高二物理人教選修33課件10.3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律課件人教選修33

1、,第十章熱力學(xué)定律,10.3 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律,1.能說出熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容，并會運用于分析和計算. 2.理解并能運用能量守恒定律. 3.知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因,學(xué)習(xí)目標(biāo)定位,學(xué)習(xí)探究區(qū),一、熱力學(xué)第一定律,二、能量守恒定律,一、熱力學(xué)第一定律,問題設(shè)計,返回,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，否則根本不能判定是通過對它做功的方法，還是使用了傳熱的方法使它的內(nèi)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(nèi)能既然它們在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價的，那么當(dāng)外界對系統(tǒng)做功為W，又對系統(tǒng)傳熱為Q時，系統(tǒng)內(nèi)能的增量U應(yīng)該是多少？,答案系統(tǒng)內(nèi)

2、能的增量UQW.,要點提煉,返回,1熱力學(xué)第一定律的表達式：U . 2對公式UQW符號的規(guī)定,一、熱力學(xué)第一定律,QW,減小,增大,吸收,放出,增加,減少,返回,3.應(yīng)用熱力學(xué)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、U)的正負(fù)； (2)根據(jù)方程U求出未知量； (3)再根據(jù)未知量結(jié)果的正負(fù)來確定吸熱、放熱情況或做功情況,一、熱力學(xué)第一定律,WQ,返回,4氣體實驗定律和熱力學(xué)第一定律的關(guān)系 兩者的結(jié)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(nèi)能不變，U0； (2)等容過程：體積不變，W0； (3)絕熱過程：Q0.,一、熱力學(xué)第一定律,二、能量守恒定律

3、,使熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)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(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，熱傳遞是把其他物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)移為系統(tǒng)的內(nèi)能在能量發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移時，能量的總量會減少嗎？,問題設(shè)計,返回,答案能量的總量保持不變,返回,要點提煉,1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 ,二、能量守恒定律,相等,相等,返回,2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(xué)能、原子能等 各種形式的能通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)

4、化 3第一類永動機 (1)定義：不需要任何動力或 ，卻能不斷地對外做功的機器 (2)不可能制成的原因：違背了 ,二、能量守恒定律,燃料,能量守恒定律,返回,二、能量守恒定律,延伸思考,熱力學(xué)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,【例1】關(guān)于物體內(nèi)能的變化情況，下列說法中正確的是() A吸熱的物體，其內(nèi)能一定增加 B體積膨脹的物體，其內(nèi)能一定減少 C放熱的物體，其內(nèi)能也可能增加 D絕熱壓縮的氣體，其內(nèi)能一定增加,一、熱力學(xué)第一定律,典例精析,返回,典例精析,返回,解析做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，不能依據(jù)一種方式的變化就判斷內(nèi)能的變化,答案CD,一、熱力學(xué)第一定律,典例

5、精析,返回,一、熱力學(xué)第一定律,【例2】空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2105 J的功，同時空氣的內(nèi)能增加了1.5105 J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？,典例精析,返回,一、熱力學(xué)第一定律,解析選擇被壓縮的空氣為研究對象，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有UWQ. 由題意可知W2105 J，U1.5105 J，代入上式得： QUW1.5105 J2105 J5104 J. 負(fù)號表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5104 J.,答案5104 J,典例精析,返回,【例3】下列對能量守恒定律的認(rèn)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，

6、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,二、能量守恒定律,典例精析,返回,解析A選項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B選項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,二、能量守恒定律,典例精析,返回,

7、【例4】“第一類永動機”不可能制成，是因為() A不符合機械能守恒定律 B違背了能量守恒定律 C做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當(dāng)量 D. 找不到合適的材料和合理的設(shè)計方案,二、能量守恒定律,B,典例精析,返回,三、熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的結(jié)合,【例5】如圖1所示，倒懸的導(dǎo)熱汽缸中封閉著 一定質(zhì)量的理想氣體輕質(zhì)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(xué)溫度為T0時，活塞到汽缸底面的距離為L.當(dāng)環(huán)境溫度逐漸升高，導(dǎo)致活塞緩慢下降，該過程中活塞下降了0.1L，汽缸中的氣體吸收的熱量為Q.,圖1,返回,求：(1)汽缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增

8、量U；,三、熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的結(jié)合,典例精析,解析密封氣體的壓強pp0(G/S) 密封氣體對外做功WpS0.1L 由熱力學(xué)第一定律得UQW 得UQ0.1p0SL0.1LG6,答案Q0.1p0SL0.1LG,返回,(2)最終的環(huán)境溫度T.,三、熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的結(jié)合,典例精析,解析該過程是等壓變化，由蓋呂薩克定律有 解得T1.1T0,答案1.1T0,自我檢測區(qū),1,2,課堂要點小結(jié),3,4,1(熱力學(xué)第一定律)一定質(zhì)量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8104 J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2105 J，則根據(jù)熱力學(xué)第一定律，下列各式中正確的是() AW8104 J，U1.

9、2105 J，Q4104 J BW8104 J，U1.2105 J，Q2105 J CW8104 J，U1.2105 J，Q2104 J DW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J,1,2,3,4,答案B,解析因為外界對氣體做功，W取正值，即W8104 J；內(nèi)能減少，U取負(fù)值，即U1.2105 J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，可知QUW1.2105 J8104 J2105 J，即B選項正確,1,2,3,4,2(能量守恒定律)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，造一臺永遠轉(zhuǎn)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

10、D利用核動力，駕駛地球離開太陽系,1,2,3,4,解析利用磁場能可以使磁鐵所具有的磁場能轉(zhuǎn)化為動能，但由于摩擦力的不可避免性，動能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使轉(zhuǎn)動停止，故A不符合讓船先靜止在水中，設(shè)計一臺水力發(fā)電機使船獲得足夠電能，然后把電能轉(zhuǎn)化為船的動能使船逆水航行；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)化為飛機的動能，實現(xiàn)飛機不帶燃料也能飛行，故B、C,1,2,3,4,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D,1,2,3,4,3(熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用)如圖2所示，一絕熱容器被隔板K隔成a、b兩部分已知a內(nèi)

11、有一定質(zhì)量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空抽離隔板K后，a內(nèi)氣體進入b，最終達到平衡狀態(tài)在此過程中() A氣體對外界做功，內(nèi)能減少 B氣體不做功，內(nèi)能不變 C氣體壓強變小，溫度降低 D氣體壓強變小，溫度不變,1,2,3,4,圖2,解析抽離隔板K，a內(nèi)氣體體積變大，由于b內(nèi)為真空，所以a內(nèi)氣體不做功，由熱力學(xué)第一定律可得B正確內(nèi)能不變，故溫度不變，體積變大，由玻意耳定律可知壓強變小，所以D正確,答案 BD,1,2,3,4,1,2,3,4,4. (熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用)如圖3是用導(dǎo)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22 cm，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100 J，大氣壓強為p01105 Pa，不計活塞的重力,圖3,問：(1)若用足夠長的時間緩慢壓縮，求壓縮后氣體的壓強多大？,1,2,3,4,解析設(shè)壓縮后氣體的壓強為p，活塞的橫截面積為S，l022 cm，l2 cm，V0l0S，VlS，緩慢壓縮，氣體溫度不變 由玻意耳定律得p0V0pV 解得p1.1106 Pa,答案 1.1106 Pa,(2)若以適當(dāng)?shù)乃俣葔嚎s氣體，氣體向外散失的熱量為20 J，則氣體的內(nèi)能增加多少？(活塞的橫截面積S1 cm2),1,2,3,4,解析大氣壓力對活塞做功W1p0S