高中物理 第10章 第3节热力学第一定律 能量守恒定律课件 新人教版选修33.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 3 热力学定律 第十章 第三节热力学第一定律能量守恒定律 第十章 图中左边为风力发电机 发出的电供给右边的电风扇 电风扇把风吹到发电机上发电 循环往复 不需要消耗其他能量风扇就可以一直工作下去 在能源短缺的现在 这是多么美好的愿望啊 同学们 这种愿望能实现吗 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等于外界向它传递的 与外界对它所做的 的和 2 表达式 热力学第一定律 做功 热传递 热量 功 u q w 1 能量守恒定律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 2 意义 1 各种形式的能可以 2 的物理现象可以用 联系在一起 能量守恒定律 转化 转移 保持不变 相互转化 互不相关 能量转化和守恒定律 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 永动机不可能制成 对外做功 能量守恒 一 对热力学第一定律的理解1 对 u w q的理解热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况 既有做功又有热传递的过程 其中 u表示内能改变的数量 w表示做功的数量 q表示外界与物体间传递的热量 2 与热力学第一定律相匹配的符号法则 一定量的气体在某一过程中 外界对气体做了8 104j的功 气体的内能减少了1 2 105j 则下列各式中正确的是 a w 8 104j u 1 2 105j q 4 104jb w 8 104j u 1 2 105j q 2 105jc w 8 104j u 1 2 105j q 2 105jd w 8 104j u 1 2 105j q 4 104j答案 b 解析 因为外界对气体做功 w取正值 即w 8 104j 内能减少 u取负值 即 u 1 2 105j 根据 u q w 可得q u w 1 2 105j 8 104j 2 105j b正确 二 对能量守恒定律的理解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 2 守恒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 它是一切自然界现象都遵守的基本规律 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能量规律联系起来 揭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机械观念的范围 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 能量守恒定律与电子的发现 达尔文的进化论并称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 三 永动机不可能制成1 第一类永动机人们把设想中的不消耗能量的机械叫做第一类永动机 第一类永动机是不可能制成的 2 第一类永动机失败的原因分析如果没有外界热源供给热量 则有u2 u1 w 就是说 如果系统内能减少 即u2 u1 则w 0 系统对外做功是要以内能减少为代价的 若想源源不断地做功 就必须使系统不断回到初始状态 在无外界能量供给的情况下 是不可能的 特别提醒 层出不穷的永动机设计方案 由于违背了能量守恒定律 无一例外地宣布失败 人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的 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 你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗 答案 不是永动机 手表戴在手上 手运动的能量一部分转化为手表的能量 一定质量的气体从外界吸收了4 2 105j的热量 同时气体对外做了6 105j的功 问 1 物体的内能是增加还是减少 变化量是多少 2 分子势能是增加还是减少 3 分子的平均动能是增加还是减少 热力学第一定律的应用 解析 1 气体从外界吸热为q 4 2 105j气体对外做功w 6 105j由热力学第一定律 u w q 6 105j 4 2 105j 1 8 105j u为负 说明气体的内能减少了 所以 气体内能减少了1 8 105j 2 因为气体对外做功 所以气体的体积膨胀 分子间的距离增大了 分子力做负功 气体分子势能增加了 3 因为气体内能减少 同时气体分子势能增加 说明气体分子的平均动能一定减少了 答案 1 减少1 8 105j 2 增加 3 减少 湛江市2013 2014学年高二下学期期末 空气压缩机在一次压缩过程中 活塞对空气做了2 0 105j的功 同时空气的内能增加了1 5 105j 下列说法正确的是 a 空气从外界吸收的热量是0 5 105jb 空气对外界放出的热量是0 5 105jc 空气从外界吸收的热量是3 5 105jd 空气对外界放出的热量是3 5 105j 答案 b解析 由题意知 w 2 0 105j u 1 5 105j 由热力学第一定律 u w q 得q 0 5 105j 负号为放热 故选项b正确 如图所示 一个半径为r0 0 3m的半球状容器 一小铁块由边缘的a点从静止开始沿内壁下滑 当滑到容器底部b点时 容器内壁所受压力为小铁块自重的1 25倍 在它下滑的过程中热量的80 被铁块吸收 那么铁块温度升高多少摄氏度 铁的比热容是462j kg g取10m s2 能量守恒定律 q 80 u 0 8 2 625m 2 1mq cm t t 4 5 10 3 答案 4 5 10 3 如图所示 密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量活塞 活塞的上部封闭着气体 下部为真空 活塞与器壁间的摩擦忽略不计 置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部 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 弹簧处在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 气体达到平衡状态 经过此过程 a ep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c ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能d ep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答案 d 解析 当绳子突然断开时 活塞受弹簧的弹力f 活塞的重力g 封闭气体对活塞向下的压力f 共同作用 如图所示 其合力向上 经多次往复运动后活塞静止时 活塞处于三力平衡状态 气体体积必减小 外力对气体做正功 由于绝热 气体的内能增加 而活塞最终的静止位置比初始位置高 其重力势能增加 最终弹力与另外两个力的合力平衡 弹簧仍有形变 设最终弹簧的弹性势能为ep 由能量守恒定律得ep ep 活塞增加的重力势能 气体增加的内能 所以d选项正确 1 如下图所示 一演示用的 永动机 转轮由5根轻杆和转轴构成 轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片 轻推转轮后 进入热水的叶片因伸展而 划水 推动转轮转动 离开热水后 叶片形状迅速恢复 转轮因此能较长时间转动 下列说法正确的是 综合应用 a 转轮依靠自身惯性转动 不需要消耗外界能量b 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身c 转动的叶片不断搅动热水 水温升高d 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 解析 1 形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水 由能量守恒知能量来源于热水 故a b c错 由能量守恒知 叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能 一部分释放于空气中 故d对 2 由于对气缸缓慢加热 温度升高 气体分子平均动能增大 根据热力学第一定律w q u 其中气体对外做功w p0 v2 v1 所以气体内能变化 u q w q p0 v