高中物理第十章熱力學定律課時3熱力學第一定律能量守恒定律課件新人教版選修

第十章熱力學定律目標定位1.理解熱力學第一定律，并會運用于分析和計算.2.理解并會運用能量守恒定律.3.知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因.學案3熱力學第一定律能量守恒定律知識探究自我檢測一、熱力學第一定律一根金屬絲經(jīng)過某一物理過程，溫度升高了，除非事先知道，否則根本無法判定是通過做功的方法，還是使用了傳熱的方法使它的內能增加.因為單純地對系統(tǒng)做功和單純地對系統(tǒng)傳熱都能改變系統(tǒng)的內能.既然它們在改變系統(tǒng)內能方面是等價的，那么當外界對系統(tǒng)做功為W，又對系統(tǒng)傳熱為Q時，系統(tǒng)內能的增量ΔU應該是多少？答案系統(tǒng)內能的增量ΔU＝Q＋W.問題設計知識探究1.改變內能的兩種方式：

與

.兩者在改變系統(tǒng)內能方面是等價的.2.熱力學第一定律：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的

與外界對它所

的和.3.熱力學第一定律的表達式：ΔU＝

.做功熱傳遞要點提煉熱量做的功Q＋W4.對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定符號WQΔU＋體積

，外界對熱力學系統(tǒng)做功熱力學系統(tǒng)

熱量內能

－體積

，熱力學系統(tǒng)對外界做功熱力學系統(tǒng)

熱量內能

減小吸收放出增大增加減少5.應用熱力學第一定律解題的一般步驟(1)根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正負；(2)根據(jù)方程ΔU＝

求出未知量；(3)再根據(jù)未知量結果的正負來確定吸熱、放熱情況或做功情況.W＋Q6.氣體實驗定律和熱力學第一定律的關系兩者的結合點是體積V和溫度T.注意三個特殊過程的特點：(1)等溫過程：內能不變，ΔU＝0；(2)等容過程：體積不變，W＝0；(3)絕熱過程：Q＝0.二、能量守恒定律使熱力學系統(tǒng)內能改變的方式有做功和熱傳遞.做功的過程是其他形式的能轉化為內能的過程，熱傳遞是把其他物體的內能轉移為系統(tǒng)的內能.在能量發(fā)生轉化或轉移時，能量的總量會減少嗎？答案能量的總量保持不變.問題設計1.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

為另一種形式，或者從一個物體

到別的物體，在轉化或轉移的過程中，

保持不變.能量的總量要點提煉轉移轉化2.對能量守恒定律的理解(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

.(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

.相等相等3.能量的存在形式及相互轉化各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有諸如電磁能、化學能、原子能等.各種形式的能通過某種力做功可以相互轉化.4.第一類永動機(1)定義：不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器.(2)不可能制成的原因：違背了

.能量守恒定律熱力學第一定律、機械能守恒定律是能量守恒定律的具體體現(xiàn)嗎？答案是.延伸思考典例精析一、熱力學第一定律例1關于物體內能的變化情況，下列說法中正確的是(

)A.吸熱的物體，其內能一定增加B.體積膨脹的物體，其內能一定減少C.放熱的物體，其內能也可能增加D.絕熱壓縮的氣體，其內能一定增加解析做功和熱傳遞都能改變物體的內能，不能依據(jù)一種方式的變化就判斷內能的變化.答案CD例2空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2×105J的功，同時空氣的內能增加了1.5×105J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？解析選擇被壓縮的空氣為研究對象，根據(jù)熱力學第一定律有ΔU＝W＋Q.由題意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得：Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J.負號表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5×104J.答案5×104J二、能量守恒定律例3下列對能量守恒定律的認識正確的是(

)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——第一類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A選項是指不同形式的能量間的轉化，轉化過程中能量是守恒的.B選項是指能量在不同的物體間發(fā)生轉移，轉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——轉化與轉移.第一類永動機是不可能制成的，它違背了能量守恒定律.所以A、B、C正確；D選項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，能量守恒定律表明能量既不能創(chuàng)生，也不能消失，故D錯誤.答案ABC三、熱力學第一定律與氣體實驗定律的結合例4如圖1所示，倒懸的導熱氣缸中封閉著一定質量的理想氣體.輕質活塞可無摩擦地上下移動，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個重為G的物體，大氣壓強恒為p0.起初環(huán)境的熱力學溫度為T0時，活塞到氣缸底面的距離為L.當環(huán)境溫度逐漸升高，導致活塞緩慢下降，該過程中活塞下降了0.1L，氣缸中的氣體吸收的熱量為Q.求：圖1解析密封氣體的壓強p＝p0－(G/S)密封氣體對外做功W＝pS×0.1L由熱力學第一定律得ΔU＝Q－W得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG(1)氣缸內部氣體內能的增量ΔU；答案Q－0.1p0SL＋0.1LG(2)最終的環(huán)境溫度T.解析該過程是等壓變化，由蓋—呂薩克定律有解得T＝1.1T0.答案1.1T0自我檢測1.(熱力學第一定律)一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內能減少了1.2×105J，則根據(jù)熱力學第一定律，下列各式中正確的是(

)A.W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB.W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC.W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD.W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J1234解析因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8×104J；氣體的內能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2×105J；根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，即B選項正確.答案B12342.(熱力學第一定律)如圖2所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中.設水溫均勻且恒定，筒內空氣無泄漏，不計氣體分子間的相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩緩下降過程中，筒內空氣體積減小，空氣一定(

)1234圖2A.從外界吸熱 B.內能增大C.向外界放熱 D.內能減小解析由于不計氣體分子之間的相互作用，且整個過程緩慢進行，所以可看成溫度不變，即氣體內能不變，選項B、D均錯；1234由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，因為在下降過程中氣體體積減小，外界對氣體做了功，式中W取正號，ΔU＝0，所以Q為負，即氣體向外放熱，故選項A錯，C對.答案C12343.(能量守恒定律)下面設想符合能量守恒定律的是(

)A.利用永久磁鐵間的作用力，造一臺永遠轉動的機械B.做一條船，利用流水的能量逆水行舟C.通過太陽照射飛機，即使飛機不帶燃料也能飛行D.利用核動力，駕駛地球離開太陽系1234解析利用磁場能可以使磁鐵所具有的磁場能轉化為動能，但由于摩擦力的不可避免性，動能最終轉化為內能使轉動停止，故A不符合.讓船先靜止在水中，設計一臺水力發(fā)電機使船獲得足夠電能，然后把電能轉化為船的動能使船逆水航行；1234同理可利用光能的可轉化性和電能的可收集性，使光能轉化為飛機的動能，實現(xiàn)飛機不帶燃料也能飛行，故B、C符合；利用反沖理論，以核動力為能源，使地球獲得足夠大的能量，掙脫太陽引力的束縛而離開太陽系，故D符合.答案BCD123412344.(熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用)如圖3是用導熱性能良好的材料制成的氣體實驗裝置，開始時封閉的氣柱長度為22cm，現(xiàn)用豎直向下的外力F壓縮氣體，使封閉的氣柱長度變?yōu)?cm，人對活塞做功100J,大氣壓強為p0＝1×105Pa，不計活塞的重力.問：圖3(1)若用足夠長的時間緩慢壓縮，求壓縮后氣體的壓強多大？1234解析設壓縮后氣體的壓強為p，活塞的橫截面積為S，l0＝22cm，l＝2cm，V0＝l0S，V＝lS，緩慢壓縮，氣體溫度不變由玻意耳定律得p0V0＝pV解得p＝1.1×106