热力学第一定律ppt课件

10.3热力学第一定律能量守恒定律,1,学习目标,1.理解两个定律热力学第一定律、能量守恒定律2.会用两个定律分析、解决相关的问题3.知道永动机不可能实现,重点：1、能量守恒定律。2、从能量转化的观点理解热力学第一定律，会用U=W+Q分析和计算有关问题。,难点：1、如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象；2、热力学第一定律U=W+Q中各物理量的意义及正负号的确定。,2,分子因热运动而具有的能量,同温度下各个分子的分子动能K不同,分子动能的平均值仅和温度有关,分子间因有相互作用力而具有的、由它们相对位置决定的能量,rr0时,rP;0时,rP;0时，P最低,P随物态的变化而变化,物体内所有分子的K和P总和,物体的内能与温度和体积有关，还和物体所含的分子数有关。,3,1.关于内能，下列说法正确的是A、温度相同的物体内能一样多B、一罐气放在卡车上随卡车做加速运动，罐中气体动能越来越大，所以内能也越来越大C、一定质量的物体的内能，由温度和体积决定D、某物体的内能为E，含分子数为n个，那么每个分子的内能为E/n,C,4,2.10Kg1000C水的内能_10Kg1000C的水蒸气的内能,10Kg00C水的内能_10Kg00C的冰的内能,小于,大于,对于物态发生变化的过程，由吸热或放热来分析物体内能的增减是一种很简便的判断方法.,分子势能？,5,3.下列说法中正确的是:A、做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理过程B、做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此对物体做功就是对物体传热C、热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体一部分向另一部分转移的内能的多少D、高温的物体具有热量多，低温的物体具有热量少E、冷和热的物体混合时，热的物体把温度传给冷的物体，最后温度相同,（A，C）,6,给你一段铁丝，想让它的温度升高，你有哪些方法？,7,改变内能的两种方式,做功,热传递,对内,对外,吸热,放热,内能增加,内能增加,内能减少,内能减少,（外界对物体做功）,（物体对外界做功）,（物体从外界吸热）,（物体对外界放热）,8,（3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的,做功和热传递的区别,（1）做功改变内能：实质上是其它形式的能和内能之间转化,（2）热传递：实质上是各物体间内能的转移,9,内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能,内能与热量的区别,热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。,如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能,10,绝热过程,仅传热过程,如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化U与热量及做的功之间又有什么关系呢？,11,一个热力学系统的内能增加量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，这个关系叫做热力学第一定律.,UW+Q,一、热力学第一定律.,1.表达式,2.内容,12,思考与讨论：,一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功是135J，同时向外放热85J，气体的内能变化量是多少？内能是增加了还是减少了？,请你通过这个例子总结U、Q、W几个量取正、负值的意义。,13,定律中各量的正、负号及含义,3.符号法则,14,例题：一定量的气体从外界吸收了2.6105J的热量，内能增加了4.2105J。问：是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？,解：根据U=W+Q得W=UQ=4.2105J2.6105J=1.6105JW为正值，外界对气体做功，做了1.6105J的功。,如果气体吸收的热量仍为2.6105J不变，但是内能只增加了1.6105J，这一过程做功情况怎样？,15,学以致用,热力学第一定律的几种典型应用,绝热过程,等容过程,等温过程,等压过程,16,(10-3)2.如图所示的容器，A、B中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水上面是大气、大气压恒定，A、B间带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，开始时A的水面比B高，开启K，A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中（）A.大气压力对水作功，水的内能增加B.水克服大气压力作功，水的内能减少C.大气压力对水不作功，水的内能不变D.大气压力对水不作功，水的内能增加,17,二、能量守恒定律,用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理,活塞压缩气体，活塞对气体做功，由于时间很短，散热可以不计，机械能转化为气体的内能，温度升高，达到柴油燃点，可“点燃”柴油。,能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.,18,、是一个普遍适用的定律,能量守恒定律的重要性,、将各种现象联系在一起,、指导着人们的生产、科研,、19世纪自然科学三大发现之一,19,结果：制造永动机的千万次努力都以失败而告终,概念：不需要动力或燃料，却能源源不断对外做功的机器。人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.（不吃草的马）,原因：根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.简言之，违背了能量守恒定律,三、第一类永动机,20,历史上设计永动机的人们以自己的失败帮助我们找到了正确的方向；他们的不懈努力反映了人类追求幸福的美好愿望。铭文：纪念为实现永动机的奋斗而失败的人们同时有这么一句话送给大家：失败是什么？没什么，只是更走进成功一步；成功是什么？就是走过了所有通向失败的路，只剩下一条路，那就是成功之路。,21,例2：水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越来越慢，最后停止。这一现象符合能的转化和守恒定律吗？如果符合，汽车失去的动能变成了什么？,分析：汽车发动机熄火后，汽车要克服阻力做功，当所克服阻力做的功等于其熄火时的动能时，汽车即停止运动。在这一过程中，汽车克服阻力做的功要转变成地面、轮胎的内能，所以在这个过程中能量还是守恒的，是机械能转变成内能了。,22,小结：,1、热力学第一定律：,U=W+Q,2、能量守恒定律：,能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.,23,1、图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（）,（）U甲不变，U乙减小（）U甲增大，U乙不变（）U甲增大，U乙减小（）U甲不变，U乙不变,C,小试身手,24,2、固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和气体乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（）,C,25,3、一定质量的理想气体由状态(p1，V1，T1)被压缩至状态(p2，V2，T2)，已知T2T1，则该过程中（）,AB,26,4一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比，（）A气体内能一定增加B气体内能一定减小C气体内能一定不变D气体内能是增是减不能确定,D,27,5下列说法正确的是（）A外界对气体做功，气体的内能一定增大B气体从外界只收热量，气体的内能一定增大C气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大D气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大,D,28,6下列说法正确的是（）A外界对一物体做功，此物体的内能一定增加B机械能完全转化成内能是不可能的C将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变D一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少,D,29,7一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（）AQ1Q2=W2W1BQ1=Q2CW1=W2DQ1Q2,点拨：整个过程的内能不变，E=0,由热力学第一定律E=W总+Q总=0,Q总=-W总,Q1Q2=W2W1,A,30,8.如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程（）AEP全部转换为气体的内能B.EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能CEP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能DEP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能