高中物理 第10章 第3節(jié) 熱力學第一定律 能量守恒定律課件 新人教版選修3-3.ppt

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成才之路 物理,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-3,熱力學定律,第十章,第三節(jié) 熱力學第一定律 能量守恒定律,第十章,圖中左邊為風力發(fā)電機，發(fā)出的電供給右邊的電風扇，電風扇把風吹到發(fā)電機上發(fā)電，循環(huán)往復，不需要消耗其他能量風扇就可以一直工作下去。 在能源短缺的現在， 這是多么美好的愿望?。⊥瑢W們，這種愿望能實現嗎？,,熱力學第一定律,1．改變內能的兩種方式 ________和________。 2．熱力學第一定律 (1)內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的________與外界對它所做的________的和。 (2)表達式：________________,做功,熱傳遞,熱量,功,ΔU＝Q＋W,能量守恒定律,1．能量守恒定律內容 能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式________為另一種形式，或者從一個物體________到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量________。 2．意義 (1)各種形式的能可以________。 (2)__________的物理現象可以用___________________聯系在一起。,轉化,轉移,保持不變,相互轉化,互不相關,能量轉化和守恒定律,1．第一類永動機 不需要任何動力或燃料，卻能不斷地________的機器。 2．第一類永動機不可能制成的原因 違背了________定律。,永動機不可能制成,對外做功,能量守恒,一、對熱力學第一定律的理解 1．對ΔU＝W＋Q的理解 熱力學第一定律將單純的絕熱過程和單純的熱傳遞過程中內能改變的定量表述推廣到一般情況，既有做功又有熱傳遞的過程，其中ΔU表示內能改變的數量，W表示做功的數量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量。,2．與熱力學第一定律相匹配的符號法則,一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8104J的功，氣體的內能減少了1.2105J，則下列各式中正確的是( ) A．W＝8104J，ΔU＝1.2105J，Q＝4104J B．W＝8104J，ΔU＝－1.2105J，Q＝－2105J C．W＝－8104J，ΔU＝1.2105J，Q＝2105J D．W＝－8104J，ΔU＝－1.2105J，Q＝－4104J 答案：B,解析：因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8104J，內能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2105J，根據ΔU＝Q＋W，可得Q＝ΔU－W＝－1.2105J－8104J＝－2105J，B正確。,二、對能量守恒定律的理解 1．能量的存在形式及相互轉化 各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有諸如電磁能、化學能、原子能等。 各種形式的能，通過做功可以相互轉化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉化為內能；煤燃燒，化學能轉化為內能；列車剎車后，輪子溫度升高，機械能轉化為內能 2．守恒條件 與某種運動形式對應的能是否守恒是有條件的，例如，物體的機械能守恒，必須是只有重力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它是一切自然界現象都遵守的基本規(guī)律。,3．能量守恒定律的重要意義 (1)找到了各種自然現象的公共量度——能量，從而把各種自然現象用能量規(guī)律聯系起來，揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。 (2)突破了人們關于物質運動的機械觀念的范圍，從本質上表明了各種運動形式之間相互轉化的可能性。能量守恒定律比機械能守恒定律更普遍，它是物理學中解決問題的重要思維方法。能量守恒定律與電子的發(fā)現、達爾文的進化論并稱19世紀自然科學中三大發(fā)現，其重要意義由此可見。 (3)具有重大實踐意義，即徹底粉碎了永動機的幻想。,三、永動機不可能制成 1．第一類永動機 人們把設想中的不消耗能量的機械叫做第一類永動機，第一類永動機是不可能制成的。 2．第一類永動機失敗的原因分析 如果沒有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統(tǒng)內能減少，即U2U1，則W0，系統(tǒng)對外做功是要以內能減少為代價的，若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下，是不可能的。,特別提醒： 層出不窮的永動機設計方案，由于違背了能量守恒定律，無一例外地宣布失敗，人類制造永動機的企圖是沒有任何成功希望的。,有一種所謂“全自動”機械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去。這是不是一種永動機？如果不是，你知道維持表針走動的能量是從哪兒來的嗎？ 答案：不是永動機，手表戴在手上，手運動的能量一部分轉化為手表的能量。,,一定質量的氣體從外界吸收了4.2105J的熱量，同時氣體對外做了6105J的功，問： (1)物體的內能是增加還是減少？變化量是多少？ (2)分子勢能是增加還是減少？ (3)分子的平均動能是增加還是減少？,熱力學第一定律的應用,解析：(1)氣體從外界吸熱為Q＝4.2105J 氣體對外做功W＝－6105J 由熱力學第一定律 ΔU＝W＋Q＝(－6105J)＋(4.2105J)＝－1.8105J ΔU為負，說明氣體的內能減少了。 所以，氣體內能減少了1.8105J。,(2)因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負功，氣體分子勢能增加了。 (3)因為氣體內能減少，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能一定減少了。 答案：(1)減少 1.8105J (2)增加 (3)減少,氣體膨脹對外做功100J，同時從外界吸收了120J的熱量，它的內能的變化可能是( ) A．減小20J B．增大20J C．減小220J D．增大220J 答案：B 解析：研究對象為氣體。依符號規(guī)則，對外做功W＝－100J，吸收熱量Q＝120J。由熱力學第一定律有 ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J。 ΔU0，說明氣體的內能增加。,如圖所示，一個半徑為R0＝0.3m的半球狀容器，一小鐵塊由邊緣的A點從靜止開始沿內壁下滑，當滑到容器底部B點時，容器內壁所受壓力為小鐵塊自重的1.25倍，在它下滑的過程中熱量的80%被鐵塊吸收，那么鐵塊溫度升高多少攝氏度？鐵的比熱容是462J/(kg℃)，g取10m/s2。,能量守恒定律,,如圖所示，一木箱靜止于水平面上，現在用一個80 N的水平推力推動木箱前進10 m，木箱受到的摩擦力為60 N，則轉化為木箱與地面系統(tǒng)的內能U和轉化為木箱的動能Ek分別是( ) A．U＝200 J，Ek＝600 J B．U＝600 J，Ek＝200 J C．U＝600 J，Ek＝800 J D．U＝800 J，Ek＝200 J,,答案：B 解析：由于木箱在推動中受到的滑動摩擦力與其相對位移的乘積為物體的內能即U＝6010 J＝600 J。由能量守恒定律可得：Ek＝W總－U＝8010 J－600 J＝200 J，故B正確。,如下圖所示，一演示用的“永動機”轉輪由5根輕桿和轉軸構成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉輪轉動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復，轉輪因此能較長時間轉動。下列說法正確的是( ),關于第一類永動機問題,,A．轉輪依靠自身慣性轉動，不需要消耗外界能量 B．轉輪轉動所需能量來自形狀記憶合金自身 C．轉動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高 D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量 解析：形狀記憶合金進入水后受熱形狀發(fā)生改變而攪動熱水，由能量守恒知能量來源于熱水，故A、B、C錯；由能量守恒知，葉片吸收的能量一部分轉化成葉片的動能，一部分釋放于空氣中，故D對。 答案：D,至今為止，第一類永動機從來沒有成功過，其原因是( ) A．機械制造的技術沒有過關 B．違反了牛頓運動定律 C．違反了電荷守恒定律 D．違反了能量守恒定律 答案：D 解析：第一類永動機不可能制成的原因是違背了能的轉化和守恒定律。,易錯點：對熱力學第一定律理解不透導致錯誤 案例：下列關于內能的說法正確的是( ) A．物體吸收熱量，內能一定增加 B．物體放出熱量，內能一定減少 C．當做功和熱傳遞同時存在時，物體的內能可能不變 D．物體對外做功，內能可能增加 易錯分析：易錯選項及錯誤原因具體分析如下：,正確解答：物體吸熱熱量的同時，物體有可能對外做功，所以內能不一定增加，A錯；物體放出熱量的同時，有可能外界對物體做功，所以內能不一定減少，B錯；當物體從外界吸收的熱量與外界對物體做的功正好相等時，物體內能不變，C正確；當物體對外界做功，同時吸收熱量，且吸收的熱量比對外界做功多時，內能就有可能增加，D正確。 正確答案：CD,