選修33熱力學(xué)第一定律教案

1、第3節(jié)熱力學(xué)第一定律目標導(dǎo)航1 知道熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容及其表達式2 理解能量守恒定律的內(nèi)容3 了解第一類永動機不可能制成的原因誘思導(dǎo)學(xué)1. 熱力學(xué)第一定律(1) .一個熱力學(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它所做的功的和。這個關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律。其數(shù)學(xué)表達式為：AUnW+Q(2) .與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號法則做功W熱量Q內(nèi)能的改變AU取正值+”外界對系統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)的內(nèi)能增加取負值-”系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)向外界放岀熱量系統(tǒng)的內(nèi)能減少(3)熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，同時也進一步揭示了能量

2、守恒定律。(4) 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟： 根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、AU)的正、負； 根據(jù)方程AJ=W+Q求出未知量； 再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功情況。2. 能量守恒定律.自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應(yīng)著一種形式的能量。如機械運動對應(yīng)機械能；分子熱運動對應(yīng)內(nèi)能；電磁運動對應(yīng)電磁能。.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。摩擦可以將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱電燈發(fā)光可以將電能轉(zhuǎn) 化為光能。.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)移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。(4)

3、 .熱力學(xué)第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。(5) .能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程。(6) .能量守恒定律的重要意義第一，能量守恒定律是支配整個自然界運動、發(fā)展、變化的普遍規(guī)律，學(xué)習(xí)這個定律，不能滿足一般理解其內(nèi)容，更重要的是，從能量形式的多樣化及其相互聯(lián)系，互相轉(zhuǎn)化的事實岀發(fā)去認識物質(zhì)世界的 多樣性及其普遍聯(lián)系，并切實樹立能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失的觀點，作為以后學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實 踐中處理一切實際問題的基本指導(dǎo)思想之一。第二，宣告了第一類永動機的失敗。3. 第一類永動機不可能制成任何機器運動時只能將能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不可能無中生有地創(chuàng)造能量，

4、即第一 類永動機是不可能制造出來的。典例探究例1.一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8X104j的功，氣體的內(nèi)能減少了 1.2和5J，則下列各式中正確的是()454A. W=8X 104J，AJ =1.2 XO5J，Q=4X104J455B. W=8X 1O4J，AU = - 1.2 :W5J，Q= - 2 X1O5J454C. W= - 8X104J，AU =1.2 1O5J，Q=2X104J454D. W= - 8X104J, AU = - 1.2 X05J , Q= - 4X104J解析：本題主要考查熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。因為外界對氣體做功，W取正值，即W=8105J的熱量，同時氣

5、體對外做了 6X105J的功，問：(1) 物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？(2) 分子勢能是增加還是減少？(3) 分子的平均動能是增加還是減少？解析：(1)氣體從外界吸熱為：Q=4.2X105j氣體對外做功： W= - 6X105j由熱力學(xué)第一定律：AU=W+Q= (- 6X105) + (4.2 X 05J) =- 1.8 XoJAU為負，說明氣體的內(nèi)能減少了。所以，氣體內(nèi)能減少了1.8 XOJ。(2) 因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負功，氣體分子勢 能增加了。(3) 因為氣體內(nèi)能減少，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能一定減少了。友情提

6、示：本題以熱力學(xué)第一定律關(guān)系式為起點，結(jié)合分子動理論中內(nèi)能的定義，分析得岀：氣體對外 做功，體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負功，氣體分子勢能增加了氣體內(nèi)能減少，同時氣體 分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能一定減少了。課后問題與練習(xí)點擊1. 解析：由熱力學(xué)第一定律 AU=W+Q有A U=900J-210J=690J2. 解析：(1) 一定質(zhì)量的封閉氣體可以看作是理想氣體，由理想氣體的狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律可知：兩種情況下內(nèi)能的變化 A U是相同的，即A U=Q,但A U=QW,所以QQ。(2)比熱容是指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度每升高1攝氏度所吸收的熱量。由于等容過程中，溫度升高，系統(tǒng)所

7、吸收的熱全部用來增加內(nèi)能，而等壓過程中，所吸收的熱除增加內(nèi)能外，還要多吸收一點熱用來對外膨脹做功，所以氣體等壓下的比熱容恒大于等容下的比熱容。3. 解：設(shè)在陽光直射時地面上每平方米每分鐘接受的太陽能量為Q由能量守恒定律得：QSt=cm At cmtSt代入數(shù)值得：Q=4.2 X1O4J4解：由能量守恒定律得：mgh=cmAtgh23At=代入g=10m/s2,h=3 X0m=60m,c= 4.2 1O3J/kg GcAt=0.14GE= cm = 4.2 103 400X3.5J=5.88 W6J 故每天提供的熱量E=24E=1.4 X108j6.解：物體吸收的能量一部分轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能，使物

8、體的內(nèi)能增加，同時另一部分因物體膨脹要對外 界做功?；A(chǔ)訓(xùn)練1關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說法正確的是（）A. 物體吸熱，內(nèi)能一定增大B. 物體對外做功，內(nèi)能可能增大C. 物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變D. 物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變2 自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，下列說法正確的是（）A. 秋千的機械能守恒B.秋千的能量正在消失C.只有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化D.減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒3 .下列各物體在所經(jīng)歷的過程中，內(nèi)能增加的有（）A.在光滑斜面上由靜止釋放而下滑的物體B. 水平飛行并射穿木塊的子彈C. 在絕熱的條件下被壓縮的氣體D. 在光滑水平面上運動

9、的兩個小球，碰撞后以共同的速度運動U=W+Q 中關(guān)于 AU W、Q各個物理量的正、負，下列說法中正確的4 在熱力學(xué)第一定律的表達式是 （）A.外界對物體做功時B.物體對外界做功時W為正,W為負,吸熱時吸熱時Q為負,Q為正,內(nèi)能增加時內(nèi)能增加時U為正U為負C.物體對外界做功時W為負,W為負,吸熱時U為正內(nèi)能增加時Q為正,Q為負,D.外界對物體做功時5 .對于在一個大氣壓下100C的水變成100C的水蒸氣的過程中，下列說法正確的是A. 水的內(nèi)能增加，對外界做功，一定是吸熱B. 水的內(nèi)能不變，對外界做功，從外界吸熱C. 水的內(nèi)能減少，對外界不做功，向外界放熱D. 水的內(nèi)能增加，對外界做功，向外界放熱

10、6 為使一個與外界保持良好熱交換狀態(tài)的物體的內(nèi)能能夠明顯變化，以下方法可行的是（A.以較大的功率對物體做功B.以較小的功率對物體做功C.該物體以較大的功率對外做功D.該物體以較小的功率對外做功吸熱時內(nèi)能增加時J為負17 .圖10.3-1所示是一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)B至C的P圖線，則在此過程中（j pvA.氣體的內(nèi)能改變&A圖 10.8 從10m高空由靜止開始下落的水滴，在下落的過程中1嫌滴重力勢能的40%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能使水B.氣體的體積增大C.氣體向外界放熱D.氣體對外界做功9 一個透熱良好的氣缸，缸壁浸在盛水的容器中，迅速下壓活塞，壓縮中對氣體做了2000J的功，穩(wěn)定后使容器中2千克的

11、水溫度升高了 0.2C，假設(shè)盛水容器絕熱。問：壓縮前后缸內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？多維鏈接1 有一種所謂 全自動”機械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去。這是不 是一種永動機？如果不是，你知道維持表針走動的能量是哪兒來的嗎？提示：不是永動機。能量是通過擺動手臂對表內(nèi)的轉(zhuǎn)輪做功而儲存的。2 在一間隔熱很好的密閉房間里放一臺電冰箱，如果把冰箱門打開，開動一段時間后，房內(nèi)溫度是 降低還是升高？提示：升高了。因為電冰箱消耗電能，產(chǎn)生電熱，使密閉房間內(nèi)的空氣內(nèi)能增加，房內(nèi)溫度升高。3 .能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的建立能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的建立，揭示了機械熱、電、化學(xué)等各種運動形式之間相互聯(lián)系并

12、相互轉(zhuǎn)化的統(tǒng)一性 ，是物理學(xué)發(fā)展史上繼牛頓學(xué)將天體運動與地面物體運動的大綜合之后的第二次大綜合，恩格斯將這一偉 大的運動基本定律稱為 19世紀自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一，它不僅是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，而且也給哲學(xué)上的不 滅運動原理和自然界運動形式的統(tǒng)一性提供了可靠的科學(xué)論據(jù)。4 關(guān)于太陽能的轉(zhuǎn)化 太陽能輻射到地球表面，產(chǎn)生熱量和化學(xué)能，能量給地球以溫暖，推動地表水的循環(huán)和空氣的流動。化學(xué)能被植物經(jīng)過化學(xué)作用所利用，產(chǎn)生糖類及其其它有機物，成為生命活動的能源，一個活的生 命體可以看作是一個利用太陽能以維持自身生命，并延續(xù)下一代的化學(xué)系統(tǒng)。太陽能有廣泛的應(yīng)用，其輻 射的直接利用基本上有以下四種方式：(1)

13、. 太陽能 內(nèi)能轉(zhuǎn)換這是目前技術(shù)最為成熟，成本最為低廉，因而應(yīng)用最為廣泛的形式，其基本原理是將太陽輻射能收集起來 ，利用溫室效應(yīng)來加熱物體而獲得內(nèi)能，如地膜、大棚、溫室等，目前使用較多的太陽能收集裝置有兩種 ，一種是平板式集熱器，如太陽能熱水器等，另一種是聚集型集熱器，如反射式太陽灶、高溫太陽爐等。(2) .太陽能 電能轉(zhuǎn)換 太陽能與電能轉(zhuǎn)換有兩種方式，一種是利用太陽輻射能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將吸收的太陽能轉(zhuǎn)換成蒸汽，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電，但這一過程效率較低并且成本高，沒有實用價值；另一種是太陽能與電 能的轉(zhuǎn)換，是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化成電能。(3) .太陽能化學(xué)能轉(zhuǎn)換利用太陽輻射能可以轉(zhuǎn)化為化學(xué)鍵中的化學(xué)能， 進而生成新物質(zhì)， 或利用其分解化學(xué)物質(zhì)生成新物質(zhì)。 例如直接分解水制氫，是一種很有前途的光能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化方式。(4) .太陽能 生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換主要是通過地球上眾多的植物的光合作用，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能。生物能又叫綠色能源，是 植物體燃燒放出的熱能。此外，葉