《2019-2020學年高中物理 第十章 熱力學定律 3 熱力學第一定律 能量守恒定律課件 新人教版選修3-3.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學年高中物理 第十章 熱力學定律 3 熱力學第一定律 能量守恒定律課件 新人教版選修3-3.ppt（31頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

3熱力學第一定律能量守恒定律 一 熱力學第一定律1 改變內(nèi)能的方式 它們的區(qū)別和聯(lián)系 改變內(nèi)能的兩種方式 做功與熱傳遞 聯(lián)系 兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等效的 一定數(shù)量的功與確定數(shù)量的熱相對應(yīng) 區(qū)別 做功是內(nèi)能與其他形式能量的相互轉(zhuǎn)化 而熱傳遞只是不同物體 或一個物體的不同部分 之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 2 熱力學第一定律的內(nèi)容 一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和 3 熱力學第一定律的表達式 U Q W 二 能量守恒定律1 內(nèi)容 能量既不會憑空產(chǎn)生 也不會憑空消失 它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式 或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中 能量的總量保持不變 2 意義 1 能量守恒定律告訴我們 各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化 2 各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象 力學的 熱學的 電學的 磁學的 光學的 化學的 生物學的等可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起 三 永動機不可能制成閱讀教材第55 56頁 永動機不可能制成 部分 知道什么是第一類永動機 了解第一類永動機不可能制成的原因 1 第一類永動機 人們設(shè)想中的不需要任何動力或燃料 卻能不斷地對外做功的機器 2 第一類永動機不可制成的原因 違背了能量守恒定律 自我檢測1 判斷正誤 對的畫 錯的畫 1 某個物體的能量減少 必然有其他物體的能量增加 解析 能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移 在轉(zhuǎn)移的過程中能量守恒 答案 2 石子從空中落下 最后停止在地面上 說明機械能消失了 解析 石子在下落過程中 機械能在轉(zhuǎn)化 但機械能并沒有消失 而是轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量 答案 3 自由擺動的秋千擺動的幅度越來越小 減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 但總能量守恒 解析 秋千在擺動過程中 機械能轉(zhuǎn)化為秋千和周圍空氣的內(nèi)能 但總能量守恒 答案 4 違背能量守恒定律的過程是一定不會發(fā)生的 解析 能量守恒定律是自然界普遍遵守的定律 在所有能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中 總能量不變 答案 2 探究討論 1 氣體膨脹對外做功120J 同時從外界吸收100J的熱量 它的內(nèi)能的變化是多少 答案 根據(jù)熱力學第一定律 U W Q 120J 100J 20J 所以減小20J 2 下面的永動機能實現(xiàn)嗎 答案 不能 違反了能量守恒定律 3 熱力學第一定律與能量守恒定律是什么關(guān)系 答案 能量守恒定律是各種形式的能相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程 總能量保持不變 它包括各個領(lǐng)域 其范圍廣泛 熱力學第一定律是物體內(nèi)能與其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移 是能量守恒定律的具體體現(xiàn) 探究一 探究二 熱力學第一定律問題探究1 如圖甲所示 該實驗為做機械功改變系統(tǒng)狀態(tài)的焦耳實驗 該實驗是一個與外界沒有熱量交換的實驗 如果外界對物體做的功為W 物塊重力所做的功 則它的內(nèi)能怎樣改變 變化了多少 要點提示一個物體 如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量 那么外界對它做功為W 內(nèi)能增加量為W 探究一 探究二 2 如圖乙所示為做電功改變系統(tǒng)狀態(tài)的實驗 該系統(tǒng)沒有外界對其做功 如果電流對液體做的功 電阻發(fā)熱 為Q 它的內(nèi)能怎樣變化 變化了多少 要點提示如果外界沒有對系統(tǒng)做功 當物體從外界吸收熱量Q 則內(nèi)能的增加量為Q 3 如果某一過程中 物體跟外界同時發(fā)生了做功和熱傳遞 那么 該物體內(nèi)能的變化 U與熱量Q及做的功W之間又滿足怎樣的關(guān)系呢 要點提示 U W Q 該式表示的是功 熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系 在物理學中叫做熱力學第一定律 探究一 探究二 知識歸納1 熱力學第一定律的意義熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的 而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系 此定律是標量式 應(yīng)用時熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳 2 熱力學第一定律的符號法則 探究一 探究二 3 幾種特殊情況 1 若過程是絕熱的 則Q 0 W U 外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加 2 若過程中不做功 即W 0 則Q U 物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加 3 若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變 即 U 0 則W Q 0或W Q 外界對物體做的功等于物體放出的熱量 4 判斷外界是否對氣體做功的方法一般情況下外界對氣體做功與否 需看氣體的體積是否變化 1 若氣體體積增大 表明氣體對外界做功 W0 探究一 探究二 典例剖析 例題1 若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體 氣泡從湖底緩慢上升到湖面的過程中 對外界做了0 6J的功 設(shè)湖水的溫度相等且保持不變 1 氣泡上升過程中吸收的熱量是多少 2 氣泡到達湖面后 由于太陽的照射 在溫度上升的過程中又對外界做了0 1J的功 同時吸收了0 3J的熱量 則此過程中 氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了多少 思考問題 湖水溫度不變 說明了什么 提示氣泡由湖底上升到水面過程中氣體內(nèi)能不變 探究一 探究二 解析 1 氣體溫度不變 內(nèi)能不變 由熱力學第一定律 U Q W 則Q U W 0 0 6J 0 6J 2 由熱力學第一定律得 U Q W 0 3J 0 1J 0 2J 內(nèi)能增加0 2J 答案 1 0 6J 2 0 2J應(yīng)用熱力學第一定律解題的方法 1 首先應(yīng)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng) 2 分別列出物體 或系統(tǒng) 吸收或放出的熱量 外界對物體 或系統(tǒng) 所做的功或物體 或系統(tǒng) 對外所做的功 3 根據(jù)熱力學第一定律 U Q W列出方程進行求解 4 特別注意的就是物理量的正負號及其物理意義 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1一定質(zhì)量的氣體 在從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程中 吸收熱量280J 并對外做功120J 試問 1 這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化 2 如果這些氣體又返回到原來的狀態(tài) 并放出了240J熱量 那么在返回的過程中是氣體對外界做功 還是外界對氣體做功 做功多少 解析 1 由熱力學第一定律得 U W Q 280J 120J 160J 內(nèi)能增加了160J 2 U U 160J Q 240J 由熱力學第一定律得 W U Q 160J 240J 80J 即外界對氣體做了80J的功 答案 1 內(nèi)能增加了160J 2 外界對氣體做功80J 探究一 探究二 能量守恒定律問題探究1 不耗油的汽車能不能制成 為什么 不消耗能量的汽車呢 要點提示前者能制成而后者不能制成 這是因為可以用太陽能 電能等能源代替石油能源制造出太陽能汽車 電動汽車等 但是不消耗任何能量的汽車不可能制成 因為它違背能量守恒定律 探究一 探究二 2 如圖所示是18世紀人們發(fā)明的各種不同形式的 永動機 現(xiàn)在這些 永動機 只能在博物館中看到了 警示人們不要再做這方面的工作 試分析 永動機 不能成功的原因 要點提示永動機違背了能量守恒定律 探究一 探究二 知識歸納1 能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運動形式都有對應(yīng)的能 機械運動有機械能 分子的熱運動有內(nèi)能 還有諸如電磁能 化學能 原子能等 各種形式的能 可以相互轉(zhuǎn)化 例如 利用電爐取暖或燒水 電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 煤燃燒 化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 列車剎車后 輪子溫度升高 機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等 2 能量守恒的條件與某種運動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的 例如 物體的機械能守恒 必須是只有重力做功 而能量守恒定律是沒有條件的 它是一切自然現(xiàn)象都普遍遵守的基本規(guī)律 探究一 探究二 3 能量守恒定律的重要意義 1 找到了各種自然現(xiàn)象的公共量度 能量 從而把各種自然現(xiàn)象用能量的規(guī)律聯(lián)系起來 揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性 2 突破了人們關(guān)于物質(zhì)運動的認識范圍 從本質(zhì)上表明了各種運動形式之間相互轉(zhuǎn)化的可能性 能量守恒定律比機械能守恒定律更普遍 它是物理學中解決問題的重要思維方法 能量守恒定律與細胞學說 生物進化論并稱19世紀自然科學中三大發(fā)現(xiàn) 由此可見其重要意義 3 具有重大實踐意義 即徹底粉碎了永動機的幻想 探究一 探究二 4 能量守恒定律中的 轉(zhuǎn)化 和 轉(zhuǎn)移 1 某種形式的能量減少 一定有其他形式的能量增加 且減少量和增加量一定相等 2 某個物體的能量減少 一定存在其他物體的能量增加 且減少量和增加量一定相等 探究一 探究二 典例剖析 例題2 如圖所示為沖擊擺實驗裝置 一質(zhì)量為m的子彈以v0射入質(zhì)量為M的沙箱后與沙箱合為一體 共同擺起一定高度h 則整個過程中子彈和沙箱由于相互作用所產(chǎn)生的內(nèi)能為多少 不計空氣阻力 探究一 探究二 能量守恒定律的應(yīng)用方法應(yīng)用能量守恒定律解決問題時 首先應(yīng)明確題目中涉及了哪幾種形式的能量 然后分析哪種形式的能量增加 哪種形式的能量減少 確定了研究的系統(tǒng)后 用能量守恒的觀點即可求解 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c 吸收了340J的熱量 并對外做功120J 若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時 對外做功40J 則這一過程中氣體 選填 吸收 或 放出 J熱量 探究一 探究二 解析 對該理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c 由熱力學第一定律可得 U Q W 340J 120J 220J 即從a狀態(tài)到c狀態(tài) 理想氣體的內(nèi)能增加了220J 若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時 對外做功40J 此過程理想氣體的內(nèi)能增加還是220J 所以可以判定此過程是吸收熱量 再根據(jù)熱力學第一定律可得 U Q W 得Q U W 220J 40J 260J 答案 吸收260J 1 2 3 4 5 1 在熱力學第一定律的表達式 U W Q中 關(guān)于 U W Q各個物理量的正 負 下列說法正確的是 A 外界對物體做功時W為正 吸熱時Q為負 內(nèi)能增加時 U為正B 物體對外界做功時W為負 吸熱時Q為正 內(nèi)能增加時 U為負C 物體對外界做功時W為負 吸熱時Q為正 內(nèi)能增加時 U為正D 外界對物體做功時W為負 吸熱時Q為負 內(nèi)能增加時 U為負解析 根據(jù)公式 U W Q中的符號法則知選項C正確 答案 C 1 2 3 4 5 2 一定量的氣體膨脹對外做功100J 同時對外放熱40J 氣體內(nèi)能的增量 U是 A 60JB 60JC 140JD 140J解析 由熱力學第一定律得 U W Q 100J 40J 140J C項正確 答案 C 1 2 3 4 5 3 第一類永動機是不可能制成的 這是因為 A 不符合機械能守恒定律B 做功產(chǎn)生的熱量不符合熱功當量C 違背了能量守恒定律D 找不到合適的材料和合理的設(shè)計方案解析 第一類永動機違背了能量守恒定律 所以是不可能制成的 故選項C正確 答案 C 1 2 3 4 5 4 下列對能量守恒定律的認識不正確的是 A 某種形式的能量減少 一定存在其他形式的能量增加B 某個物體的能量減少 必然有其他物體的能量增加C 不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器 永動機是不可能制成的D 石子從空中落下 最后停止在地面上 說明機械能消失了解析 選項A是指不同形式的能量間的轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的 選項B是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)移過程中能量是守恒的 這正好是能量守恒定律的兩個方面 轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移 選項C中任何永動機都是不可能制成的 它違背了能量守恒定律 選項D中石子的機械能在變化 比如受空氣阻力作用 機械能可能減少 但機械能并沒有消失 只是轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量 答案 D 1 2 3 4 5 5 噴霧器內(nèi)有10L水 上部封閉有1atm的空氣2L 關(guān)閉噴霧閥門 用打氣筒向噴霧器內(nèi)再充入1atm的空氣3L 設(shè)外界環(huán)境溫度一定 空氣可看作理想氣體 1 當水面上方氣體溫度與外界溫度相等時 求氣體壓強 并從微觀上解釋氣體壓強變化的原因 2 打開噴霧閥門 噴霧過程中封閉氣體可以看成等溫膨脹 此過程氣體是吸熱還是放熱 簡要說明理由 1 2 3 4 5 解析 1 設(shè)氣體初態(tài)壓強為p1 體積為V1 末態(tài)壓強為p2 體積為V2 由玻意耳定律p1V1 p2V2代入數(shù)據(jù)得p2 2 5atm微觀解釋 溫度不變 分子平均動能不變 單位體積內(nèi)分子數(shù)增加 所以壓強增加 2 吸熱 氣體對外做功而內(nèi)能不變 根據(jù)熱力學第一定律可知氣體吸熱 答案 1 2 5atm 2 吸熱