.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。
1.了解能量的转化与守恒。
2.理解热力学第一定律，会用ΔU＝W＋Q解决相关问题。理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。
3.知道第一类永动机不可能制成。
符号
Q
W
ΔU
＋
物体吸热
外界对物体做功
内能增加
－
物体放热
物体对外界做功
内能减少