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高中物理人教版 (新课标)选修33 热力学第一定律 能量守恒定律教案设计
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修33 热力学第一定律 能量守恒定律教案设计，共4页。
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专题归纳
专题一 热力学第一定律及应用
1．表达式：ΔU＝Q＋W。
2．ΔU、Q、W的正负问题
凡是能使物体内能增加的，取正号，如内能增加，ΔU为正。外界对物体做功，W取正号。外界向物体传递热量，Q取正号，反之取负号。
3．两个标志
对于气体要抓住体积V变化是做功的标志(气体自由膨胀除外，一般情况下，V变大，对外做功，W＜0，反之，对内做功，W＞0)；对于理想气体要抓住温度T变化是内能变化的标志(T升高，内能增加ΔU＞0，反之，内能减少ΔU＜0)。
4．注意的问题
热力学第一定律中的功是指能够转化为内能的那一部分功，如汽车在牵引力作用下前进，这个牵引力做的功对汽车内能的改变没有任何影响，它只能改变汽车动能的大小，而汽车克服摩擦力所做的功使得汽车的内能增大。
【例题1】 如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小( )
A．从外界吸热 B．内能增大
C．向外界放热 D．内能减小
解析：水温恒定，即空气分子动能不变；不计分子间相互作用，即分子势能不变，由此可知空气内能不变。筒内空气体积减小，说明外界对空气做功，根据热力学第一定律知空气放出热量。正确选项为C。
答案：C
专题二 热力学第一定律与热力学第二定律的比较
1．关于摩擦生热
热力学第一定律中，滑动摩擦力做功可以全部转化为热。热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功。
2．关于热量的传递
热力学第一定律说明，热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自动地从低温物体传向高温物体。
3．关于能量
热力学第一定律说明在任何过程中能量必定守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现，能量转化有方向性。
4．两个定律的关系
热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响。所以二者相互独立，又相互补充。
【例题2】 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述中正确的是( )
A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
解析：热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D项错误，B项正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作还要消耗电能，故A项错误。
答案：B
专题三 能量守恒定律及应用
1．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另一个物体，在能量转化或转移的过程中其总量不变。
能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化。
2．应用能量守恒定律解题的方法和步骤
(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。
(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：
ΔE减＝ΔE增
①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，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，且减少量与增加量一定相等。
(4)列方程，代入数据，计算结果。
【例题3】 如图所示，两个完全相同的金属球A和B，其中A球放在不导热的水平面上，B球用不导热的细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了ΔtA、ΔtB，则( )
A．ΔtA>ΔtB
B．ΔtA<ΔtB
C．ΔtA＝ΔtB
D．ΔtA、ΔtB无法比较
解析：两球受热后体积都要增大，A球因为放在不导热的水平面上，受热膨胀后，重心升高，重力做负功，根据能量守恒定律可知，A球吸收的热量一部分转化成自身的内能，使温度升高，另一部分需要克服重力做功，使重力势能增加；对于B球，同样要受热膨胀，膨胀时重心下降，重力做正功，同样由能量守恒定律可知，B球吸收的热量和重力做的功都要转化成自身的内能，从而使温度升高，由以上分析可知，B球增加的内能要比A球多，B球的温度升高得多，所以有ΔtA<ΔtB。
答案：B
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专题归纳
专题一 热力学第一定律及应用
1．表达式：ΔU＝Q＋W。
2．ΔU、Q、W的正负问题
凡是能使物体内能增加的，取正号，如内能增加，ΔU为正。外界对物体做功，W取正号。外界向物体传递热量，Q取正号，反之取负号。
3．两个标志
对于气体要抓住体积V变化是做功的标志(气体自由膨胀除外，一般情况下，V变大，对外做功，W＜0，反之，对内做功，W＞0)；对于理想气体要抓住温度T变化是内能变化的标志(T升高，内能增加ΔU＞0，反之，内能减少ΔU＜0)。
4．注意的问题
热力学第一定律中的功是指能够转化为内能的那一部分功，如汽车在牵引力作用下前进，这个牵引力做的功对汽车内能的改变没有任何影响，它只能改变汽车动能的大小，而汽车克服摩擦力所做的功使得汽车的内能增大。
【例题1】 如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小( )
A．从外界吸热 B．内能增大
C．向外界放热 D．内能减小
解析：水温恒定，即空气分子动能不变；不计分子间相互作用，即分子势能不变，由此可知空气内能不变。筒内空气体积减小，说明外界对空气做功，根据热力学第一定律知空气放出热量。正确选项为C。
答案：C
专题二 热力学第一定律与热力学第二定律的比较
1．关于摩擦生热
热力学第一定律中，滑动摩擦力做功可以全部转化为热。热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功。
2．关于热量的传递
热力学第一定律说明，热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自动地从低温物体传向高温物体。
3．关于能量
热力学第一定律说明在任何过程中能量必定守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现，能量转化有方向性。
4．两个定律的关系
热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响。所以二者相互独立，又相互补充。
【例题2】 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述中正确的是( )
A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
解析：热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D项错误，B项正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作还要消耗电能，故A项错误。
答案：B
专题三 能量守恒定律及应用
1．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另一个物体，在能量转化或转移的过程中其总量不变。
能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化。
2．应用能量守恒定律解题的方法和步骤
(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。
(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：
ΔE减＝ΔE增
①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，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，且减少量与增加量一定相等。
(4)列方程，代入数据，计算结果。
【例题3】 如图所示，两个完全相同的金属球A和B，其中A球放在不导热的水平面上，B球用不导热的细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了ΔtA、ΔtB，则( )
A．ΔtA>ΔtB
B．ΔtA<ΔtB
C．ΔtA＝ΔtB
D．ΔtA、ΔtB无法比较
解析：两球受热后体积都要增大，A球因为放在不导热的水平面上，受热膨胀后，重心升高，重力做负功，根据能量守恒定律可知，A球吸收的热量一部分转化成自身的内能，使温度升高，另一部分需要克服重力做功，使重力势能增加；对于B球，同样要受热膨胀，膨胀时重心下降，重力做正功，同样由能量守恒定律可知，B球吸收的热量和重力做的功都要转化成自身的内能，从而使温度升高，由以上分析可知，B球增加的内能要比A球多，B球的温度升高得多，所以有ΔtA<ΔtB。
答案：B
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