高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 热力学第一定律导学案

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 热力学第一定律导学案，共28页。
2．掌握两分子间的势能和分子距离的关系，能用公式ΔU＝Q＋W解决相关问题并能定量计算，会解释第一类永动机不可能制成的原因．
3．通过实验探究做功可以改变内能，与他人合作交流，提高动手实验和探究能力，培养探索科学的热情和兴趣．
知识点一 物体的内能
1．分子势能
(1)定义：由于分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能．
(2)分子势能的决定因素．
宏观上：与物体的体积有关．
微观上：与分子间的距离有关．
①若r＞r0，当r增大时，分子势能增加．
②若r＜r0，当r减小时，分子势能增加．
③若r＝r0，分子势能最小．
2．分子动能
(1)定义：物体内部的分子由于做热运动具有分子动能．
(2)温度变化，分子动能就改变．
3．内能：物体中所有分子的动能和分子势能的总和．
温度是物体内分子热运动平均动能的标志．
知识点二 改变物体内能的两种方式
1．改变物体内能的两种方式：做功和热传递．
2．物体内能的改变
(1)如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内能增加；若物体对外做功，物体的内能减少．
(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能增加；物体放出热量时，它的内能减少．
对于改变物体的内能来说，热传递和做功是等效的．
知识点三 热力学第一定律及其应用
1．热力学第一定律
(1)内容：物体内能的增量ΔU等于物体吸收的热量Q和外界对物体做的功W之和．
(2)公式：ΔU＝Q＋W．
2．热力学第一定律的意义
(1)内能的变化必然伴随有做功或热传递．
(2)一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，此过程中总能量守恒．
在应用ΔU＝Q＋W进行计算时，应注意它们的正负号及其物理意义．
知识点四 能量守恒定律及第一类永动机不可能制成
1．能量守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变．
(2)意义：是自然界的一条普遍规律，不仅适用于无机界，也适用于生命过程，一切违背能量守恒定律的观点，都被实践证明是错误的．
2．第一类永动机不可能制成
(1)概念：不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器．
(2)结果：因违背能量守恒定律，是不可能制成的．
能量守恒定律有力地揭示了物质运动的不灭性和统一性．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同．(×)
(2)热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定．(√)
(3)系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J．(√)
(4)石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了．(×)
2．如图所示，在大口的玻璃瓶内装一些水，然后用一与打气筒相连的瓶塞密闭瓶口，向瓶内打气，当打到某一状态时，瓶塞会跳起来．当瓶塞跳起时，我们会看到瓶内出现了“白雾”．对于“白雾”的形成，下列说法正确的是( )
A．这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠
B．这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气
C．这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾
D．瓶内空气推动瓶塞做功，空气的内能减小，温度降低，使水蒸气液化形成小水滴
D [当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使系统的内能增加，温度升高，压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出．形成“白雾”的原因是，在瓶塞突然跳起时，瓶内气体对外做功，内能减少，温度下降，水蒸气有一部分液化成小水滴，故选项D正确．]
3．图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，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
A [筒内气体不与外界发生热交换，当气体体积变小时，则外界对气体做功，外界对气体做功使气体的内能增大．A正确．]
如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题：
(1)在变化过程中气体对外界做功，还是外界对气体做功？
(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能增加了，还是减少了？
提示：(1)气体对外做功．(2)吸热；内能增加．
物体的内能
1．分子动能
(1)温度的微观含义
温度是分子平均动能的标志，因不同的分子具有的速率一般不同，且不同时刻同一分子的速率一般也不相同，故单个分子的动能无意义．温度是物体内大量分子热运动的集体表现．只要温度相同，分子的平均动能就相同，但分子的平均速率不一定相同．
(2)分子热运动的平均动能
①分子的平均动能永远不可能为零，因为分子无规则运动是永不停息的．
②平均动能与平均速率的关系可简单地理解为：Ek＝12mv2，m为该物质分子的质量．(通常提到的分子速率一般是指分子的平均速率，单个分子的速率无意义)
③分子的动能与宏观物体的运动无关，也就是分子热运动的平均动能与宏观物体运动的动能无关．
(3)温度与分子动能、分子平均动能的关系
在宏观上温度是表示物体冷热程度的物理量．在微观上温度是物体中分子热运动的平均动能的标志．
在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，温度升高，分子平均动能增加；温度降低，分子平均动能减少．
在同一温度下，虽然不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不一定相同，所以分子热运动的平均速率不一定相同．
2．影响分子势能大小的因素
如图所示，随着分子间距离的变化，分子力做功，分子势能发生变化，分子势能的变化微观上决定于分子间的距离，宏观上与物体的体积有关．
3．物体的内能
(1)内能的决定因素．
①宏观因素：物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响．
②微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．
(2)内能与机械能的比较．
(3)物态变化对内能的影响：一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变．此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化．
【典例1】 (多选)如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线，下列说法正确的是( )
A．当r>r1时，分子间的作用力表现为引力
B．当r