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

第十章 热力学定律 第三节热力学第一定律能量守恒定律 课前预习 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 判一判 1 某个物体的能量减少 必然有其他物体的能量增加 2 石子从空中落下 最后停止在地面上 说明机械能消失了 3 能量既可以转移又可以转化 故能的总量是可以变化的 4 违背能量守恒定律的过程是不可能发生的 5 u w q 该式表示的是功 热量跟内能改变之间的定量关系 在物理学中叫作热力学第一定律 选一选 多选 据 报报道 天津一小男孩睡觉时 将压在臀部下面的打火机焐炸 丁烷气体外泄 致使屁股局部速冻成伤 请你运用学过的热学知识判断下列说法正确的是 a 焐炸是因为打火机内丁烷液体变热汽化 体积增加 压强增大而爆炸b 焐炸的过程符合热力学第一定律c 报关于局部速冻成伤的报道不符合科学道理d 爆炸后 丁烷外泄并迅速汽化吸热 由于吸热速度快而使屁股局部速冻成伤解析 丁烷液体变热汽化 体积增加 压强增大而爆炸 由于吸热速度快而使屁股局部速冻成伤 abd 课内探究 如图所示 一定质量的理想气体由a状态变化到b状态 请在图象基础上思考以下问题 1 在变化过程中气体对外做功 还是外界对气体做功 2 在变化过程中气体吸热 还是向外放热 气体内能增加了 还是减少了 探究一对热力学第一定律的理解 提示 1 气体对外做功 2 吸热 内能增加 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 3 几种特殊情况 1 若过程是绝热的 即q 0 则 u w 物体内能的增加量等于外界对物体做的功 2 若过程中不做功 即w 0 则 u q 物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量 3 若过程的始末状态物体的内能不变 即 u 0 则w q 或q w 外界对物体做的功等于物体放出的热量 或物体吸收的热量等于物体对外界做的功 4 判断是否做功的方法 一般情况下外界对物体做功与否 需看物体的体积是否变化 1 若物体体积增大 表明物体对外界做功 w 0 2 若物体体积减小 表明外界对物体做功 w 0 特别提醒 1 当做功和热传递同时发生时 物体的内能可能增加 也可能减小 还可能保持不变 2 物体内能发生变化可能是由做功引起的 也可能是由热传递引起的 还可能是两者共同作用的结果 云南师范大学附中2018届高三检测 如图所示 一定质量的理想气体 由状态a沿直线ab过程变化到状态b 再由b沿直线bc过程变化到状态c 然后由c沿直线ca过程变化到状态a 在此循环过程中 下列说法正确的是 填正确答案标号 ade 解题指导 根据理想气体状态方程判定各过程中体积和温度如何变化 结合热力学第一定律解答 对点训练1 如图是封闭的气缸 内部封闭有一定质量的理想气体 外力推动活塞p压缩气体 对汽缸内气体做功800j 同时气体向外界放热200j 则汽缸内气体的 a 温度升高 内能增加600jb 温度升高 内能减少200jc 温度降低 内能增加600jd 温度降低 内能减少200j解析 由热力学第一定律 u w q得 u 800j 200j 600j 一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关 u 600j 0 故温度一定升高 a选项正确 a 请思考 1 下面的永动机能实现吗 2 热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系 探究二对能量守恒定律的理解 提示 1 不能 违反了能量守恒定律 2 能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程 总能量保持不变 它包括各个领域 其范围广泛 热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移 是能量守恒定律的具体体现 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 特别提醒 1 能量守恒定律是一个自然界中普遍适用的规律 凡是遇到涉及能量的转化和转移问题时可优先考虑使用其解决 2 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 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 d 解题指导 利用能量守恒定律解决问题时 首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量 其次分析哪种能量增加了 哪种能量减少了 确定研究的系统后 用能量守恒的观点求解 对点训练2 苏州市高新区2017 2018学年高二下学期期中 柴油在柴油机的气缸中燃烧 产生高温高压的气体 燃料的化学能转化为气体的内能 高温高压的气体推动活塞做功 气体的内能又转化为柴油机的机械能 燃烧相同的柴油 输出的机械能越多 柴油机越节能 有经验的柴油机维修师傅 不用任何仪器 只要将手伸到柴油机排气管附近 去感知一下尾气的温度 就能够判断出这台柴油机是否节能 真是 行家伸伸手 就知有没有 关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系 下列说法中正确的是 a 尾气的温度越低 柴油机越节能b 尾气的温度越高 柴油机越节能c 尾气的温度高低与柴油机是否节能无关d 以上说法均不正确 a 解析 高温高压的燃气推动活塞向下运动 对活塞做功 燃气的内能大部分转化为活塞的机械能 在做功的过程中 内能转化为活塞的机械能越多 尾气的温度越低 柴油机越节能 故a正确 bcd错误 素养提升 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 永动机不可能制成 如右图所示 一演示用的 永动机 转轮由5根轻杆和转轴构成 轻杆