（江蘇專）高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 3 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律課件 新人教選修3-3

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1、第十章3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解熱力學(xué)第一定律，并會(huì)運(yùn)用于分析和計(jì)算.2.理解并會(huì)運(yùn)用能量守恒定律.3.知道什么是第一類永動(dòng)機(jī)及其不可能制成的原因.內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)知識(shí)探究一、熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律(1)如圖1所示，快速推動(dòng)活塞對(duì)汽缸內(nèi)氣體做功10 J，氣體內(nèi)能改變了多少？若保持氣體體積不變，外界對(duì)汽缸傳遞10 J的熱量，氣體內(nèi)能改變了多少？答案圖1答案答案都增加了10 J.導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(2)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(nèi)能增加.因?yàn)閱渭兊貙?duì)系統(tǒng)做功和單純地對(duì)系

2、統(tǒng)傳熱都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能.既然它們?cè)诟淖兿到y(tǒng)內(nèi)能方面是等價(jià)的，那么當(dāng)外界對(duì)系統(tǒng)做功為W，又對(duì)系統(tǒng)傳熱為Q時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能的增量U應(yīng)該是多少？答案答案系統(tǒng)內(nèi)能的增量UQW.答案(1)改變內(nèi)能的兩種方式：與 .兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價(jià)的.(2)熱力學(xué)第一定律：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：U .知識(shí)梳理知識(shí)梳理做功熱傳遞熱量做的功QW二、能量守恒定律二、能量守恒定律導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(1)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(shí)，

3、能量的總量會(huì)減少嗎？答案答案能量的總量不會(huì)減少.答案(2)有一種所謂“全自動(dòng)”的機(jī)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(dòng)機(jī)？如果不是，維持表針走動(dòng)的能量是從哪兒來的？答案答案這不是永動(dòng)機(jī).手表戴在手腕上，通過手臂的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手表獲得能量，供手表指針走動(dòng).若將此手表長時(shí)間放置不動(dòng)，它就會(huì)停下來.答案(1)能量守恒定律能量既不會(huì)憑空 ，也不會(huì)憑空 ，它只能從一種形式 為另一種形式，或者從一個(gè)物體 到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量 .(2)能量守恒定律的意義各種形式的能可以 .各種物理現(xiàn)象可以用 聯(lián)系在一起.知識(shí)梳理知識(shí)梳理產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變相互

4、轉(zhuǎn)化能量守恒定律(3)永動(dòng)機(jī)不可能制成第一類永動(dòng)機(jī)：人們把設(shè)想的不消耗 的機(jī)器稱為第一類永動(dòng)機(jī).第一類永動(dòng)機(jī)由于違背了 ，所以不可能制成.能量能量守恒定律題型探究一、對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解例例1空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中，活塞對(duì)空氣做了2105 J的功，同時(shí)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？答案解析答案答案5104 J解析解析選擇被壓縮的空氣為研究對(duì)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(hào)表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5104 J.規(guī)律總結(jié)規(guī)律總

5、結(jié)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟(1)根據(jù)符號(hào)法則寫出各已知量(W、Q、U)的正負(fù)；(2)根據(jù)方程UWQ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.針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回到開始的狀態(tài)，用W1表示外界對(duì)氣體做的功，W2表示氣體對(duì)外界做的功，Q1表示氣體吸收的熱量，Q2表示氣體放出的熱量，則在整個(gè)過程中一定有A.Q1Q2W2W1 B.Q1Q2C.W1W2 D.Q1Q2答案解析解析解析對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化后又回到原狀態(tài)，表明整個(gè)過程中內(nèi)能的變化為零，即通過做功和熱傳遞引起的內(nèi)能變化相互抵消，所以A選

6、項(xiàng)正確.當(dāng)然，若Q1Q2，則必定有W1W2；若Q1Q2，則必定有W1W2；若Q1Q2，則必定有W1W2，所以B、C、D三項(xiàng)都有可能但不一定，故選A.二、能量守恒定律的理解和應(yīng)用1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、原子能等.(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(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(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.2.能量守恒的兩種表達(dá)(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等.(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物

7、體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.3.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因分析如果沒有外界供給熱量而對(duì)外做功，由UWQ知，系統(tǒng)內(nèi)能將減小.若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下是不可能的.A.UQ B.UQ D.無法比較例例2如圖2所示，直立容器內(nèi)部被隔板隔開的A、B兩部分氣體(A、B兩部分體積等大)，A的密度小，B的密度大，加熱氣體，并使兩部分氣體混合均勻，設(shè)此過程中氣體吸熱為Q，氣體內(nèi)能的增量為U，則答案解析圖2解析解析因A部分氣體密度小，B部分氣體密度大，以整體為研究對(duì)象，開始時(shí)，氣體的重心在中線以下，混合均勻后，氣體的重心應(yīng)在中線上，所以有重力做負(fù)功，

8、使氣體的重力勢(shì)能增大，由能量守恒定律可知，吸收的熱量Q有一部分增加氣體的重力勢(shì)能，另一部分增加內(nèi)能.故正確答案為B.歸納總結(jié)歸納總結(jié)利用能量守恒定律解決問題時(shí)，首先應(yīng)明確題目中涉及哪幾種形式的能量，其次分析哪種能量增加了，哪種能量減少了，確定研究的系統(tǒng)后，用能量守恒觀點(diǎn)求解.三、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用對(duì)于理想氣體，常把熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程結(jié)合起來分析其狀態(tài)變化規(guī)律，常見的分析思路如下：(1)利用體積的變化分析做功問題.氣體體積增大，對(duì)外做功；氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功.(2)利用溫度的變化分析理想氣體內(nèi)能的變化.一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，溫度升高，內(nèi)能

9、增加；溫度降低，內(nèi)能減小.(3)利用熱力學(xué)第一定律判斷是吸熱還是放熱.由熱力學(xué)第一定律UWQ，則QUW，若已知?dú)怏w的做功情況和內(nèi)能的變化情況，即可判斷氣體狀態(tài)變化是吸熱過程還是放熱過程.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)外界放熱例例3如圖3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)解析解析由圖可知，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).解析答案圖3(1)氣體內(nèi)能的減少量U；例例4如圖4所示，一輕活塞將體積為V，溫度為2

10、T0的理想氣體，密封在內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸內(nèi).已知大氣壓強(qiáng)為p0，大氣溫度為T0，氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為UaT(a為正的常數(shù)).在汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢降為T0的過程中，求：答案答案aT0圖4解析解析由題意可知?dú)怏w內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為UaT，所以開始時(shí)氣體的內(nèi)能：U1a2T0末狀態(tài)：U0aT0；內(nèi)能的減小量UU1U0aT0解析答案(2)氣體放出的熱量Q.解析解析設(shè)溫度降低后的體積為V，解析答案達(dá)標(biāo)檢測(cè)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(duì)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A.W8104 J，U1.2105

11、 J，Q4104 JB.W8104 J，U1.2105 J，Q2105 JC.W8104 J，U1.2105 J，Q2104 JD.W8104 J，U1.2105 J，Q4104 J答案解析123解析解析因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W8104 J；氣體的內(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(xiàng)正確.1232.(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(tái)永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)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(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

12、離開太陽系答案解析123解析解析利用磁場(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，掙脫太陽引力的束縛而離開太陽系，故D符合.123A.從外界吸熱 B.內(nèi)能增大C.向外界放熱 D.內(nèi)能減小3.(熱力學(xué)第一定律)如圖5所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中.設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計(jì)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(nèi)空氣體積減小，空氣一定答案解析圖5123解析解析由于不計(jì)氣體分子之間的相互作用，且整個(gè)過程緩慢進(jìn)行，所以可看成溫度不變，即氣體內(nèi)能不變，選項(xiàng)B、D均錯(cuò)；由熱力學(xué)第一定律UWQ，因?yàn)樵谙陆颠^程中壓強(qiáng)增大，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做了功，式中W取正號(hào)，U0，所以Q為負(fù)，即氣體向外放熱，故選項(xiàng)A錯(cuò)，C對(duì).123本課結(jié)束