高中物理人教版第十章第3节热力学第一定律能量守恒定律.ppt

第 3 节 理解 教材 新知 把握 热点 考向 知识点一 知识点二 考向一 考向二 第 十 章 应用 创新 演练 随堂基础巩固 课时跟踪训练 返回返回 返回返回 返回返回 1热力学第一定律：一个热力学系统的 内能增量等于外界向它传递的热量与 外界对它所做的功的和。 2热力学第一定律的表达式UQW。 3能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也 不会凭空消失，它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，在转化或转移的过程中，能量的总 量保持不变。 返回返回 返回返回 自学教材 1改变内能的两种方式 和 。 2热力学第一定律 (1)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 的和。 (2)数学表达式：U 。 做功 热传递 热量 做的功 QW 返回返回 重点诠释 1对热力学第一定律的理解 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改 变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做 功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时 热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 2公式UQW中符号的规定 符号WQU 外界对对物体做功物体吸收热热量内能增加 物体对对外界做功物体放出热热量内能减少 返回返回 3几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q0，WU，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W0，则QU，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U0，则WQ 0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量。 返回返回 1某气体初态时有100 J内能，膨胀过程中对外做功30 J，同 时吸收了20 J的热量，在这个过程中内能_(填“增 加”或“减少”)_ J。 解析：由热力学第一定律UU2U1WQ，结合符号 法则及其物理意义有W30 J，Q20 J，故U U2U110 J，因而内能减少了10 J。 答案：减少 10 返回返回 自学教材 1能量守恒定律 (1)内容： 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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 保持不变。 能量的总量 转化转移 返回返回 (2)意义： 各种形式的能可以 。 各种物理现象可以用 联系在一起。 2永动机不可能制成 (1)第一类永动机： 不需要任何动力或燃料，却能不断地 的机器。 (2)不可制成的原因： 违背了 定律。 相互转化 能量守恒定律 对外做功 能量守恒 返回返回 重点诠释 (1)自然界中能量的存在形式：物体运动具有动能、分 子运动具有分子动能、电荷具有电能、原子内部的运动具 有原子能等。可见，在自然界中不同的能量形式与不同的 运动形式相对应。 (2)不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过 程是通过做功来完成的。 返回返回 (3)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。 (4)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。 返回返回 2下列对能量的转化和守恒定律的认识不正确的是 ( ) A某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加 B某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永 动机是不可能制成的 D石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消 失了 返回返回 解析：A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能 量是守恒的。B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转 移过程中是守恒的。这正好是能量守恒定律的两个方面 转化与转移。任何第一类永动机都是不可能制成的，它违背 了能量守恒定律。所以A、B、C正确。D选项中石子的机械 能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械 能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不会创生，也不会 消失，只是从一种形式转化为另一种形式。故D是错的。 答案：D 返回返回 返回返回 例1 一定量的气体从外界吸收了2.6105 J的热量，内 能增加了4.2105 J。 (1)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？ (2)如果气体吸收的热量仍为2.6105 J不变，但是内能增 加了1.6105 J，计算结果W1.0105 J，是负值，怎样解释 这个结果？ (3)在热力学第一定律UQW中，W、Q和U的正值 、负值各代表什么物理意义？ 返回返回 思路点拨 做功和热传递是改变内能的两种方式，但二者 不是孤立的，往往同时发生，遵从热力学第一定律，应用时注 意“正、负”号的意义。 解析 (1)由热力学第一定律：如果物体跟外界同时发生做 功和热传递的过程，那么，外界对物体所做功W加上物体从外界 吸收的热量Q等于物体内能的增加U， 即UWQ。 将Q2.6105 J，U4.2105 J代入上式得： WUQ4.2105 J2.6105 J 1.6105 J。 W0，说明外界对气体做了1.6105 J的功。 返回返回 (2)如果吸收的热量Q2.6105 J，内能U增加了 1.6105 J，计算结果为W1.0105 J，说明气体对外界做 功。 (3)在公式UQW中，U0，物体内能增加； U 0，物体内能减少。Q 0，物体吸热；Q0，物体放 热。W0，外界对物体做功；W0，物体对外界做功。 答案 (1)外界对气体做了1.6105 J的功。 (2)说明气体对外界做功。 (3)见解析 返回返回 1一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104 J的 功，气体的内能减少了1.2105 J，则下列各式中正确的是 ( ) AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J BW8104 J，U1.2105 J，Q2105 J CW8104 J，U1.2105 J，Q2104 J DW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J 返回返回 解析：因为外界对气体做功，W取正值，即W8104 J； 内能减少，U取负值，即U1.2105 J；根据热力学第 一定律UWQ，可知QUW1.2105 J8104 J2105 J，即B选项正确。 答案：B 返回返回 例2 如图1031所示，一个质量 为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的 质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体 的高度为50 cm，现在在活塞上方加一15 kg 的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为 40 cm。求在这一过程中气体的内能增加多少？(g取10 m/s2， 不考虑活塞的大气压力及摩擦阻力) 图1031 返回返回 解析 由能量的转化与守恒定律可知，内能的增加等于 活塞和物体重力势能的减少， UE(Mm)gh(155)10(5040)102 J20 J。 答案 20 J 返回返回 借题发挥 (1)绝热过程表示不吸热、也不放热；“导热性能良 好且过程缓慢”表示过程有热传递发生且及时充分，保 持温度不变。 (2)用“能量守恒”观点解题方便、快捷。 返回返回 2.如图1032所示容器中，A、B各有一个 可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为 空气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门 K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先 A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐 渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，下面说法正确 的是( ) 图1032 返回返回 A大气压力对水做功，水的内能增加 B水克服大气压力做功，水的内能减少 C大气压力对水不做功，