高中物理 第4章 能量守恒與熱力學(xué)定律 1 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2 熱力學(xué)第一定律教師用書(shū) 教科版選修3-3

《高中物理 第4章 能量守恒與熱力學(xué)定律 1 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2 熱力學(xué)第一定律教師用書(shū) 教科版選修3-3》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第4章 能量守恒與熱力學(xué)定律 1 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2 熱力學(xué)第一定律教師用書(shū) 教科版選修3-3（6頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1．能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2．熱力學(xué)第一定律 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.了解能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程． 2．理解能量守恒定律，會(huì)用能量的觀點(diǎn)解釋自然現(xiàn)象．(難點(diǎn)) 3．知道第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成． 4．理解熱力學(xué)第一定律．(重點(diǎn)) 5．會(huì)用ΔU＝W＋Q解決一些簡(jiǎn)單問(wèn)題．(重點(diǎn)) 　　　能量守恒定律 1．能量守恒定律 (1)內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變． (2)意義 ①各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化． ②各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起． 2．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 (1)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器． (2)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因：違背了能量守恒定律． (3)意義：正是歷史上設(shè)計(jì)永動(dòng)機(jī)的失敗，才使后人的思考走上了正確的道路． 1．各種能量之間可以轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，但總量保持不變．(√) 2．運(yùn)動(dòng)的物體在阻力作用下會(huì)停下來(lái)，說(shuō)明機(jī)械能憑空消失了．() 3．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制成，是因?yàn)樗`背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律．(√) 有一種所謂“全自動(dòng)”機(jī)械手表(如圖411所示)，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(lái)的？ 圖411 【提示】　這不是永動(dòng)機(jī)．手表戴在手腕上，通過(guò)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(zhǎng)時(shí)間放置不動(dòng)，它就會(huì)停下來(lái)． 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，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等． 3．各種形式的能在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中總量守恒無(wú)需任何條件，而某種或幾種形式的能的守恒是有條件的．例如：物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力或彈力做功． 4．意義：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，任何一部機(jī)器，只要對(duì)外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而不能無(wú)中生有地創(chuàng)造能量．不消耗能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器(第一類(lèi)永動(dòng)機(jī))是不可能制成的． 1．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．用太陽(yáng)灶燒水是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 B．電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能 C．核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 E．風(fēng)車(chē)發(fā)電是風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能 【解析】　A選項(xiàng)中是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C選項(xiàng)中是核能轉(zhuǎn)化為電能，D選項(xiàng)中是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，A、B、E選項(xiàng)正確． 【答案】　ABE 2．下列對(duì)能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識(shí)正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：74320058】 A．某種形式的能量減少，一定存在其他形式能量的增加 B．某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加 C．不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器——第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 D．石子從空中落下，最后停止在地面上，說(shuō)明機(jī)械能消失了 E．汽車(chē)剎車(chē)而停止，汽車(chē)的動(dòng)能消失了 【解析】　A選項(xiàng)是指不同形式的能量間的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量是守恒的，B選項(xiàng)是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過(guò)程中能量是守恒的．這正好是能量守恒定律的兩個(gè)方面——轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，因?yàn)樗`背了能量守恒定律，所以A、B、C正確；D選項(xiàng)中石子的機(jī)械能在變化，比如受空氣阻力作用，機(jī)械能可能減少，但機(jī)械能并沒(méi)有消失，能量守恒定律表明能量既不會(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消失，故D、E是錯(cuò)誤的． 【答案】　ABC 3．風(fēng)沿水平方向以速度v垂直吹向一直徑為d的風(fēng)車(chē)葉輪，設(shè)空氣密度為ρ，風(fēng)的動(dòng)能有50%轉(zhuǎn)化為風(fēng)車(chē)的動(dòng)能，風(fēng)車(chē)帶動(dòng)水車(chē)將水提高h(yuǎn)的高度，效率為80%.求單位時(shí)間內(nèi)最多可提升的水的質(zhì)量． 【解析】　在時(shí)間t內(nèi)吹在風(fēng)車(chē)上的空氣的質(zhì)量為 m1＝πd2vtρ， 風(fēng)的動(dòng)能Ek＝m1v2＝πd2v3tρ. 根據(jù)題意πd2v3tρ50%80%＝mgh， 則＝. 【答案】　 應(yīng)用能量守恒定律的思路方法 (1)能量守恒的核心是總能量不變，因此在應(yīng)用能量守恒定律時(shí)應(yīng)首先分清系統(tǒng)中哪些能量在相互轉(zhuǎn)化，是通過(guò)哪些力做功實(shí)現(xiàn)的，這些能量分別屬于哪些物體，然后再尋找合適的守恒方程式． (2)在應(yīng)用能量守恒定律分析問(wèn)題時(shí)，應(yīng)明確兩點(diǎn)： ①哪種形式的能量減少，哪種形式的能量增加． ②哪個(gè)物體的能量減少，哪個(gè)物體的能量增加． 熱力學(xué)第一定律 1．改變物體內(nèi)能的兩種方式 做功和熱傳遞． 2．物體內(nèi)能的改變 (1)如果物體與外界無(wú)熱傳遞，若外界對(duì)物體做功，則物體的內(nèi)能增加；若物體對(duì)外做功，物體的內(nèi)能減少． (2)如果物體既不對(duì)外做功，外界也不對(duì)物體做功，則物體吸收熱量時(shí)，它的內(nèi)能增加；物體放出熱量時(shí)，它的內(nèi)能減少． 3．熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容：物體內(nèi)能的增加量ΔU，等于外界對(duì)物體所做的功W與物體從外界吸收的熱量Q之和． (2)表達(dá)式：ΔU＝W＋Q. 1．熱量、功和內(nèi)能三者單位相同，物理意義相同．() 2．熱量和功由過(guò)程決定，而內(nèi)能由物體狀態(tài)決定．(√) 3．系統(tǒng)內(nèi)能增加了100 J，可能是外界采用絕熱方式對(duì)系統(tǒng)做功100 J，也可能是外界單純地對(duì)系統(tǒng)傳熱 100 J．(√) 物體的內(nèi)能不變，能否說(shuō)明外界既沒(méi)有對(duì)物體做功，也沒(méi)有發(fā)生熱傳遞？ 【提示】　不能．可能是外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對(duì)外界做的功)． 1．對(duì)ΔU＝W＋Q的理解 熱力學(xué)第一定律將單純的絕熱過(guò)程和單純的熱傳遞過(guò)程推廣到一般情況，既有做功又有熱傳遞的過(guò)程，其中ΔU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(duì)公式ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定 符號(hào) W Q ΔU 正號(hào) 外界對(duì)物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增加 負(fù)號(hào) 物體對(duì)外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 3.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 (1)首先選定研究對(duì)象是哪個(gè)物體或哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)． (2)根據(jù)符號(hào)法則寫(xiě)出各已知量(W、Q、ΔU)的正、負(fù)． (3)根據(jù)方程ΔU＝W＋Q求出未知量． (4)再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負(fù)來(lái)確定吸熱、放熱情況或做功情況． 4.判斷氣體做功正、負(fù)的方法 (1)若氣體體積增大，表明氣體對(duì)外界做功，W<0. (2)若氣體體積變小，表明外界對(duì)氣體做功，W>0. 5.幾種常見(jiàn)的氣體變化過(guò)程 (1)絕熱過(guò)程：過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)氣體做的功等于氣體內(nèi)能的增加． (2)等容過(guò)程：在該過(guò)程中氣體不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，氣體吸收的熱量等于氣體內(nèi)能的增加． (3)等溫過(guò)程：在過(guò)程的始末狀態(tài)，氣體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，表示氣體吸收的熱量全部用來(lái)對(duì)外做功或外界對(duì)氣體所做的功全部轉(zhuǎn)換為熱量放出． 4．下列過(guò)程，可能發(fā)生的是(　　) A．物體吸收熱量，對(duì)外做功，同時(shí)內(nèi)能增加 B．物體吸收熱量，對(duì)外做功，同時(shí)內(nèi)能減少 C．外界對(duì)物體做功，同時(shí)物體吸熱，內(nèi)能減少 D．外界對(duì)物體做功，同時(shí)物體放熱，內(nèi)能增加 E．物體對(duì)外界做功，同時(shí)物體放熱，內(nèi)能增加 【解析】　根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，故由此可確定A、B、D正確，C、E錯(cuò)誤． 【答案】　ABD 5．一定量的氣體內(nèi)能增加了3105 J， (1)若吸收了2105 J的熱量，則是氣體對(duì)外界做功，還是外界對(duì)氣體做功？做了多少焦耳的功？ (2)若氣體對(duì)外界做了4105 J的功，則是氣體放熱還是從外界吸熱？放出或吸收的熱量是多少？ 【解析】　(1)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W 得W＝ΔU－Q＝3105 J－2105 J＝1105 J 外界對(duì)氣體做功． (2)由ΔU＝Q＋W得Q＝ΔU－W＝3105 J－(－4105 J)＝7105 J 氣體從外界吸熱． 【答案】　(1)外界對(duì)氣體做功　1105 J (2)氣體從外界吸熱　7105 J 氣體狀態(tài)變化與物理量對(duì)應(yīng)方法 (1)絕熱過(guò)程：氣體與外界沒(méi)有熱傳遞． (2)導(dǎo)熱良好：氣體與外界有熱交換，且與外界溫度保持相同． (3)體積減小，外界對(duì)氣體做功；體積增大(不是對(duì)真空膨脹)，氣體對(duì)外界做功. (4)溫度升高，理想氣體的內(nèi)能增加；溫度降低，理想氣體的內(nèi)能減少.