物理（教科版选修3-3）课件第4章12能量守恒定律的发现热力学第一定律

第四章能量守恒与热力学定律1能量守恒定律的发现2热力学第一定律1．理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析解决有关问题．理解第一类永动机是不可能制成的原因．2．理解物体跟外界做功和热传递的过程及W、Q、ΔU的物理定义．3．理解热力学第一定律，并能运用热力学第一定律分析和计算有关问题．一、能量守恒定律1．大量事实证明：各种形式的能可以相互转化，并且在转化过程中总量________．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，在转化或转移的过程中其总量____________．不变产生消失转化转移保持不变3．定律表明：(1)各种形式的能可以互相________．(2)各种互不相关的物理现象可以用____________________联系在一起．转化能量转化和守恒定律二、热力学第一定律1．功和热：改变系统的内能，________和__________这两种方法是等效的，即一定数量的功与________________相对应．2．内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的________与外界对它所做的________的和．3．表达式：________________．做功热传递确定数量的热热量功ΔU＝Q＋W

(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中包含的相同物理过程是(

)A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能转化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为内能探究一能量守恒定律的应用解析：这四个现象中，物体运动过程都受到阻力，汽车主要是制动阻力，流星坠落和降落伞降落受到空气阻力，条形磁铁下落过程受到磁场阻力，因而物体克服阻力做功，A选项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化为内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为内能或其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能，D选项正确．答案：AD

1.一颗子弹以某一水平速度击中静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出，对于这一过程，下列说法中正确的是(

)A．子弹减小的机械能等于木块增加的机械能B．子弹减少的能量等于木块增加的能量C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和解析：子弹射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失．A选项漏考虑系统增加的内能，C选项应考虑的是系统(子弹、木块)内能的增加．答案：D1．热力学第一定律中ΔU、Q、W的符号如何规定的？提示：对公式ΔU、Q、W符号的规定探究二热力学第一定律的应用符号WQΔU正号外界对物体做功物体吸收热量内能增加负号物体对外界做功物体放出热量内能减少2．几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，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＝ΔU，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ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．

(多选)如图所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度相同的氢气和氧气分别充入容器的两部分(氢气和氧气都可看做是理想气体)，然后提起销子S，使活塞可以无摩擦地滑动．当活塞平衡时，下面说法正确的是(

)A．氢气的温度升高 B．氢气的压强减小C．氧气的内能增大 D．氢气的体积减小解析：氢气和氧气的质量虽然相同，但由于氢气的摩尔质量小，故氢气物质的量多，又体积和温度相同，所以氢气产生的压强大．当拔掉销子后，由于氢气物质的量多，压强大，会推动活塞向氧气一方移动，这时氢气对外做功，又无热传递，由ΔU＝W＋Q可知，氢气内能减少，温度降低．对氧气而言，外界对它做功，体积减小，由ΔU＝W＋Q可知，无热传递的情况下，氧气内能增加，温度升高．答案：BC

绝热容器是指与外界不发生热交换的容器；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度升高，内能增加，温度降低，内能减少．

2.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，若不计气泡内空气分子势能的变化，则(

)A．气泡对外做功，内能不变，同时放热B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热C．气泡内能减少，同时放热D．气泡内能不变，不吸热也不放热解析：在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，故气泡中空气分子的内能减小，温度降低．但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故须从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功．答案：B

如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为20cm，人用竖直向下的力F压活塞，使空气柱长度变为原来的一半，人对活塞做功10J，大气压强为p0＝1×105Pa，不计活塞的重力．问：(1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？探究三热力学第一定律与气体状态方程的综合应用(2)若以适当的速度压缩气体，此过程气体向外散失的热量为2J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1cm2)解析：(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，L0＝20cm，L＝10cm，V0＝L0S，V＝LS．缓慢压缩，气体温度不变，由玻意耳定律：p0V0＝pV解得p＝2×105Pa(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，L0＝20cm，L＝10cm，V0＝L0S，V＝LS．缓慢压缩，气体温度不变，由玻意耳定律：p0V0＝pV解得p＝2×105Pa(2)大气压力对活塞做功W1＝p0S

(L0－L)＝1J，人做功W2＝10J，由热力学第一定律得ΔU＝W1＋W2＋Q将Q＝－2J代入，解得ΔU＝9J答案：(1)2×105Pa

(2)9J

(1)根据W＝p·ΔV确定做功情况(2)明确公式ΔU＝W＋Q中各量的符号法则

3.一个水平放置的气缸，由两个截面积不同的圆筒连接而成．活塞A、B用一长为4L的刚性细杆连接，L＝0.5m，它们可以在筒内无摩擦地左右滑动．A、B的截面积分别为SA＝40cm2，SB＝20cm2，A、B之间封闭着一定质量的理想气体，两活塞外侧(A的左方和B的右方)是压强为P0＝1.0×105Pa的大气．当气缸内气体温度为T1＝525K时两活塞静止于如图所示的位置．(1)现使气缸内气体的温度缓慢下降，当温度降为多少时活塞A恰好移到两圆筒连接处？(2)若在此变化过程中气体共向外放热500J，求气体的内能变化了多少？(2)活塞向右移动过程中，外界对气体做功W＝p0·3L(SA－SB)＝1×105×3×0.5×(4×10－3－2×10－3)J＝300J由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝300J－500J＝－200J即气体的内能减少200J．答案：(1)300K

(2)减少200J1．对能量守恒定律的理解(1)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．(2)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．2．热力学第一定律(1)对ΔU＝W＋Q的理解：热力学第一定律是对单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表达，推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递