高中物理 第3章 第2、3節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律課件 粵教版選修3-3.ppt

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第二節(jié)熱力學(xué)第一定律第三節(jié)能量守恒定律 考點一熱力學(xué)第一定律 欄目鏈接 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經(jīng)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)能方面是等效的 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(nèi)能的增量 U應(yīng)該是多少 提示 系統(tǒng)內(nèi)能的增量 U Q W 欄目鏈接 1 熱力學(xué)第一定律的研究對象研究功 熱量跟內(nèi)能的變化之間的定量關(guān)系 2 熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容及公式 1 內(nèi)容 如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞過程 那么 物體內(nèi)能的增加 U就等于物體吸收的熱量Q和外界對物體做的功W之和 2 公式 U W Q 欄目鏈接 3 對熱力學(xué)第一定律的理解 1 熱力學(xué)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 對公式 U Q W符號的規(guī)定 注意 1 在絕熱過程中 Q 0 W U 外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加 2 在應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的過程中 應(yīng)特別分清W Q的正 負 以便更準確地判斷 U 欄目鏈接 例1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(nèi)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(xué)第一定律有 U W Q 由題意可知W 2 105J U 1 5 105J 代入上式得 Q U 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 方法總結(jié) 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 1 首先應(yīng)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)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(xué)第一定律 U Q W列出方程進行求解 4 應(yīng)特別注意的就是物理量的正負號及其物理意義 課堂訓(xùn)練1 如圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖 M N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體 M可沿N的內(nèi)壁上下滑動 設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換 在M向下滑動的過程中 A A 外界對氣體做功 氣體內(nèi)能增大B 外界對氣體做功 氣體內(nèi)能減小C 氣體對外界做功 氣體內(nèi)能增大D 氣體對外界做功 氣體內(nèi)能減小解析 因為M N內(nèi)被封閉氣體體積減小 所以外界對氣體做功 由熱力學(xué)第一定律及M N內(nèi)氣體與外界沒有熱交換可知外界對氣體做功 內(nèi)能一定增加 故A正確 B C D錯誤 考點二熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用 你能應(yīng)用熱力學(xué)第一定律討論理想氣體在等壓膨脹過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系嗎 提示 設(shè)一定質(zhì)量的理想氣體 保持壓強不變 由 V1 T1 變?yōu)?V2 T2 而且V1 V2 由蓋 呂薩克定律 及V1 V2知T1 T2 因氣體膨脹 V1 V2 則氣體對外做功 W 0 因氣體溫度升高 T1 T2 則氣體的內(nèi)能增加 U 0 由熱力學(xué)第一定律 U W Q可知Q U W 0 即系統(tǒng)由外界吸收熱量 系統(tǒng)吸收的熱量一部分用來增加內(nèi)能 一部分轉(zhuǎn)化為氣體對外所做的功 欄目鏈接 1 理想氣體的等壓過程如圖所示是一定質(zhì)量氣體的等壓線 若氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B 該過程是等壓膨脹過程 V2 V1 T2 T1 體積增大 氣體對外做功 W0 則由熱力學(xué)第一定律有Q U W 0 氣體吸收熱量 吸收的熱量一部分用來增加 氣體的內(nèi)能 一部分轉(zhuǎn)化為對外所做的功 若氣體從狀態(tài)B變化到狀態(tài)A 該過程為等壓壓縮 應(yīng)有W 0 U 0 Q U W 0 這說明氣體放出的熱量等于外界對氣體所做的功與氣體內(nèi)能減小量的和 2 理想氣體的等容過程等容過程中 體積V不變 W 0 則由熱力學(xué)第一定律有 U Q 若溫度升高時 氣體吸收的熱量全部用來增加氣體的內(nèi)能 反之 氣體放出的熱量等于氣體內(nèi)能的減少 3 理想氣體的等溫過程等溫過程中內(nèi)能不變 即 U 0 由熱力學(xué)第一定律有W Q 若氣體等溫壓縮 則W 0 Q0 氣體吸收熱量 吸收的熱量全部用來對外做功 注意 1 做功情況往往和物體的體積變化相聯(lián)系 一般情況下 體積增大時 對外做功 W0 2 氣體的狀態(tài)變化時 往往要用到氣體的實驗定律幫助分析體積和溫度的變化情況 從而得到做功情況和內(nèi)能的變化情況 例2一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起 若不計氣泡內(nèi)空氣分子勢能的變化 則 A 氣泡對外做功 內(nèi)能不變 同時放熱B 氣泡對外做功 內(nèi)能不變 同時吸熱C 氣泡內(nèi)能減少 同時放熱D 氣泡內(nèi)能不變 不吸熱也不放熱 解析 氣泡緩慢上升的過程中 溫度不變 氣體的內(nèi)能不變 U 0 但壓強逐漸減小 由玻意耳定律pV 恒量可知體積V逐漸增大 氣體對外做功 即W0 故氣體從外界吸收熱量 且吸收的熱量全部用來對外做功 則B項正確 答案 B 課堂訓(xùn)練2 民間常用 拔火罐 來治療某些疾病 方法是將點燃的紙片放入一個小罐內(nèi) 當紙片燃燒完時 迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上 火罐就會緊緊地被 吸 在皮膚上 其原因是 當火罐內(nèi)的氣體 B A 溫度不變時 體積減小 壓強增大B 體積不變時 溫度降低 壓強減小C 壓強不變時 溫度降低 體積減小D 質(zhì)量不變時 壓強增大 體積減小 解析 將火罐開口端緊壓在皮膚上時 火罐體積不變 隨著溫度降低 火罐內(nèi)的氣體壓強減小 火罐就會緊緊地被 吸 在皮膚上 考點三能量守恒定律 使熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能改變的方式是做功和熱傳遞 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 提示 能量的總量保持不變 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)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變 2 對能量守恒定律的理解 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(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)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 機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 2 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 它是一切自然界現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律 3 能量守恒定律的重要意義 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)象用定量規(guī)律聯(lián)系起來 揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性 突破了人們關(guān)于物質(zhì)運動的機械觀念的范圍 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(xué)中解決問題的重要思維方法 能量守恒定律與細胞學(xué)說 達爾文的生物進化論并稱19世紀自然科學(xué)中三大發(fā)現(xiàn) 例3 多選 如圖所示 A B兩點表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個狀態(tài) 當氣體自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時 A 體積必然變大B 一定經(jīng)過體積減小的過程C 外界必然對氣體做正功D 氣體必然從外界吸熱 解析 本題是氣體狀態(tài)變化 圖象與熱力學(xué)第一定律結(jié)合的綜合分析題 連接OA OB得到兩條等容線 故有VB VA 所以A正確 由于沒有限制自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程 所以可先減小氣體的體積再增大氣體的體積到B狀態(tài) 故B錯誤 因為氣體體積增大 所以是氣體對外做功 C錯誤 因為氣體對外界做功 而氣體的溫度又升高 內(nèi)能增大 由熱力學(xué)第一定律知氣體一定從外界吸熱 D正確 答案 AD 方法總結(jié) 1 一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定 與體積無關(guān) 2 W Q U和 C及圖象的綜合應(yīng)用是熱學(xué)在高考中的熱點 課堂訓(xùn)練3 如圖所示 A B是兩個完全相同的鐵球 A放在絕熱板上 B用絕熱繩懸掛 現(xiàn)只讓它們吸收熱量 當它們升高相同的溫度時 它們所吸收的熱量分別為QA QB 則 C A QA QBB QAQBD 無法確定QA QB的大小