高中物理第十章热力学定律第3节热力学第一定律能量守恒定律课件新人教版.pptx

第3节 热力学第一定律 能量 守恒定律,学习目标 1理解物体跟外界做功和热传递的过程及W、Q、U的物理意义。 2理解热力学第一定律UWQ，会用UWQ分析和计算有关问题。 3掌握能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题。,一、热力学第一定律 1改变内能的两种方式：_和_。 2热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能增量_外界向它传递的热量与外界对它所做的功的_。 (2)表达式：_。,做功,传热,等于,和,UQW,自主思考判一判 1(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加。( ) (2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收热量。( ) (3)系统从外界吸收热量5 J，内能可能增加5 J。( ) (4)系统内能减少，一定是系统对外界做功。( ),二、能量守恒定律 1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_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，能量的总量保持不变。 2意义 (1)各种形式的能可以_。 (2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。,转化,转移,相互转化,自主思考判一判 2(1)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了。( ) (2)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。( ) 三、永动机不可能制成 1第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地_的机器。 2第一类永动机不可能制成的原因：违背了_定律。,对外做功,能量守恒,自主思考判一判 3(1)第一类永动机不能制成的原因是技术问题。( ) (2)第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律。( ),有一种所谓“全自动”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。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？ 提示 这不是永动机，是通过手臂的摆动获得能量。,图1031,考点一 热力学第一定律 1热力学第一定律的意义 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。,2热力学第一定律的符号法则,3.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 (2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量。,4判断外界是否对气体做功的方法 一般情况下外界对气体做功与否，需看气体的体积是否变化。 (1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0； (2)若气体体积变小，表明外界对气体做功，W0。,例1 若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，(设湖水的温度相等且保持不变) (1)气泡上升过程中吸收的热量是多少？ (2)气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？ 审题指导 湖水温度保持不变，说明气泡内能不变。 由UWQ分析Q。,【解析】 (1)气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律UQW，则QUW0(0.6 J)0.6 J； (2)由热力学第一定律得UQW0.3 J(0.1 J)0.2 J，内能增加0.2 J。 【答案】 (1)0.6 J (2)0.2 J,名师点拨 应用热力学第一定律解题的方法 (1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统； (2)分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量，外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功； (3)根据热力学第一定律UQW列出方程进行求解； (4)特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义。,1一定量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8104 J的功，气体的内能减少了1.2105 J，则下列各式中正确的是 AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J BW8104 J，U1.2105 J，Q2105 J CW8104 J，U1.2105 J，Q2104 J DW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J,解析 由符号法则可知，外界对气体做功W取正，气体内能减少，U为负值，代入热力学第一定律表达式得Q2105 J。故选项B正确。 答案 B,2(多选)(2018全国卷)如图1032，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程、到达状态e。对此气体，下列说法正确的是_。 A过程中气体的压强逐渐减小 B过程中气体对外界做正功 C过程中气体从外界吸收了热量 D状态c、d的内能相等 E状态d的压强比状态b的压强小,图1032,答案 BDE,考点二 能量守恒定律 1能量的存在形式及相互转化 各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。 各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能等。,2能量守恒的条件 与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如：物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都普遍遵守的基本规律。 3能量守恒定律的重要意义 (1)找到了各种自然现象的公共量度能量，从而把各种自然现象用定量的规律联系起来，提示了自然规律的多样性和统一性。,(2)突破了人们关于物质运动的认识范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。 (3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。,4能量守恒定律中的“转化”和“转移” (1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。,例2 如图1033所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度h，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？(不计空气阻力) 【解析】 子弹和沙箱相互作用的过程中，损失动能，产生内能，由能量守恒定律得,图1033,名师点拨 能量守恒定律的应用方法 应用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及了哪几种形式的能量，然后分析哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，确定了研究的系统后，用能量守恒的观点即可求解。,3如图1034所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则,图1034,AQAQB BQAQB CQAQB D无法确定 解析 A、B升高相同的温度，根据Qcmt可知，升温需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升温，一部分用于增加重力势能，即QAQEpA；B受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量QB和减少的重力势能共同用于升温，即QQBEpB；显然QAQB。 答案 C,4如图1035所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加多少？(g取10 m/s2，忽略大气压力及摩擦阻力的影响),图1035,解析 由能量守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，UE(Mm)gh(155)10(5040)102 J20 J。 答案 20 J,对于理想气体，常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规律，常见的分析思路如下： (1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大，对外做功；气体体积减小，外界对气体做功。 (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小。,热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用,(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。 由热力学第一定律UWQ，则QUW，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。,例题 (多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是 A加热压缩，温度一定升高，压强一定增大 B加热膨胀，温度一定升高，压强一