高中物理人教版选择性必修第三册复习课：热力学定律（第一课时）.docx

教学设计

课程基本信息

学科

高中物理

年级

高三

学期

秋季

课题

热力学定律（第一课时）

教学目标

1.理解热力学第一定律，并能运用热力学第一定律分析和解决相关问题。

2.理解并会运用能量守恒定律解决实际问题。

3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。

4.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质。

5.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题。

6.理解能量耗散，知道能源是有限的。

教学重难点

教学重点：

1.热力学第一定律的理解和应用。

2.热力学第二定律的两种表述和理解。

教学难点：

1.能量守恒定律的实际应用。

2.用热力学第二定律解释方向性问题。

教学过程

一、热力学第一定律能量守恒定律

思考1如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分。已知A内有一定量的稀薄气体，B内为真空。抽开隔板K后，A内气体进入B，最终达到平衡状态。此过程中气体内能如何变化？

答案不变。因为A中气体在膨胀过程中不做功，即W＝0，由于容器绝热Q＝0，根据热力学第一定律，内能不发生变化。

知识链接：热力学第一定律

(1)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。

(2)表达式：ΔU＝Q＋W。

(3)表达式中的正、负号法则：

符号

W

Q

ΔU

＋

外界对物体做功

物体吸收热量

内能增加

－

物体对外界做功

物体放出热量

内能减少

思考2如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定质量的空气，压强与大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气)，也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2。Q1和Q2哪个大些？为什么？

答案活塞与汽缸都固定不动时，气体的体积不变，没有做功过程发生，气体吸收的热量Q1全部用于增加气体的内能即为ΔU＝Q1，如果活塞可以自由滑动，温度升高，气体膨胀，会推动活塞向外运动，对外做功，当气体升高相同温度时，气体内能的增加量与前一个过程是相同的，也是Q1，根据热力学第一定律ΔU＝Q1＝W＋Q2，由于W0，所以Q2Q1。

例1(2023·天津卷·2)如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体()

A．对外做功 B．内能减小

C．吸收热量 D．压强不变

答案B

解析由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；爬山过程中温度减小，则气体内能减小，故B正确；根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，故C错误；爬山过程中氧气瓶里的气体容积、质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，可知气体压强减小，故D错误。

例2(2023·杭州市模拟)夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是()

A．气泡内气体的内能可能不变

B．气泡上升过程中可能会放热

C．外界对气泡内气体做负功，气体内能增大

D．气泡内气体的压强增大

答案C

解析气泡上升，由p＝p0＋ρgh知气泡内压强减小，D错误；

根据题意可知，越往上温度越高，故气泡温度升高，内能变大，故A错误；

由eq\f(pV,T)＝C知，气泡体积变大，外界对气泡内气体做负功，根据ΔU＝W＋Q，气泡内能增大，可知Q0，故气泡吸热，故B错误，C正确。

知识链接：判断气体是否做功的方法

1．若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0；

2．若气体体积减小，表明外界对气体做功，W0。

例3如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105Pa。已知活塞的横截面积为0.04m2，外部大气压强为1×105Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2000J，则封闭气体的内能变化量为()

A．400JB．1200JC．2000JD．2800J

答案B

解析由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功为W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2J＝－800J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝W＋Q＝(－800＋2000)J＝1200J，故B正确。

知识链接：应用热力学第一定律解题的一般步骤

(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)