热力学第一定律_能量守恒定律

1、淮中物理组淮中物理组 杨萍杨萍 2009-02-102009-02-10学习目标：学习目标：1 1、知道改变物体内能的两种方式、知道改变物体内能的两种方式2 2、知道热力学第一定律及其表达式。、知道热力学第一定律及其表达式。3 3、理解能量守恒定律，并知道第一类永、理解能量守恒定律，并知道第一类永动机不可能制成。动机不可能制成。4 4、会运用能量转化与守恒的观点解释有、会运用能量转化与守恒的观点解释有关现象，解决实际问题。关现象，解决实际问题。学习重点学习重点：学习难点学习难点：1 1、两种改变物体内能的方式、两种改变物体内能的方式2 2、能量守恒定律。能量守恒定律。3 3、从能量转化的观点理

2、解热力学第一定律，会用、从能量转化的观点理解热力学第一定律，会用U = Q + WU = Q + W分析和计算有关问题。分析和计算有关问题。 1 1、如、如何用能量转化和守恒的观点分析何用能量转化和守恒的观点分析物理现象物理现象；2 2、热力学第一定律、热力学第一定律U = Q + WU = Q + W中各中各物理量的意义及正负号的确定。物理量的意义及正负号的确定。 在有机玻璃筒在有机玻璃筒底放置少量的底放置少量的易燃物易燃物,例如蓬例如蓬松的棉花松的棉花,迅速迅速压下筒中的活压下筒中的活塞塞,观察筒底物观察筒底物品的变化。品的变化。演示实验演示实验功和内能功和内能这个实验说明了什么？这个实验

3、说明了什么？做功使得玻璃筒内气体温度升高了，做功使得玻璃筒内气体温度升高了，也就是说气体的内能发生了变化。也就是说气体的内能发生了变化。功和内能功和内能焦耳通过实验，对这个现象做了定量焦耳通过实验，对这个现象做了定量的研究和分析。的研究和分析。功和内能功和内能实验一：对系统做机械功实验一：对系统做机械功 重物下落带动轮叶旋转，重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对通过搅拌对绝热容器绝热容器内的内的液体做功，使液体升温，液体做功，使液体升温，即状态发生变化。即状态发生变化。实验表明：实验表明：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同，即系统状态的变化

4、是相同的。相同，即系统状态的变化是相同的。功和内能功和内能实验二：对系统做电功实验二：对系统做电功 电流通过电热丝使电流通过电热丝使绝热容器绝热容器内的液体温内的液体温度升高。度升高。实验表明：实验表明：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。功和内能功和内能 在各种不同的在各种不同的绝热过程绝热过程中，如果使系统从状中，如果使系统从状态态1变为状态变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。，所需外界做功的数量是相同的。解释：解释：在各种不同的绝热过程中

5、，要使系统状态在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，与做功方式无关。与做功方式无关。功和内能功和内能 回顾哪些力做功仅由物体的起点和回顾哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定与物体的运动路径终点两个位置决定与物体的运动路径无关？无关？功和内能功和内能 1、任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统、任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个外界在绝热过程中对系统所

6、做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。物理量称为系统的内能。思考：思考：在第七章中我们曾经学习过内能的概念是什么呢？在第七章中我们曾经学习过内能的概念是什么呢？当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关系？系？功和内能功和内能2、当系统从状态、当系统从状态1经过绝热过程达到状态经过绝热过程达到状态2时，时，内能的增加量内能的增加量U=U2-U1就等于外界对系统所做就等于外界对系统所做的功的功W，即，即U=W。拓展思考：拓展思考：在绝热过程中，外界对系统做功，在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？若系系统的

7、内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界做功呢？统对外界做功呢？功和内能功和内能3、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。2、发生条件：、发生条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温物体之间或物体的不同部分之间存在温度差。度差。1、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说热量从高温物体传温，温度低的物体要升温，我们说热量从高温物体传到了低温物体。这样的过程叫做热传递。到了低温物体。这样的过程叫做热传递。热和内能热和内能回顾：热传递回顾：热传递 1、热量是在单纯的传热

8、过程中系统内能变化的量度。当系统、热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统从状态从状态1经过单纯的传热达到状态经过单纯的传热达到状态2，内能的增量，内能的增量U=U2-U1就等就等于外界向系统传递的热量于外界向系统传递的热量Q，即，即U=Q。 2、像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有、像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了意义。所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。多少热量。 外界没有对系统（水）做功，只对外界没有对系统（水）做功，只对系统传热，同样能改变系统的状态。系统传热，同样

9、能改变系统的状态。拓展思考拓展思考：在单纯传热过程中，系统从外界吸热，系统的内能怎在单纯传热过程中，系统从外界吸热，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界放热呢？么变？数量上有什么关系？若系统对外界放热呢？热和内能热和内能1 1、物体从外界吸热，物体内能增加。、物体从外界吸热，物体内能增加。2 2、物体对外界放热，物体内能减少。、物体对外界放热，物体内能减少。热和内能热和内能改变系统内能的两种方式做功热传递对内对内对外对外吸热吸热放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）（3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的思

10、考：做功和热传递的联系和区别（1）做功改变内能：实质上是其它形式的能和内能之间的转化（2）热传递：实质上是各物体间内能的转移 1.内能内能是一个状态量状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能2内能与热量的区别 2.热量热量是一个过程量过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。 3.如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能1. 1.一个物体，它既没有吸收热量也没有一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：放出热量，那么：如果外界做的功为，则它的内能如果外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了多少？如何变化？变化了多少？如果物体对外界做的功为，则它如果物体

11、对外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了多少？的内能如何变化？变化了多少？问题研究问题研究1. 1.一个物体，如果它既没有一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的体对外界做多少功，它的内能就减少多少内能就减少多少. . 2.一个物体，如果外界既没有对物体一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：做功，物体也没有对外界做功，那么：如果物体吸收热量，它的内能如如果物体吸收热量，它的内能如何变化？变化了多少？何变化？变化了多少？ 如果

12、放出热量，它的内能如何变如果放出热量，它的内能如何变化？变化了多少？化？变化了多少？2.2.如果外界既没有对物体做如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少它的内能就减少多少. .3.如果物体在跟外界同时发如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，生做功和热传递的过程中，内能的变化内能的变化U与热量及与热量及做的功之间又有什么关系做的功之间又有什么关系呢？呢？ U = Q + WU = Q + WU U 物体内能的

13、增加量物体内能的增加量 W W 外界对物体做的功外界对物体做的功 Q Q 物体吸收的热量物体吸收的热量 一一.热力学第一定律：热力学第一定律：1、内容：、内容：一个热力学系统的内能增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量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和它所做的功的和2、表达式：、表达式：U Q + W3.符号规定：符号规定：U Q + WUQW+-增加量增加量减小量减小量对内做功对内做功对外做功对外做功吸热吸热放热放热(10-3)1.在一个标准大气压下，水在沸腾时，在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g水由液水由液态变成同温度的气态，其体积由态变成同温度的气态，其体

14、积由1.043cm3变为变为1676cm3。已知水的汽化热为已知水的汽化热为2263.8J/g。求：。求：(1)体积膨胀时气体对外界作的功体积膨胀时气体对外界作的功W；(2)气体吸收的热量气体吸收的热量Q；(3)气体增加的内能气体增加的内能U。(1)169.7J，(2)2263.8J，(3)2094.1J如何求对外做的功？如何求对外做的功？什么是汽化热？什么是汽化热？汽化热和哪些因素有关？汽化热和哪些因素有关？巩固练习巩固练习1：思考思考(10-3)2. 如图所示的容器，如图所示的容器，A、B中各有一个可自由移中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水上面是大气、大气压恒定，动的活塞，活塞下面是

15、水上面是大气、大气压恒定，A、B间带有阀门间带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，的管道相连，整个装置与外界绝热，开始时开始时A的水面比的水面比B高，开启高，开启K，A中的水逐渐向中的水逐渐向B中中流，最后达到平衡，在这个过程中流，最后达到平衡，在这个过程中 （ ）A.大气压力对水作功，水的内能增加大气压力对水作功，水的内能增加B.水克服大气压力作功，水的内能减少水克服大气压力作功，水的内能减少C.大气压力对水不作功，水的内能不变大气压力对水不作功，水的内能不变D.大气压力对水不作功，水的内能增加大气压力对水不作功，水的内能增加1.自然界中存在不同形式的能自然界中存在不同形式的能动能动能重

16、力势能重力势能弹性势能弹性势能电能电能内能内能.动能动能重力势能重力势能弹性势能弹性势能电能电能内能内能.2.不同形式的能之间可以发相互转化不同形式的能之间可以发相互转化由特定的力做多少功来量度有多少能发生了转化由特定的力做多少功来量度有多少能发生了转化二二.能量守恒定律能量守恒定律3.能量守恒定律：能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式失，它只能从一种形式转化转化为另一种为另一种形式，或者从一个物体形式，或者从一个物体转移转移到别的物到别的物体，在转化或转移的过程中其总量保体，在转化或转移的过程中其总量保持不变持不变.物理史问题：物

17、理史问题：能量守恒定律的发现？能量守恒定律的发现？ 请阅读课本请阅读课本P56（1）是一个普遍适用的定律）是一个普遍适用的定律4.能量守恒定律的重要性能量守恒定律的重要性比机械能守恒定律应用更广比机械能守恒定律应用更广（2）将各种现象联系在一起）将各种现象联系在一起力学、热学、电学、光学、化学、生物学力学、热学、电学、光学、化学、生物学.（3）指导着人们的生产、科研）指导着人们的生产、科研泡利和费米利用能量守恒预言了中微子的存在泡利和费米利用能量守恒预言了中微子的存在（4）19世纪自然科学三大发现之一世纪自然科学三大发现之一细胞学说；生物进化论细胞学说；生物进化论宣告了第一类永动机造不成宣告了

18、第一类永动机造不成热力学第一定律是只研究内能与其它形式的能发热力学第一定律是只研究内能与其它形式的能发生转化时的能量守恒关系生转化时的能量守恒关系.（5）.与热力学第一定律的关系与热力学第一定律的关系制造永动机的千万次努制造永动机的千万次努力都以失败而告终力都以失败而告终不需要动力或燃料，却能源源不断对外做功的机器不需要动力或燃料，却能源源不断对外做功的机器1.第一类永动机第一类永动机2.第一类永动机不可能制成第一类永动机不可能制成违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律三三.永动机不可能制成永动机不可能制成学习了这一节后你有问题提出吗？学习了这一节后你有问题提出吗？对研究制作永动机的看法？对研究制作永动机的看法？(10-3)3. 一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，未从木块中穿出对于这一过程，水平面上的木块，未从木块中穿出对于这一过程