人教版高中物理选修3 3课件103热力学第一定律能量守恒定律.pptx
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- 人教版高中物理选修3 3课件103热力学第一定律能量守恒定律 人教版 高中物理 选修 课件 103 热力学 第一 定律 能量守恒定律
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1、灿若寒星整理制作灿若寒星整理制作3 热力学第一定律能量守恒定律1 1理解热力学第一定律,并掌握其表达式理解热力学第一定律,并掌握其表达式2 2能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题题3 3理解能量守恒定律,知道能量守恒是自然界普遍遵从的基理解能量守恒定律,知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律本规律4 4知道第一类永动机是不可能制成的知道第一类永动机是不可能制成的 重点:重点:1 1热力学第一定律的定性分析和定量计算热力学第一定律的定性分析和定量计算.2 2能量守恒定律的理解和综合应用能量守恒定律的理解和综合应用.难点:难点:1 1热
2、力学第一定律的应用热力学第一定律的应用.2 2第一类永动机的理解第一类永动机的理解.一、热力学第一定律一、热力学第一定律1.1.改变内能的两种方式:改变内能的两种方式:_与与_._.两者在改变系统内两者在改变系统内能方面是能方面是_._.2.2.热力学第一定律热力学第一定律(1 1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_与外界对它所与外界对它所_的和的和.(2 2)数学表达式:)数学表达式:U=_.U=_.做功做功热传递热传递等效的等效的热量热量做的功做的功Q+WQ+W【想一想想一想】快速推动活塞对汽缸内气体做功快速推动活塞对汽缸内
3、气体做功10 J10 J,气体内能改,气体内能改变了多少?若保持气体体积不变,外界对汽缸传递变了多少?若保持气体体积不变,外界对汽缸传递10 J 10 J 的热的热量,气体内能改变了多少?能否说明量,气体内能改变了多少?能否说明10 J10 J的功等于的功等于10 J10 J的热量?的热量?提示:提示:无论外界对气体做功无论外界对气体做功10 J10 J,还是外界给气体传递,还是外界给气体传递10 J10 J的的热量,气体内能都增加了热量,气体内能都增加了10 J10 J,说明做功和热传递在改变物体,说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的,不能说内能上是等效的,不能说10 J10 J的功等于
4、的功等于10 J10 J的热量,因为功与的热量,因为功与热量具有本质区别热量具有本质区别.二、能量守恒定律二、能量守恒定律1.1.能量守恒定律内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消能量守恒定律内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式失,它只能从一种形式_为另一种形式,或者从一个物体为另一种形式,或者从一个物体_到别的物体,在转化或转移的过程中到别的物体,在转化或转移的过程中_保持保持不变不变.2.2.意义意义(1 1)各种形式的能可以)各种形式的能可以_._.(2 2)各种物理现象可以用)各种物理现象可以用_联系在一起联系在一起.转化转化转移转移能量的总量能量的总量相互转化相
5、互转化能量守恒定律能量守恒定律【判一判判一判】(1 1)某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加)某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加.()(2 2)石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失)石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了了.()(3 3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,减少的机械能转化)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,减少的机械能转化为内能,但总能量守恒为内能,但总能量守恒.()提示:提示:(1 1)能量在不同的物体间发生转移,在转移的过程中)能量在不同的物体间发生转移,在转移的过程中能量守恒,(能量守恒,(1 1)正确)正确.(2 2)石子下落过程中
6、,机械能在转化,比如受到空气阻力作)石子下落过程中,机械能在转化,比如受到空气阻力作用,机械能减小,但机械能并没有消失,而是转化成了其他形用,机械能减小,但机械能并没有消失,而是转化成了其他形式的能量,(式的能量,(2 2)错)错.(3 3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,是由于机械能转化)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,是由于机械能转化为秋千和周围空气的内能,但总能量守恒,(为秋千和周围空气的内能,但总能量守恒,(3 3)正确)正确.三、永动机不可能制成三、永动机不可能制成1.1.第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地_的机器的机器.2.
7、2.第一类永动机不可能制成的原因:违背了第一类永动机不可能制成的原因:违背了_定律定律.对外对外做做功功能量守恒能量守恒【想一想想一想】有一种所谓有一种所谓“全自动全自动”机械手表,既不需要上发条,机械手表,既不需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去也不用任何电源,却能不停地走下去.这是不是一种永动机?这是不是一种永动机?如果不是,维持表针走动的能量是从哪儿来的?如果不是,维持表针走动的能量是从哪儿来的?提示:提示:这不是永动机这不是永动机.手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量,供手表指针走动械手表获得能量,供手表指针走动.若将此手表长时间放
8、置不若将此手表长时间放置不动,它就会停下来动,它就会停下来.热力学第一定律热力学第一定律【探探究究导引导引】一汽缸竖直放在水平地面上,加上重物压一汽缸竖直放在水平地面上,加上重物压缩活塞做功,稳定后重物做功为缩活塞做功,稳定后重物做功为20 J20 J,同,同时汽缸向外界放出热量时汽缸向外界放出热量12 J12 J,则汽缸内气,则汽缸内气体的内能增加体的内能增加,结合以上情景结合以上情景,思考如下问思考如下问题题:(1 1)外界对物体做功,物体的内能一定增加吗?)外界对物体做功,物体的内能一定增加吗?(2 2)物体向外界传递热量,它的内能是否一定减少呢?)物体向外界传递热量,它的内能是否一定减
9、少呢?【要点整合要点整合】1.1.对热力学第一定律的理解对热力学第一定律的理解(1 1)对)对U=W+QU=W+Q的理解:热力学第一定律将单纯的绝热过程和的理解:热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况,既单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况,既有做功又有热传递的过程,其中有做功又有热传递的过程,其中UU表示内能改变的数量,表示内能改变的数量,W W表表示做功的数量,示做功的数量,Q Q表示外界与物体间传递的热量表示外界与物体间传递的热量.(2 2)对公式中)对公式中UU、Q Q、W W符号的规定符号的规定符号符号W W Q Q UU+-
10、外界对物体外界对物体做做功功物体吸收热量物体吸收热量内能增加内能增加内能减少内能减少物体放出热量物体放出热量物体对外界做功物体对外界做功2 2几种特殊情况几种特殊情况(1 1)若过程是绝热的,即)若过程是绝热的,即Q=0Q=0,则,则U=WU=W,物体内能的增加量,物体内能的增加量等于外界对物体做的功等于外界对物体做的功.(2 2)若过程中不做功,即)若过程中不做功,即W W0 0,则,则U=QU=Q,物体内能的增加量,物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量等于物体从外界吸收的热量.(3 3)若过程的始末状态物体的内能不变,即)若过程的始末状态物体的内能不变,即UU0 0,则,则W W-Q-
11、Q(或(或Q Q-W-W),外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物),外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)体吸收的热量等于物体对外界做的功)3.3.判断是否做功的方法判断是否做功的方法一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化.(1 1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W W0.0.(2 2)若物体体积减小,表明外界对物体做功,)若物体体积减小,表明外界对物体做功,W W0.0.【特别提醒特别提醒】内能内能UU的符号理解记忆,增加取正号减少取负的符号理
12、解记忆,增加取正号减少取负号,然后利用单纯的绝热过程理解号,然后利用单纯的绝热过程理解W W的符号的符号.U=W.U=W,内能增加,内能增加,当然要外界对物体做功,故外界对物体做功时取正号当然要外界对物体做功,故外界对物体做功时取正号.再利用再利用单纯的热传递过程理解单纯的热传递过程理解Q Q的符号的符号.U=Q.U=Q,内能增加,当然要吸,内能增加,当然要吸热,故吸收热量时取正号热,故吸收热量时取正号.【典例典例1 1】(20112011江苏高考)(江苏高考)(1 1)如图所示,一演示用的)如图所示,一演示用的“永动机永动机”转轮由转轮由5 5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形根轻杆和转轴
13、构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片状记忆合金制成的叶片.轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而而“划水划水”,推动转轮转动,推动转轮转动.离开热水后,叶片形状迅速恢复,离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动转轮因此能较长时间转动.下列说法正确的是(下列说法正确的是()A.A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量B.B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C.C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高转动的叶片不断搅动热水,水温升高D.D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在
14、空气中释放的热量叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量(2 2)如图所示,内壁光滑的汽缸水)如图所示,内壁光滑的汽缸水平放置,一定质量的理想气体被活平放置,一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内,外界大气压强为塞密封在汽缸内,外界大气压强为p p0 0.现对汽缸缓慢加热,气体吸收热现对汽缸缓慢加热,气体吸收热量量Q Q后,体积由后,体积由V V1 1增大为增大为V V2 2,则在此,则在此过程中,气体分子平均动能过程中,气体分子平均动能_(选填(选填“增大增大”、“不变不变”或或“减小减小”),气体内能变化了),气体内能变化了.【思路点拨思路点拨】解答本题时注意理解以下两点:解答本题时
15、注意理解以下两点:关键点关键点(1 1)“永动机永动机”转动时能量的来源转动时能量的来源.(2 2)理想气体内能大小因素)理想气体内能大小因素.【规范解答规范解答】(1 1)该)该“永动机永动机”叶片进入热水中,吸收热量叶片进入热水中,吸收热量而伸展划水,推动转轮转动,离开水面后向空气中放热,叶片而伸展划水,推动转轮转动,离开水面后向空气中放热,叶片形状迅速恢复,所以转动的能量来自热水,由于不断向空气释形状迅速恢复,所以转动的能量来自热水,由于不断向空气释放热量,所以水温逐渐降低,放热量,所以水温逐渐降低,A A、B B、C C错,错,D D对对.(2 2)气体做等压变化,体积变大,温度升高,
16、平均动能增大,)气体做等压变化,体积变大,温度升高,平均动能增大,内能的变化为内能的变化为U=Q-pU=Q-p0 0(V V2 2-V-V1 1).答案:答案:(1 1)D D (2 2)增大)增大 Q-pQ-p0 0(V V2 2-V-V1 1)【变式训练变式训练】(20122012广东高考)广东高考)景颇族的祖先发明的点火器如图景颇族的祖先发明的点火器如图所示所示,用牛角做套筒用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒,猛推推杆,艾绒木制推杆前端粘着艾绒,猛推推杆,艾绒即可点燃,对筒内封闭的气体,在此压缩过程中(即可点燃,对筒内封闭的气体,在此压缩过程中()A.A.气体温度升高气体温度升高,压强不
17、变压强不变B.B.气体温度升高气体温度升高,压强变大压强变大C.C.气体对外界做正功气体对外界做正功,气体内能增加气体内能增加D.D.外界对气体做正功外界对气体做正功,气体内能减少气体内能减少【解析解析】选选B.B.由于套筒内封闭着一定质量的气体,当猛推推杆由于套筒内封闭着一定质量的气体,当猛推推杆时,推杆迅速压缩气体,外界对气体做正功时,推杆迅速压缩气体,外界对气体做正功.由于这一过程进由于这一过程进行得很快,可以看成是一个近似的绝热过程,即整个系统来不行得很快,可以看成是一个近似的绝热过程,即整个系统来不及向外界传递热量及向外界传递热量.根据热力学第一定律,这时外力做的功只根据热力学第一定
18、律,这时外力做的功只能用来增加气体的内能能用来增加气体的内能.这就使气体分子的运动加剧,引起气这就使气体分子的运动加剧,引起气体分子平均动能增加,气体温度升高体分子平均动能增加,气体温度升高.所以艾绒即刻被点燃,所以艾绒即刻被点燃,由于被封闭的气体质量不变,温度升高,而体积变小,则由气由于被封闭的气体质量不变,温度升高,而体积变小,则由气体状态方程可知压强变大体状态方程可知压强变大.故故B B选项正确,其他选项都错选项正确,其他选项都错.【变式备选变式备选】如图所示是一定质量的理想气体从状态如图所示是一定质量的理想气体从状态A A经经B B至至C C的的 图线,则在此过程中(图线,则在此过程中
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