高二物理(人教版教科版通用) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律學(xué)習(xí)任務(wù)單

1、熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律 學(xué)習(xí)任務(wù)單課前回顧：?jiǎn)栴}1：在我們生活中離不開(kāi)各種各樣的能量，請(qǐng)舉出生活中的實(shí)例說(shuō)說(shuō)物體具有哪些形式的能量，這些能量在具體的過(guò)程中經(jīng)歷了轉(zhuǎn)化成了什么形式的能量？問(wèn)題2：改變內(nèi)能有哪些方式？如果給你一小段鐵絲，你有哪些辦法可以讓它升溫？1.改變內(nèi)能的兩種方式：_與_.兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是_.2.熱力學(xué)第一定律（1）人們關(guān)于熱本質(zhì)的爭(zhēng)論：熱質(zhì)說(shuō)熱動(dòng)說(shuō)觀點(diǎn)問(wèn)題：熱質(zhì)說(shuō)在解釋什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象遇到了困難？（2）內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的_與外界對(duì)它所_的和.（3）熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式： 。此式是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)除了要注意熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為“焦耳”，同時(shí)

2、還要注意Q和W的正、負(fù)。物理量符號(hào)意義符號(hào)意義U+_Q+_W+_3.能量守恒定律（1）能量守恒定律的建立過(guò)程孕育期：科學(xué)家一直在追尋守恒量的道路上，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了機(jī)械能守恒定律；各種形式的能量之間的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象逐漸被發(fā)現(xiàn)；各種永動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)失敗建立期：_、_、_的貢獻(xiàn)最大。（2）能量守恒定律的內(nèi)容：（3）永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是_拓展學(xué)習(xí)任務(wù)：1.查找資料了解歷史上的永動(dòng)機(jī)。2.在能量守恒定律的建立過(guò)程中有很多科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)，請(qǐng)查閱資料了解他們的生平和科學(xué)研究經(jīng)歷。3.有一種“永動(dòng)”玩具飲水鳥(niǎo). 小鴨的頭和身 由兩個(gè)玻璃球構(gòu)成，并通過(guò)細(xì)玻璃管相連。下球盛有一些乙醚，上球連同尖嘴被吸水毛氈包起來(lái)。我

3、們將鳥(niǎo)俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口后，直立起來(lái)?？墒侵绷u晃一會(huì)兒后它又會(huì)俯下身去，等到鳥(niǎo)嘴浸到了水，“喝”了一口，又會(huì)直立起來(lái)?yè)u晃，如此循環(huán)往復(fù)，它不停地點(diǎn)頭喝水。似乎達(dá)到了一種“永動(dòng)”的狀態(tài)，但是經(jīng)過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)我們知道不存在不消耗能源卻能夠一直工作的機(jī)械，那你能夠嘗試說(shuō)明飲水鳥(niǎo)的能量來(lái)源嗎？參考：小鴨頭部的毛氈“飲水”后，水蒸發(fā)吸熱，導(dǎo)致頭部溫度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸氣被液化，壓強(qiáng)減小，液柱上升，小鴨重心上移，直到小鴨傾倒。處于傾倒位置的小鴨，頭部再次被浸濕，上下玻璃球內(nèi)的氣體相通，壓強(qiáng)相等，乙醚流回下玻璃球內(nèi)，重心下移，小鴨站立。如此循環(huán)往復(fù)?？梢?jiàn)，正是因?yàn)樾▲嗩^部“飲水”

4、后水不斷蒸發(fā)，吸收了察覺(jué)不到的空氣的熱量，才使小鴨能夠持續(xù)工作下去。課前回顧：?jiǎn)栴}1、生活中存在電能、化學(xué)、光能、核能等，比如：水力發(fā)電，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電能通過(guò)電燈轉(zhuǎn)化成光能和內(nèi)能；通過(guò)給手機(jī)充電，電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能和內(nèi)能。問(wèn)題2、改變內(nèi)能的方式：做功和熱傳遞。是鐵絲升溫的方式：反復(fù)彎折它，會(huì)發(fā)現(xiàn)彎折的地方，鐵絲的溫度升高，還可以把鐵絲與砂紙摩擦等，還可以把鐵絲放進(jìn)熱水里。1、改變內(nèi)能的兩種方式：_與_.兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是_.做功、熱傳遞、等價(jià)的2、熱力學(xué)第一定律（1）人們關(guān)于熱本質(zhì)的爭(zhēng)論熱質(zhì)說(shuō)熱動(dòng)說(shuō)觀點(diǎn)熱是一種沒(méi)有重量、可以在物體中流動(dòng)的物質(zhì)熱是粒子運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)，物體由于粒子的劇烈運(yùn)動(dòng)

5、而發(fā)熱熱質(zhì)說(shuō)在解釋摩擦生熱現(xiàn)象時(shí)遇到了困難，摩擦生熱中只要摩擦，熱不斷的產(chǎn)生，如果熱是一種物質(zhì)，不可能憑空產(chǎn)生。（2）內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的_熱量_與外界對(duì)它所_功_的和.（3）熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式： U=Q+W 。此式是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)除了要注意熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為“焦耳”，同時(shí)還要Q和W的正、負(fù)值。物理量符號(hào)意義符號(hào)意義U+系統(tǒng)的內(nèi)能增加_系統(tǒng)的內(nèi)能減少Q(mào)+系統(tǒng)從外界吸熱_系統(tǒng)向外界放熱W+外界對(duì)系統(tǒng)對(duì)功_系統(tǒng)對(duì)外界做功3.能量守恒定律（1）能量守恒定律的建立過(guò)程孕育期：科學(xué)家一直在追尋守恒量的道路上，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了機(jī)械能守恒定律；各種形式的能量之間的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象逐漸被

6、發(fā)現(xiàn)；各種永動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)失敗建立期：_邁爾_、_焦耳_、_亥姆霍茲_的貢獻(xiàn)最大。（2）能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，其總量不變。（3）永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是_違背能量守恒定律_【課后練習(xí)】1.在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式U=W+Q中，關(guān)于U、W、Q各個(gè)物理量的正、負(fù)，下列說(shuō)法中正確的是()A.外界對(duì)物體做功時(shí)W為正，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)U為正B.物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)U為負(fù)C.物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)U為正D.外界對(duì)物體做功時(shí)W為負(fù)，

7、吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)U為負(fù)2.氣體膨脹對(duì)外做功100 J，同時(shí)從外界吸收了120 J的熱量，它的內(nèi)能的變化是()A.減小20 J B.增大20 JC.減小220 JD.增大220 J3.關(guān)于物體內(nèi)能變化，以下說(shuō)法中正確的是（ ）A物體對(duì)外做功，溫度一定降低，內(nèi)能一定減少B物體吸收熱量，溫度一定增加，內(nèi)能一定增大C物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變D物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變4.一定量的氣體吸收熱量,體積膨脹并對(duì)外做功，則此過(guò)程的末態(tài)與初態(tài)相比()A.氣體內(nèi)能一定增加B.氣體內(nèi)能一定減小C.氣體內(nèi)能一定不變D.氣體內(nèi)能的增減不能確定5.有些地方出租車(chē)常以天然氣作為燃料。加

8、氣站儲(chǔ)氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過(guò)程中，若儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，則罐內(nèi)氣體(可視為理想氣體)()A.壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小B.吸收熱量，內(nèi)能增大C.壓強(qiáng)減小，分子平均動(dòng)能增大D.對(duì)外做功，分子平均動(dòng)能減小6.某汽車(chē)后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成。開(kāi)箱時(shí)，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示。在此過(guò)程中，若缸內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體()A.對(duì)外做正功，分子的平均動(dòng)能減小B.對(duì)外做正功，內(nèi)能增大C.對(duì)外做負(fù)功，分子的平均動(dòng)能增大D.對(duì)外做負(fù)功，內(nèi)能減小7.如圖所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有

9、用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng).離開(kāi)熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是（ ）A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來(lái)自形狀記憶合金自身C.轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量8.如圖所示，A、B兩點(diǎn)表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個(gè)狀態(tài)，當(dāng)氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時(shí)()A氣體內(nèi)能一定增加 B氣體壓強(qiáng)變大C氣體對(duì)外界做功 D氣體對(duì)外界放熱9 (多選)下面設(shè)想符合能量守恒定律的是()A利用永久磁鐵間的作用力，造一臺(tái)永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械B做一條船，利用

10、流水的能量逆水行舟C通過(guò)太陽(yáng)照射飛機(jī)，即使飛機(jī)不帶燃料也能飛行D利用核動(dòng)力，駕駛地球離開(kāi)太陽(yáng)系10行駛中的汽車(chē)制動(dòng)后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是()A物體克服阻力做功B物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量11.QP約在1670年，英國(guó)賽斯特城的主教約翰維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動(dòng)機(jī)”，如圖所示，在斜坡頂上放一塊強(qiáng)有力的磁鐵，斜坡上端有一個(gè)小孔，斜面下有一個(gè)連接小孔直至底端的彎曲軌道.維爾金斯認(rèn)為：

11、如果在斜坡底放一個(gè)小鐵球，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到小孔處時(shí)，它就要掉下，再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端處，由于有速度而可以對(duì)外做功，然后又被磁鐵吸引回到上端，到小孔處又掉下。在以后的二百多年里，維爾金斯的永動(dòng)機(jī)居然改頭換面地出現(xiàn)過(guò)多次，其中一次是在1878年，即在能量轉(zhuǎn)化和守恒定律確定20年后，而且竟在德國(guó)取得了專(zhuān)利權(quán)。QP請(qǐng)你分析一下，維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”能實(shí)現(xiàn)嗎?【課后練習(xí)參考答案】1.解析:根據(jù)公式U=W+Q中的符號(hào)法則知選項(xiàng)C正確。物理量符號(hào)意義符號(hào)意義W+外界對(duì)物體做功物體對(duì)外界做功Q+物體吸熱物體放熱U+內(nèi)能增加內(nèi)能減少答案:C2. 解析:研究對(duì)象為氣

12、體,依符號(hào)規(guī)則,對(duì)外做的功W=-100 J,吸收熱量Q=+120 J。由熱力學(xué)第一定律有:U=W+Q=-100 J+120 J=20 J。U0,說(shuō)明氣體的內(nèi)能增加,故正確選項(xiàng)為B。答案:B3. 解析：改變物體內(nèi)能的途徑有兩個(gè),做功和熱傳遞.分析問(wèn)題時(shí)必須同時(shí)考慮做功和熱傳遞兩個(gè)因素對(duì)內(nèi)能的影響. A、B選項(xiàng)都只考慮了做功或熱傳遞的一個(gè)因素. 選項(xiàng)雖然考慮了做功和熱傳遞兩個(gè)因素，但兩個(gè)因素都使內(nèi)能減少，故A、B、D選項(xiàng)錯(cuò).正確選項(xiàng)為C.答案:C4.解析:由熱力學(xué)第一定律U=Q+W,氣體吸收熱量Q0,體積膨脹對(duì)外做功W0,但不能確定Q與W值的大小,所以不能判斷U的正負(fù),則氣體內(nèi)能的增減也就不能確定

13、,選項(xiàng)D正確。答案:D5. 解析:氣體發(fā)生等容變化,根據(jù)查理定律可知,溫度升高,則壓強(qiáng)增大;氣體體積不變,則對(duì)外不做功;溫度升高,內(nèi)能增加,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,從外界吸收熱量,B項(xiàng)正確。答案:B6.解析:缸內(nèi)氣體膨脹,對(duì)外做正功,即W0,缸內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換,即Q=0,由熱力學(xué)第一定律W+Q=U可知,U0,即缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小,溫度降低,分子的平均動(dòng)能減小,故選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤,選項(xiàng)A正確。答案:A7. 解析：該“永動(dòng)機(jī)”葉片進(jìn)入熱水中，吸收熱量而伸展劃水，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，離開(kāi)水面后向空氣中放熱，葉片形狀迅速恢復(fù)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)的能量來(lái)自熱水，由于不斷向空氣釋放熱量，所以水溫逐漸降低，A、B、C

14、錯(cuò)，答案：D8. 解析 由圖可知，理想氣體的變化為等溫膨脹，故氣體壓強(qiáng)減小，內(nèi)能不變，氣體對(duì)外做功；由熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定從外界吸收熱量綜上可知，C對(duì)，A、B、D錯(cuò)答案：C9. 解析利用磁場(chǎng)能可以使磁鐵所具有的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，但由于摩擦力的不可避免性，動(dòng)能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使轉(zhuǎn)動(dòng)停止，故A不符合。讓船先靜止在水中，設(shè)計(jì)一臺(tái)水力發(fā)電機(jī)使船獲得足夠電能，然后把電能轉(zhuǎn)化為船的動(dòng)能使船逆水航行；同理可利用光能的可轉(zhuǎn)化性和電能的可收集性，使光能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)不帶燃料也能飛行，故B、C符合；利用反沖理論，以核動(dòng)力為能源，使地球獲得足夠大的能量，掙脫太陽(yáng)引力的束縛而離開(kāi)太陽(yáng)系，故D符合10. 解析：這四個(gè)現(xiàn)象中，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程都受到阻力，汽車(chē)主要是制動(dòng)阻力，流星降落是空氣阻力，條形磁鐵下落過(guò)程受到磁場(chǎng)阻力。因而物體都克服阻力做功。A選項(xiàng)對(duì)。四個(gè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中