高中物理热力学第一定律课件人教版选修33.ppt

热力学第一定律能量守恒定律 复习提问 1 分子动理论的内容是什么 2 改变物体内能的方式是什么 3 改变物体内能的方式有何本质的区别 本节课来讨论做功和热传递在改变内能的过程中所遵守的规律 一 热力学第一定律 1 热力学第一定律的研究对象 研究功 热量和内能的变化之间的定量关系 记住 写成公式为 w q u 理解 公式中w表示做功 q表示热量 u表示内能的变化 说明 上式所表示的功 热量跟内能改变之间的定量关系 在物理学中叫做热力学第一定律 2 热力学第一定律的表达式 知道 改变物体内能的方式有两种 做功和热传递 3 热力学第一定律的内容 一个热力学系统的内能增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 写成表达式为 w q u 记住 运用此公式时 需要注意各物理量的符号 物体内能增加时 u为正 物体内能减少时 u为负 外界对物体做功时 w为正 物体对外界做功时 w为负 物体吸收热量时 q为正 物体放出热量时 q为负 例1 下列说法中正确的是 a 物体吸收热量 其内能必增加 b 外界对物体做功 物体内能必增加 c 物体吸收热量 同时对外做功 其内能可能减少 d 物体温度不变 其内能也一定不变 评析 在分析问题时 要求考虑比较周全 既要考虑到内能包括分子动能和分子势能 又要考虑到改变内能也有两种方式 做功和热传递 c 例题2 空气压缩机在一次压缩中 空气向外界传递的热量2 0 105j 同时空气的内能增加了1 5 105j 这时 在压缩空气的过程中 外界对空气做了多少功 解 根据热力学第一定律w q u知 w u q 1 5 105j 2 0 105j 3 5 105j 所以此过程中外界对空气做了3 5 105j的功 二 能量守恒定律 1 复习各种能量的相互转化和转移 1 各种机器的作用是什么 各种机械都是能量转化器 2 风力发电是什么能转化为什么能 3 化学上电解食盐的过程中是什么能转化为什么能 2 能量守恒定律 记住能量守恒定律内容 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式转化为别的形式 或者从一个物体转移到别的物体 在转化或转移的过程中其总量不变 3 能量守恒定律的历史意义 能的转化和守恒定律是分析解决问题的一个极为重要的方法 它比机械能守恒定律更普遍 例如 物体在空中下落受到阻力作用时 物体的机械能不守恒 但包括内能在内的总能量是守恒的 能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一 也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭 三 永动机不可能制成 2 永动机给我们的启示人类利用和改造自然时 必须遵循自然规律 下面让我们来看看几种永动机模型 见识一下人们对永动机的研究情况 能量守恒定律是认识自然 改造自然的有力武器 这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来 使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言 1 第一类永动机概念 不消耗能量的机器 结果 无一例外地归于失败 原因 违背了能量守恒定律 著名科学家达 芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想 他曾设计过一种转轮 如图1所示 在转轮边沿安装一系列的容器 容器中充了一些水银 他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动 但是经过仔细研究之后 得出了否定的结论 他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的 他写道 永恒运动的幻想家们 你们的探索何等徒劳无功 还是去做淘金者吧 图1达 芬奇设想的永动机 滚球永动机17世纪 英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人 他做了一台可以转动的 永动机 如图2所示 转轮直径达4 3米 有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动 使力矩加大 待转到高处时 钢球会自动地滚向中心 据说 他曾向英国国王查理一世表演过这一装置 国王看了很是高兴 就特赦了他 其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的 图2滚球永动机 软臂永动机19世纪有人设计了一种特殊机构 如图3所示 它的臂可以弯曲 臂上有槽 小球沿凹槽滚向伸长的臂端 使力矩增大 转到另一侧 软臂开始弯曲 向轴心靠拢 设计者认为这样可以使机器获得转矩 然而 他没有想到力臂虽然缩短了 阻力却增大了 转轮只能停止在原地 图3软臂永动机 阿基米得螺旋永动机1681年 英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议 利用阿基米得螺旋 图4 把水池的水提到高处 再让升高的水推动水轮机 水轮机除了带动水磨做功以外 还可使阿基米得螺旋转不断提水 如此周而复始 不就可以无需担心天旱水枯了吗 一时间 响应他的人大有人在 形形色色的自动水轮机陆续提出 竟出现了热潮 1 水沟2 阿基米得螺旋3 水轮4 水磨 图4阿基米得螺旋永动机 磁力永动机大约在1570年 意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯 提出用磁石的吸力可以实现永动机 他的设计如图5所示 a是一个磁石 铁球g受磁石吸引可沿斜面滚上去 滚到上端的e处 从小洞b落下 经曲面bfc返回 复又被磁石吸引 铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去 大概他那时还没有建立库仑定律 不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的 只要认真想一想 其荒谬处就一目了然了 图5磁力永动机 如果说永动机的 发明 对人类有点益处的话 那就是人们可以从中吸取教训 一切违背能量转化与守恒定律等自然规律的 创造 都是注定要失败的 亲爱的读者 你们读了这些发明永动机的故事有什么感想 科学规律不容违反 违反了就要碰壁 大家千万不要做那种徒劳无功的事啊 就在一些人热衷于制造永动机的同时 科学家们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的客观规律性 继达 芬奇之后 斯蒂文于1568年写了一本 静力学基础 其中讨论斜面上力的分解问题时 明确地提出了永动机不可能实现的观点 他所用的插图画在该书扉页上 见图6 图的上方写着 神奇其实并不神奇 将14个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链 放在斜面上 他认为链的 运动没有尽头是荒谬的 所以两侧应平衡 右图6为 神奇其实并不神奇 典型例题 如图所示容器 a b中各有一个可以自由移动的活塞 活塞下面是水 上面为大气 大气压恒定 a b间用带有阀门的管道相连 整个装置与外界隔热 a容器的横截面积大于b容器的横截面积 开始时a的液面高于b的液面 开启阀门后 a中的水逐渐流向b 直至两边液面相平 在这个过程中 a 大气压力对水做功 水的内能增加 b 水克服大气压力做功 水的内能减小 c 大气压力对水不做功 水的内能不变 d 大气压力对水不做功 水的内能增加 d 习题精选 1 一定质量的理想气体 如果体积膨胀 同时吸收热量 下列关于该气体内能变化的说法中正确的是 a 如果气体对外做的功大于吸收的热量 气体内能将减少b 如果气体对外做的功小于吸收的热量 气体内能将减少c 如果气体对外做的功等于吸收的热量 气体内能将不变d 如果气体对外做的功等于吸收的热量 气体内能可能改变 a c 2 关于能的转化与守恒定律的下列说法错误的是 a 能量能从一种形式转化为另一种形式的能 但不能从一个物体转移到另一物体b 能量的形式多种多样 它们之间可以相互转化c 一个物体能量增加了 必然伴随着别的物体能量减少d 能的转化与守恒定律证明了第一类永动机是不可能存在的 a 3 一个物体沿粗糙斜面匀速滑下 则下列说法正确的是 a 物体机械能不变 内能也不变b 物体机械能减小 内能不变c 物体机械能减小 内能增大 机械能与内能总量减小d 物体机械能减小 内能增大 机械能与内能总量不变 d 4 质量m 4kg的重锤锻打铁器 铁器质量m 0 6kg 已知重锤打击前的速度为v 10m s 设打击时有60 的机械能转化为内能 其中50 使铁器升温 已知铁的比热c 5 102j kg 求重锤连续打击20次后 铁器温度升高多少 解 重锤打击一次的动能 ek mv2 2 200