热力学第一定律能量守恒定律.ppt

第3节热力学第一定律能量守恒定律 知识回顾 问 既然做功和热传递都可以改变物体的内能 那么 功 热量跟内能的改变之间一定有某种联系 我们就来研究这个问题 问 改变物体内能的方式有哪些 做功 热传递 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 一 热力学第一定律 一个物体 它既没有吸收热量也没有放出热量 那么 如果外界做的功为 则它的内能如何变化 变化了多少 如果物体对外界做的功为 则它的内能如何变化 变化了多少 1 内容 一个物体 如果外界既没有对物体做功 物体也没有对外界做功 那么 如果物体吸收热量 它的内能如何变化 变化了多少 如果放出热量 它的内能如何变化 变化了多少 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 U W Q 该式表示的是内能的变化量跟功 热量的定量关系 在物理学中叫做热力学第一定律 U物体内能的增加量 W外界对物体做的功 Q物体吸收的热量 返回 1 内容 2 定律中各量的正 负号及含义 返回 外界对物体做功 物体对外界做功 物体吸收热量 物体放出热量 内能增加 内能减少 热力学第一定律与气体实验定律 一定质量某种理想气体的内能只由温度决定热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的表现 应用 U W Q时注意符号法则四个理想热学过程的比较 四个理想热学过程 增大 减小 不变 不变 放热 增大 不变 升高 增加 0 吸热 减小 不变 降低 减少 放热 0 减小 增大 升高 增加 例题 1 某物体在对外做功为75J的同时 从外界吸收的热量为50J 则在此过程中物体的内能 填增加或减少 J 分析 根据热力学第一定律 U W Q 知 U 75J 50J 25J式中负号说明内能减少了 答案 减少 25 例题2 一定量的气体从外界吸收了2 6 105J的热量 内能增加了4 2 105J 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 U Q 4 2 105J 2 6 105J 1 6 105JW为正值 外界对气体做功 做了1 6 105J的功 如果气体吸收的热量仍为2 6 105J不变 但是内能只增加了1 6 105J 这一过程做功情况怎样 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 练习1 D 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 练习2 D 练习3 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 例题4 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 A Q1 Q2 W2 W1B Q1 Q2C W1 W2D Q1 Q2 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 Q1 Q2 W2 W1 A 二 关于能量守恒定律的探索 阅读能量守恒定律这一框题并回答一下问题 1 历史上有哪些科学家曾经在这一方面做过探索2 这些科学家都在哪些方面做出了贡献3 能量守恒定律的具体内容及其意义4 恩格斯把 和列为19世纪三大发现 盖斯 GormainHenriHessl802 1850 盖斯 俄国化学家盖斯定律化学反应中的能量守恒能量守恒定律的先驱 热力学第一定律的奠基人 迈尔 德国人1841 1842年论 自然力 守恒热功当量值 3 57J Cal第一个提出能量守恒思想的人 迈尔 RobertMayer 1814 1878 焦耳 英国人热功当量4 18J Cal1956年国际计量大会规定热功当量 4 1868J Cal为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础 焦耳 Joule 1818 1889 亥姆霍兹 德国科学家提出势能和动能的转换 依据 永动机不可能制成 亥姆霍兹 Helholtz 1821 1894 能量守恒与转换定律的表述 自然界一切物质都具有能量 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 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 在转化和转移的过程中 能量的总量保持不变 对能量守恒定律的理解 2 当发生能量从一种形式转化为另一种形式时 是通过 实现的 这种转化意味着物质运动可由一种形式转化成其他形式 做功 1 每一种物质运动形式对应一种能量 大量事实证明 任何形式的能转化为别种形式的能时 总的能量都是守恒的 在物质运动形式不变时 能量只从物体间发转移 能的形式不会改变 3 以焦耳的实验为基础的热力学第一定律 实际上就是内能与其它能量发生转化时的能量守恒定律 能量守恒定律发现的意义 1 在20世纪30年代初 W 泡利和E 费米根据能量守恒定律预言了中微子的存在并在后来得到证实 2 他把原来人们认为互不相关的各种现象 力学的 热学的 电磁学的 光学的 化学的 生物的 地学的 联系在一起 把表面上完全不同的各类运动统一在一个自然规律中 这样 他就是不同领域的科学工作者有了一系列的共同语言 现在 能量守恒定律仍是我们研究自然科学的强有力的武器 3 能量转化和守恒定律的发现是科学史上的重大事件 恩格斯把它与细胞学说 生物进化论一起列为19世纪的三大发现 三 关于永动机的研究 阅读 永动机是不可能制成这一框题回答以下问题 1 什么是第一类永动机 2 为什么第一类永动机不可能制成 永动机不可能制成 历史上有不少人希望设计一种机器 这种机器不消耗任何能量 却可以源源不断地对外做功 这种机器被称为永动机 又叫第一类永动机 第一类永动机的一种设计方案见课本P56 能量守恒的另一种表述 第一类永动机是不可能制成的 历史上的永动机模型 奥恩库尔的永动机模型 据说 13世纪有一个法国人叫奥恩库尔的 他在一个轮子的边缘上等间隔地安装了12根可活动的锤杆 他设想一旦轮子被启动 由于轮子右边的各个重锤距轮轴更远些 就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去 骗人的永动机 历史上的永动机模型 滚珠永动机 滚珠永动机是利用格板的特殊形状 使一边重球滚到比另一边的距离轮心远些的地方 设计者本以为在两边重球的作用下会使轮子失去平衡而转动不息 但试验的结果却是否定的 历史上的永动机模型 软臂永动机 软臂永动机的臂可以弯曲 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 力却增大了 转轮只能停止在原地 历史上的永动机模型 阿基米德螺旋永动机 把水从蓄水池里汲到上面的水槽里 让它冲击水轮使之转动 轮子在带动水磨的同时 又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去 这样 整台机械就可以永不停息地运转下去 这样的设计当然也必然以失败告终 因为即使没有摩擦力 从水槽中流下的水的冲力 也不足以既带动水磨工作 又带动汲水器把全部流下的水重新汲回到原来的高度 历史上的永动机模型 1570年 意大利的泰斯尼尔斯 提出用磁石的吸力可以实现永动机 A是一个磁石 铁球G受磁石吸引可沿斜面滚下去 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 磁力型永动机 1 在 U Q W中关于 U W Q各个物理量的正 负 下列说法中正确的是 A 外界对物体做功时W为正 吸热时Q为负 内能增加时 U为正B 物体对外界做功时W为负 吸