《热力学第一定律》课件4.ppt

第二节热力学第一定律第三节能量守恒定律 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第三节 课前自主学案 课标定位 课标定位 学习目标 1 理解热力学第一定律的内容及物理意义 2 会用热力学第一定律分析 解释有关的物理问题 3 理解能量守恒定律及其重要意义 4 知道第一类永动机不可能制成的原因 重点难点 1 运用 U W Q分析有关物理问题 2 会用能量转化与守恒的观点分析解决有关问题 课前自主学案 一 热力学第一定律1 改变内能的方式 和 2 功和内能的关系 若物体不存在热传递 当 对它做功时 它的内能 关系式为W 若物体对外做功 则W 0 U 0 表明内能 做功 热传递 外界 增加 U 减少 3 热传递和内能的关系 若物体既不对外做功 外界对物体也不做功 当物体从外界吸收热量Q时 它的内能 关系式为Q 若物体向外放出热量 则Q 0 U 0 表明内能 4 热力学第一定律如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程 那么 物体内能的增加 U就等于物体 的热量Q和 做的功W之和 增加 U 减少 吸收 外界对物体 思考感悟下列现象中能量是怎样转化的 A 水电站发电时 水轮机被水流冲击转动 带动发电机发电B 利用地热发电提示 A 机械能转化为电能 B 热能转化为电能 二 热力学第一定律应用举例1 理想气体的微观模型忽略了分子之间的 忽略了 所以理想气体的内能等于分子热运动的 总和 2 理想气体的内能只跟 和物质的量有关 与体积 作用力 分子势能 动能 温度 无关 三 能量守恒定律1 大量事实证明 各种形式的能都可以相互转化 并且在转化过程中 2 能量守恒定律 能量既不会凭空 也不会凭空 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 在转化和转移的过程中其总量 守恒 产生 消失 转化 转移 不变 3 能量守恒定律是自然界最普遍 最重要的规律之一 它和细胞学说 达尔文的生物进化论一起称为19世纪自然科学的三大发现 四 第一类永动机是不可能造成的1 第一类永动机 不需要任何 或 却能不断对外 的机器 2 第一类永动机的设想由于违背了 所以不可能制成 动力 燃料 做功 能量守恒定律 核心要点突破 一 对热力学第一定律的理解1 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 此定律应用时各量的单位应统一 注 一般情况下外界对物体做不做功 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 若物体体积变小 外界对物体做功 W 0 2 公式 U Q W中的有关问题 3 几种特殊情况 1 若过程是绝热的 则Q 0 W U 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W 0 则Q U 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 U 0 则W Q 0或W Q 4 应用热力学第一定律解题的思路与步骤 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 U Q W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 二 利用热力学第一定律判断理想气体的状态变化1 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 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 U W Q 则Q U W 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 2 理想气体状态变化过程中 存在着能量的转化与转移 应用热力学第一定律解决理想气体状态变化过程中的能量转换问题时要明确 1 一定质量的理想气体的内能只与温度有关 2 一般情况下外界对理想气体做功与否 要看气体的体积是否变化 体积不变 则W 0 3 若理想气体在状态变化过程中是绝热的 则Q 0 特别提醒 1 若热力学过程中系统内能不变 即 U 0 则W Q 0 外界对系统做的功等于系统放出的热量 或者系统对外界做的功等于系统吸收的热量 2 对理想气体 其内能不考虑分子势能 即只与分子数及分子的平均动能有关 根据温度是分子平均动能的标志可知 依据理想气体温度的变化即可确定其内能总值的变化情况 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 单选 固定的水平汽缸内由活塞B封闭着一定量的理想气体 气体分子之间的相互作用可以忽略 假设汽缸的导热性能很好 环境的温度保持不变 若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动 如图3 2 2所示 则在拉动活塞的过程中 关于汽缸内气体的下列结论 其中正确的是 A 气体对外做功 气体内能减小B 气体对外做功 气体内能不变C 外界对气体做功 气体内能不变D 气体向外界放热 气体内能不变 图3 2 2 解析 选B 用力F缓慢拉活塞时 气体膨胀 对外做功 但由于汽缸的导热性能很好 环境温度又不变 汽缸会从外界吸收热量而保持与环境温度相同 因而气体的内能不变 故B选项正确 三 能量守恒定律的理解与应用1 不同形式的能量之间的转化 1 自然界中能量的存在形式 物体运动具有机械能 分子热运动具有内能 电荷具有电能 原子核内部的运动具有原子能等 可见 在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应 2 不同形式的能量之间的转化 摩擦生热 是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能 水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起 表明内能转化为机械能 电流通过电热丝做功可将电能转化为内能 汽缸内燃油燃烧释放的内能通过燃气推动活塞做功而转化为机械能等 这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化 且这一转化过程是通过做功来完成的 2 能量守恒定律的应用 1 能量守恒定律是支配整个自然界运动 发展 变化的普遍规律 热力学第一定律 机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现 2 能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程 3 用能量守恒定律解题的方法 首先分析有哪几种形式的能在参与转化 分别列出增加的能量与减少能量的表达式 利用 E增 E减列式求解 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮上 设空气密度为 风的动能有50 转化为风车的动能 风车带动水车将水提高h的高度 效率为80 则单位时间最多可提升的水的质量是多少 课堂互动讲练 单选 分别以p V T表示气体的压强 体积 温度 一定质量的理想气体 其初始状态表示为 p0 V0 T0 若分别经历如下两种变化过程 从 p0 V0 T0 变为 p1 V1 T1 的过程中 温度保持不变 T1 T0 从 p0 V0 T0 变为 P2 V2 T2 的过程中 既不吸热 也不放热 在上述两种变化过程中 如果V1 V2 V0 则 A p1 p2 T1 T2B p1 p2 T1 T2C p1 p2 T1 T2D p0 p2 T1 T2 答案 A 双选 一带电小球在空中由a点运动到b点的过程中 受重力 电场力和空气阻力三个力的作用 若运动过程中重力势能增加3J 机械能增加0 5J 电场力做功1J 则小球 A 重力做功3JB 电势能增加1JC 克服空气阻力做功0 5JD 动能减少2 5J 精讲精析 重力势能的增加等于小球克服重力所做功 A错误 电场力做正功 电势能应减小 B错误 除重力之外的力对小球做的功等于小球机械能的变化 故空气阻力做的功为 0 5J C正确 因为合力做的功为 2 5J 据动能定理知 小球动能减少2 5J D正确 答案 CD 方法总结 1 熟练掌握功与能的关系是解答此类问题的关键 2 对热力学变化过程 要结合力做功理解不同形式的能之间的转化 3 能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律 任何能量转化和转移过程都遵循此规律 对能量守恒定律的理解 某种形式的能减少 一定有其他形式的能增加 且减少量和增加量一定相等 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 双选 如图3 2 2所示为冲击摆实验装置 一飞行子弹射入沙箱后合为一体 共同摆起一定高度 则下面有关能的转化的说法中正确的是 图3 2 2 A 子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能B 子弹的动能一部分转变成了沙箱和子弹的势能C 子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能D 子弹的动能一部分转变成了沙箱和子弹的内能 思路点拨 在子弹打入沙箱的过程中 由于打入一定深度 阻力做功 其结果是一部分动能转化为内能 然后由能量守恒定律分析判断 自主解答 在子弹打入沙箱的过程中 沙箱对子弹的阻