热力学第一定律能量的转换与守恒同步课件

1、第第1节热力学第一定律节热力学第一定律第第2节能量的转化与守恒节能量的转化与守恒1应用：应用：会用表达式会用表达式UWQ分析和计算问题分析和计算问题 会用能量转化和守恒的观点分析物理现象会用能量转化和守恒的观点分析物理现象2理解：从能量转化的观点理解热力学第一定律理解：从能量转化的观点理解热力学第一定律3认识：认识：热力学第一定律的内容、公式热力学第一定律的内容、公式 第一类永动机违背能量守恒定律第一类永动机违背能量守恒定律一、热力学第一定律一、热力学第一定律定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传 递的递的_与外界对它所做的与外界对它所

2、做的_的和的和数学表达式：数学表达式：U_二、能量守恒定律二、能量守恒定律大量事实表明，各种形式的能量可以相互转化，并且在大量事实表明，各种形式的能量可以相互转化，并且在 转化过程中总量保持转化过程中总量保持_能量既不能凭空能量既不能凭空_，也不能凭空，也不能凭空_，它只能从一种，它只能从一种 形式形式_成另一种形式，或者从一个物体成另一种形式，或者从一个物体_到别的物到别的物 体，在转化和转移的过程中其总量体，在转化和转移的过程中其总量_能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一热量热量QW不变不变产生产生消失消失转化转化转移转移保持不变保持

3、不变功功三、永动机不可能制成三、永动机不可能制成第一类永动机：第一类永动机：人们把设想的不消耗人们把设想的不消耗_的机器称为第的机器称为第 一类永动机一类永动机第一类永动机由于违背了第一类永动机由于违背了_，所以不可能制，所以不可能制 成成温馨提示温馨提示能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，使能量从一种形式机器，只要对外做功，都要消耗能量，使能量从一种形式转化为另一种形式，不消耗能量，却可以源源不断地对外转化为另一种形式，不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器做功的机器(第一类永动机第一类永动机)

4、是不可能制成的是不可能制成的能量能量能量守恒定律能量守恒定律(1)对对UWQ的理解：做功和热传递都可以改变内能，的理解：做功和热传递都可以改变内能，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体所做的功对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量加上物体从外界吸收的热量Q等于物体等于物体内能的增加内能的增加U，即，即UQW.(2)对对U，Q，W符号的规定符号的规定功功W：外界对系统做功，：外界对系统做功，W0，即，即W为正值为正值系统对外界做功，系统对外界做功，W0；系统放热为负：系统放热为负：Q0，即，即U为正值为正值系统内能减少，系统

5、内能减少，U0，即，即U为负值为负值比较项目比较项目做功做功热传递热传递内能变化内能变化外界对物体做功，物体外界对物体做功，物体的内能增加的内能增加物体对外界做功，物体物体对外界做功，物体的内能减少的内能减少物体吸收热量，内能物体吸收热量，内能增加增加物体放出热量，内能物体放出热量，内能减少减少物理实质物理实质其他形式的能与内能之其他形式的能与内能之间的转化间的转化不同物体间或同一物不同物体间或同一物体不同部分之间内能体不同部分之间内能的转移的转移相互联系相互联系做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的效果上是相同的改变内能的两种方式比较改

6、变内能的两种方式比较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，若物体体积增大，表明物体对外界做功，W0.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，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化

7、学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能判断是否做功的方法判断是否做功的方法二、能量守恒定律的理解二、能量守恒定律的理解能量的存在形式及相互转化能量的存在形式及相互转化与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体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，必须是只有弹力或重力做功；而能量守恒定的机械能守恒，必须是只有弹力或重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律(1)找到了各种自然现象的公共量度找到了各种自然现象的公共量度能

8、量，从而把各种自能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性一性(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世

9、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具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想能量守恒定律的重要意义能量守恒定律的重要意义如果没有外界热源供给热量，则有如果没有外界热源供给热量，则有U2U1W，就是说，如果，就是说，如果系统内能减少，即系统内能减少，即U2U1，则，则W0故温度升高，选故温度升高，选A.答案答案A图图51、21 如图如图51、22所示，一个小铁块沿半所示，一个小铁块沿半径为径为R0.2 m的半球内壁自上端由静止下的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为滑，当滑至半球底部时，速度为1 m/s，设，设此过程中损失的机械

10、能全部变为内能，并有此过程中损失的机械能全部变为内能，并有40%被铁块吸收已知铁的比热容被铁块吸收已知铁的比热容c0.46103 J/(kg)，重力加速度，重力加速度g取取10 m/s2.求铁块升高的温度求铁块升高的温度【例例2】能量守恒定律的理解和应用能量守恒定律的理解和应用图图51、22答案答案1.3103 借题发挥做功可以实现不同形式的能量之间相互转化，借题发挥做功可以实现不同形式的能量之间相互转化，热传递可以实现内能的转移，在转化或转移的过程中能量热传递可以实现内能的转移，在转化或转移的过程中能量的总和保持不变的总和保持不变 如图如图51、23所示，所示，A、B是两个完全相同的铁是两个

11、完全相同的铁球，球，A放在绝热板上，放在绝热板上，B用绝热绳悬挂，现只让它们吸收用绝热绳悬挂，现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为为QA、QB，则，则 ()【变式变式2】图图5-1、2-3AQAQB BQAQB D无法确定无法确定QA、QB的大小的大小解析解析由热胀冷缩可知，由热胀冷缩可知，A、B两球体积增加，所以两球体积增加，所以A球重球重心升高，克服重力做功，而心升高，克服重力做功，而B球重心降低，重力做正功，球重心降低，重力做正功，A、B两球升高相同的温度，内能的增加相同，即两球升高相同的温度，内能的增加相同

12、，即U相相同，由热力学第一定律可知：同，由热力学第一定律可知：QAUWA；QBUWB，故，故QAQB.答案答案C 如图如图51、24所示，所示，A、B两点两点表示一定质量的某种理想气体的两个表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体自状态状态，当气体自状态A变化到状态变化到状态B时时()A体积必然变大体积必然变大B有可能经过体积减小的过程有可能经过体积减小的过程C外界必然对气体做正功外界必然对气体做正功D气体必然从外界吸热气体必然从外界吸热【例例3】能的转化与守恒的综合应用能的转化与守恒的综合应用图图5-1、2-4解析本题是气体状态变化、图象与热力学第一定律结合解析本题是气体状态变化、图象与

13、热力学第一定律结合的综合分析题，连接的综合分析题，连接OA、OB得到两条等容线，故有得到两条等容线，故有VBVA，所以，所以A正确；由于没有限制自状态正确；由于没有限制自状态A变化到状态变化到状态B的过程，所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到的过程，所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到B状态，故状态，故B正确；因为气体体积增大，所以是气体对外做正确；因为气体体积增大，所以是气体对外做功，功，C错误，因为气体对外界做功，而气体的温度又升错误，因为气体对外界做功，而气体的温度又升高，内能增大，由热力学第一定律知气体一定从外界吸高，内能增大，由热力学第一定律知气体一定从外界吸热，热，D正确正

14、确答案答案ABD 一定质量的理想气体的状态变化一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图过程表示在如图51、25所示的所示的pV图上，气体先由图上，气体先由a状态沿双曲线经等状态沿双曲线经等温过程变化到温过程变化到b状态，再沿与横轴平行状态，再沿与横轴平行的直线变化到的直线变化到c状态，状态，a、c两点位于与两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是的是 ()【变式变式3】A由由a状态至状态至b状态过程中，气体放出热量，内能不变状态过程中，气体放出热量，内能不变B由由b状态至状态至c状态过程中，气体对外做功，内能增加，平状态过程中，气体对外做功，内能增加，平

15、 均每个气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变均每个气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变图图5-1、2-5解析解析由由a到到b的过程是等温过程，所以内能不发生变化，的过程是等温过程，所以内能不发生变化，气体体积减小，所以外界对气体做功，气体放出热量；由气体体积减小，所以外界对气体做功，气体放出热量；由b到到c的过程中，是等压变化，体积增大，温度升高，内能的过程中，是等压变化，体积增大，温度升高，内能增加，而体积增大，所以气体对外界做功，应该吸收热增加，而体积增大，所以气体对外界做功，应该吸收热量，因为压强不变，但是气体分子热运动变得剧烈，故分量，因为压强不变，但是气体分子热运动变得剧烈，

16、故分子在单位时间内与器壁的碰撞次数改变子在单位时间内与器壁的碰撞次数改变答案答案ADCc状态与状态与a状态相比，状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平状态分子平均距离较大，分子平 均动能较大均动能较大Db状态与状态与a状态相比，状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平状态分子平均距离较小，分子平 均动能相等均动能相等(2011山东烟台山东烟台)关于内能的变化，以下说法正确的是关于内能的变化，以下说法正确的是()A物体吸收热量，内能一定增大物体吸收热量，内能一定增大B物体对外做功，内能一定减少物体对外做功，内能一定减少C物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变物体吸收热量，同时对外做功，内能可

17、能不变D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变热力学第一定律的理解和应用热力学第一定律的理解和应用1解析解析根据热力学第一定律，根据热力学第一定律，UWQ，物体内能的变，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能也不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可也不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，能不变或减少，A错，物体对外做功，还有可能吸收热错，物体对外做功，还有可能吸收热量、内能可能不变或增大，量、内能可能不变或增大，B错、错、C正确；放出热量，同正确

18、；放出热量，同时对外做功，内能一定减少，时对外做功，内能一定减少，D错误错误答案答案C若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了过程中，对外界做了0.6 J的功，则此过程中气泡的功，则此过程中气泡_(填填“吸收吸收”或或“放出放出”)的热量是的热量是_J，气泡到达湖面后，温度上，气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了升的过程中，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了的功，同时吸收了0.3 J的热的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了量，则此过程中，气泡内气体内能增加了_J.解析解析将气体视为理想气体时，其内能只与温度有关，气泡将气体视为理想气体时，其内能只与温度有关，气泡上升过程中温度不变，上升过程中温度不变，U0，对外做功，对外做功，W0.6 J，由，由UQW有有QUW0.6 J0，即需从外界吸收，即需从外界吸收0.6 J的的热量，气泡到达湖面后，由热量，气泡到达湖面后，由UQW得，得，U(0.30.1) J0.2 J.答案答案吸收吸收0.60.22自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()A机械能守恒机械能守恒B能量正在消失能量正在消失C只有动能和重力势