高中物理 熱力學第一定律 能量的轉(zhuǎn)化與守恒課件 魯科版選修33

高中物理高中物理選修選修3-3魯科版魯科版第第5章熱力學定律章熱力學定律第第1節(jié)熱力學第一定律節(jié)熱力學第一定律第第2節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒 目標定位1.掌握熱力學第一定律，并會應用于解決相關問題2.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律3.知道第一類永動機不可能制成的原因一、熱力學第一定律及應用1改變物體內(nèi)能的兩種方式： 和 2功、熱量和內(nèi)能改變的關系：(1)如果物體與外界無熱傳遞，外界對物體做功，物體的內(nèi)能 ；物體對外做功，物體的內(nèi)能 (2)如果物體既不對外做功，外界也不對物體做功，則物體從外界吸收熱量時，它的內(nèi)能 ；物體向外放出熱量時，它的內(nèi)能 做功做功熱傳遞熱傳遞增加增加減小減小增加增加減少減少3熱力學第一定律：(1)內(nèi)容：物體內(nèi)能的增加量U等于外界對物體與物體從外界 之和(2)表達式：U .4熱力學第一定律的意義：(1)內(nèi)能的變化必然伴隨有 或 (2)一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程中，能量可以發(fā)生 或 ，此過程中總能量守恒所做的功所做的功W吸收的熱量吸收的熱量QWQ做功做功熱傳遞熱傳遞轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化二、第一類永動機1定義：不消耗 而能永遠對外做功的機器2熱力學第一定律的另一表述：第一類永動機是的任何能量任何能量不可能實現(xiàn)不可能實現(xiàn)三、能量守恒定律及其應用1內(nèi)容：能量既不會消失，也不會創(chuàng)生，它只能從一種形式 為另一種形式，或者從一個物體 到另一個物體，而能量的總值 2意義：揭示了自然科學各個分支之間的普遍聯(lián)系，是自然界內(nèi)在 的第一個有力證據(jù)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移保持不變保持不變統(tǒng)一性統(tǒng)一性3應用：(1)各種形式的能量可以轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中，自然界能量的 (2)能量在轉(zhuǎn)化過程中總伴有 的損失( 3 ) 除 核 能 以 外 ， 人 類 利 用 的 能 量 都 來 源于 總和不變總和不變內(nèi)能內(nèi)能太陽能太陽能一、熱力學第一定律的理解和應用1對UWQ的理解：熱力學第一定律將單純的絕熱過程和單純的熱傳遞過程推廣到一般情況，既有做功又有熱傳遞的過程，其中U表示內(nèi)能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量 2對公式U、Q、W符號的規(guī)定：名稱名稱做功做功熱量熱量內(nèi)能的改變內(nèi)能的改變符號符號WQU取正值取正值“”外界對系外界對系統(tǒng)做功統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界系統(tǒng)從外界吸收熱量吸收熱量系統(tǒng)的內(nèi)能系統(tǒng)的內(nèi)能增加增加取負值取負值“”系統(tǒng)對外系統(tǒng)對外界做功界做功系統(tǒng)向外界系統(tǒng)向外界放出熱量放出熱量系統(tǒng)的內(nèi)能系統(tǒng)的內(nèi)能減少減少3.應用熱力學第一定律解題的一般步驟：(1)首先選定研究對象是哪個物體或哪個熱力學系統(tǒng)(2)根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、U)的正、負(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【例1】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？答案5104 J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UWQ.由題意可知W2105 J，U1.5105 J，代入上式得QUW1.5105 J2105 J5104 J.負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. 借題發(fā)揮應用熱力學第一定律解題的一般步驟 (1)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(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)熱力學第一定律UQW列出方程進行求解 (4)特別應注意的就是物理量的正、負號及其物理意義針對訓練一定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，則下列各式中正確的是()AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 JBW8104 J，U1.2105 J，Q2105 JCW8104 J，U1.2105 J，Q2104 JDW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J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取負值，即U1.2105 J；根據(jù)熱力學第一定律UWQ，可知QUW1.2105 J8104 J2105 J，B選項正確二、氣體實驗定律和熱力學第一定律的結合1判斷對氣體做功正、負的方法：(1)若氣體體積增大，表明氣體對外界做功，W0.2幾種常見的氣體變化過程：(1)絕熱過程：過程是絕熱的，則Q0，WU，外界對物體做功等于物體內(nèi)能的增加 (2)等容過程：過程是不做功，則W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加 (3)等溫過程：在過程的始、末狀態(tài)，物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ，表示吸收的熱量全部用來做功或外界對氣體所做的功全部轉(zhuǎn)換為熱量放出【例2】如圖51、21所示，倒懸的導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)境的熱力學溫度為T0時，活塞到汽缸底面的距離為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，汽缸中的氣體吸收的熱量為Q.求：(1)汽缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量U；(2)最終的環(huán)境溫度T.答案(1)Q0.1p0SL0.1LG(2)1.1T0圖圖51、21三、能量守恒定律1不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化(1)各種運動形式都有對應的能，如機械運動對應機械能，分子熱運動對應內(nèi)能等(2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，如“摩擦生熱”機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，“電爐取熱”電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等2能量守恒定律及意義各種不同形式的能之間相互轉(zhuǎn)化時保持總量不變意義：一切物理過程都適用，比機械能守恒定律更普遍，是19世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)之一3第一類永動機是不可能制成的不消耗能量能源源不斷地對外做功的機器，叫第一類永動機，其前景是誘人的因為第一類永動機違背了能量守恒定律(或熱力學第一定律)，所以無一例外地歸于失敗【例3】如圖51、22所示，直立容器內(nèi)部被隔板隔開的A、B兩部分氣體，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，設此過程中氣體吸熱為Q，氣體內(nèi)能的增量為U，則()AUQ BUQ D無法比較答案B圖圖51、22 解析因A部分氣體密度小，B部分氣體密度大，以整體氣體為研究對象，開始時，氣體的重心在中線以下，混合均勻后，氣體的重心應在中線上，所以有重力做負功，使氣體的重力勢能增大，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能，另一部分增加內(nèi)能故正確答案為B.【例4】第一類永動機是不可能制成的，這是因為第一類永動機()A不符合機械能守恒定律B違背了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律C沒有合理的設計方案D找不到合適的材料答案B