年高二物理人教版選修3-3第十章第3講熱力學(xué)第一定律能量守恒定律ppt課件
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第3講 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律,目標(biāo)定位 1.理解熱力學(xué)第一定律,并掌握其表達(dá)式. 2.能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題. 3.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. 4.知道第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理·識(shí)記·點(diǎn)撥,1.內(nèi)容: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)它所做的 的和. 2.數(shù)學(xué)表達(dá)式:ΔU= .,一、熱力學(xué)第一定律,熱量,功,Q+W,二、能量守恒定律,1.大量事實(shí)表明,各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,并且在轉(zhuǎn)化過程中總量保持 . 2.能量既不能憑空 ,也不能憑空 ,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)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量 . 3.能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的規(guī)律之一.,不變,產(chǎn)生,消失,保持不變,三、永動(dòng)機(jī)不可能制成,1.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). 2.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,課堂講義 理解·深化·探究,一、熱力學(xué)第一定律,,1.對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解 (1)對(duì)ΔU=W+Q的理解:做功和熱傳遞都可以改變內(nèi)能,如果系統(tǒng)跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程,那么外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加ΔU,即ΔU=Q+W.,(2)對(duì)ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定 ①功W:外界對(duì)系統(tǒng)做功,W0,即W為正值; 系統(tǒng)對(duì)外界做功,W0; 系統(tǒng)放熱為負(fù),Q0,即ΔU為正值; 系統(tǒng)內(nèi)能減少,ΔU0,即ΔU為負(fù)值.,2.判斷是否做功的方法 一般情況下外界對(duì)系統(tǒng)做功與否,需看系統(tǒng)的體積是否變化. (1)若系統(tǒng)體積增大,表明系統(tǒng)對(duì)外界做功,W0.,例1 空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中,活塞對(duì)空氣做了2×105 J的功,同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5×105 J,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(duì)象,根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=W+Q. 由題意可知W=2×105 J,ΔU=1.5×105 J,代入上式得 Q=ΔU-W=1.5×105 J-2×105 J=-5×104 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5×104 J.,答案 5×104 J,借題發(fā)揮 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 (1)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)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(duì)物體或系統(tǒng)所做的功或物體或系統(tǒng)對(duì)外所做的功. (3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W列出方程進(jìn)行求解. (4)特別注意的是物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義.,針對(duì)訓(xùn)練 一定量的氣體在某一過程中,外界對(duì)氣體做了8×104 J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J,則下列各式中正確的是( ) A.W=8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=4×104 J B.W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-2×105 J C.W=-8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=2×104 J D.W=-8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-4×104 J,解析 因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功,W取正值,即W=8×104 J;內(nèi)能減少,ΔU取負(fù)值,即ΔU=-1.2×105 J;根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J,B選項(xiàng)正確. 答案 B,二、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(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能,如機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能,分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)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(jī)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)化或轉(zhuǎn)移時(shí)能量的總量保持不變. 意義:一切物理過程都適用,比機(jī)械能守恒定律更普遍,是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一.,3.第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 (1)不消耗能量而能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器,叫第一類永動(dòng)機(jī).因?yàn)榈谝活愑绖?dòng)機(jī)違背了能量守恒定律,所以無一例外地歸于失敗. (2)永動(dòng)機(jī)給我們的啟示 人類利用和改造自然時(shí),必須遵循自然規(guī)律.,例2 如圖1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(shè)此過程中氣體吸熱為Q, 氣體內(nèi)能的增量為ΔU,則( ) A.ΔU=Q B.ΔUQ D.無法比較,圖1,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,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. 答案 B,三、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用,氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合點(diǎn)是溫度和體積.注意三種特殊過程的特點(diǎn): 1.等溫過程:內(nèi)能不變,ΔU=0 2.等容過程:體積不變,W=0 3.絕熱過程:Q=0,例3 如圖2所示,倒懸的導(dǎo)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(dòng),活 塞的橫截面積為S,活塞的下面吊著一個(gè)重為G的物 體,大氣壓強(qiáng)恒為p0,起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0 時(shí),活塞到汽缸底面的距離為L(zhǎng).當(dāng)環(huán)境溫度逐漸升高,導(dǎo)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:,圖2,(1)汽缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量ΔU;,密封氣體對(duì)外做功W=pS×0.1L 由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W 得ΔU=Q-0.1p0SL+0.1LG,答案 Q-0.1p0SL+0.1LG,(2)最終的環(huán)境溫度T.,解析 該過程是等壓變化,由蓋—呂薩克定律有,解得T=1.1T0,答案 1.1T0,對(duì)點(diǎn)練習(xí) 鞏固·應(yīng)用·反饋,熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用,,,1.一定量的氣體從外界吸收了2.6×105 J的熱量,內(nèi)能增加了4.2×105 J. (1)是氣體對(duì)外界做了功,還是外界對(duì)氣體做了功?做了多少焦耳的功?,1,2,3,4,解析 根據(jù)ΔU=W+Q得W=ΔU-Q,將Q=2.6×105 J,ΔU=4.2×105 J代入式中得:W=1.6×105 J0,說明外界對(duì)氣體做了1.6×105 J的功.,答案 見解析,(2)如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105 J不變,但是內(nèi)能增加了1.6×105 J,計(jì)算結(jié)果W=-1.0×105 J,是負(fù)值,怎樣解釋這個(gè)結(jié)果?,1,2,3,4,解析 如果吸收的熱量Q=2.6×105 J,內(nèi)能增加了1.6×105 J,即ΔU=1.6×105 J,則W=-1.0×105 J,說明氣體對(duì)外界做功.,答案 見解析,(3)在熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q中,W、Q和ΔU為正值、負(fù)值各代表什么物理意義?,1,2,3,4,解析 在公式ΔU=W+Q中,ΔU0,物體內(nèi)能增加;ΔU0,物體吸熱;Q0,外界對(duì)物體做功;W0,物體對(duì)外界做功.,答案 見解析,2.關(guān)于內(nèi)能的變化,以下說法正確的是( ) A.物體吸收熱量,內(nèi)能一定增大 B.物體對(duì)外做功,內(nèi)能一定減少 C.物體吸收熱量,同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能可能不變 D.物體放出熱量,同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能可能不變,1,2,3,4,解析 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,物體內(nèi)能的變化與做功及熱傳遞兩個(gè)因素均有關(guān),物體吸收熱量,內(nèi)能不一定增大,因?yàn)槲矬w可能同時(shí)對(duì)外做功,故內(nèi)能有可能不變或減少,A錯(cuò); 物體對(duì)外做功,還有可能吸收熱量,內(nèi)能可能不變或增大,B錯(cuò),C正確; 放出熱量,同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能一定減少,D錯(cuò)誤. 答案 C,1,2,3,4,能量守恒定律的理解和應(yīng)用,3.自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來越小,下列說法正確的是( ) A.機(jī)械能守恒 B.能量正在消失 C.只有動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 D.減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但總能量守恒,1,2,3,4,解析 自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度減小,說明機(jī)械能在減少,減少的機(jī)械能等于克服阻力做的功,增加了內(nèi)能.,1,2,3,4,答案 D,氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合,4.如圖3所示,兩個(gè)截面積都為S的圓柱形 容器,右邊容器高為H,上端封閉,左邊 容器上端是一個(gè)可以在容器內(nèi)無摩擦滑動(dòng) 的質(zhì)量為M的活塞.兩容器由裝有閥門的極細(xì)管道相連,容器、活塞和細(xì)管都是絕熱的.開始時(shí)閥門關(guān)閉,左邊容器中裝有理想氣體,平衡時(shí)活塞到容器底的距離為H,右邊容,1,2,3,4,圖3,器內(nèi)為真空.現(xiàn)將閥門緩慢打開,活塞便緩慢下降,直至系統(tǒng)達(dá)到新的平衡,此時(shí)理想氣體的溫度增加為原來的1.4倍,已知外界大氣壓強(qiáng)為p0,求此過程中氣體內(nèi)能的增加量.,1,2,3,4,解析 理想氣體發(fā)生等壓變化.設(shè)封閉氣體壓強(qiáng)為p,分析活塞受力有pS=Mg+p0S 設(shè)氣體初態(tài)溫度為T,活塞下降的高度為x,系統(tǒng)達(dá)到新平衡,由蓋—呂薩克定律得,1,2,3,4,又因系統(tǒng)絕熱,即Q=0 外界對(duì)氣體做功為W=pSx 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,1,2,3,4,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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