物理同步课件：10.3 热力学第一定律 能量守恒定律 课件(人教版选修3-3)

1、自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析3热力学第一定律能量守恒定律热力学第一定律能量守恒定律自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析1理解热力学第一定律，并掌握其表达式理解热力学第一定律，并掌握其表达式2能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题3理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律基本规律4知道第一类永动机是不可能制成的知道第一类永动机是不可能制成的自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析一、热

2、力学第一定律一、热力学第一定律 定律内容：定律内容：一个热力学系统一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的内能增量等于外界向它传递 的的与外界对它所做的与外界对它所做的 的和的和 数学表达式：数学表达式：U .QW热量热量功功自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析二、能量守恒定律二、能量守恒定律 大量大量事实表明，各种形式的能量可以相互转化，并且在转化事实表明，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 ，它只能从一种形，它只能从一种形式式 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

3、物体，在到别的物体，在转化和转移的过程中其总量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不变自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析三、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：人们人们把设想的不消耗把设想的不消耗的机器称为第一的机器称为第一类永动机类永动机 第一类永动机由于违背了第一类永动机由于违背了 ，所以不可能制成，所以不可能制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，任何一部机器，能量守恒定律的发现，使人们进一步

4、认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，使能量从一种形式转化为另只要对外做功，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做功的机器一种形式，不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机第一类永动机)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自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析一、热力学第一定律一、热力学第一定律 对热力学第一定律的理解对热力学第一定律的理解(1)对对UWQ的理解：做功和热传递都可以改变内能，如的理解：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，那么外界对物果物体跟外

5、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等于物体内能的增等于物体内能的增加加U，即，即UQW.自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析(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，系统内能减少，U0，即，即U为负值为负值自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析 改变内能的两种方式比较改变内能的两种方式比较 比较项目比较项目做功做功热传递热传递内

6、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，内能增加物体吸收热量，内能增加物体放出热量，内能减少物体放出热量，内能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体不不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移同部分之间内能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效果上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是相同的自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析判断是否做功的方法判断是否做功的方法一般情况一般情况

7、下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化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. 自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析二、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各种运动各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热形式都有对应的能：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、原子能等运动有内能，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：利用各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，

8、例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能 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，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没的机械能守恒，必须是只有重力做功；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有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析能量守恒定律的重要意义能量守恒定律的重要意义(1)

9、找到了找到了各种自然现象的公共量度各种自然现象的公共量度能量，从而把各种自然能量，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一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

10、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自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析第一类永动机失败的原因分析第一类永动机失败的原因分析如果没有外界如果没有外界热源供给热量，则有热源供给热量，则有U2U1W，就是说，如，就是说，如果系统内能减少，即果系统内能减少，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10-3-1自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析【例【例2】 如图如图10-3-2所示，一个小铁块沿半径为所

11、示，一个小铁块沿半径为R0.2 m的半球内的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为球底部时，速度为1 m/s，设此过程，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有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10-3-2自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析【变式【变式2】 如图如图10-3-3所示，所示

12、，A、B是两个完全相同的铁球，是两个完全相同的铁球，A放在放在绝热板上，绝热板上，B用绝热绳悬挂，现只让它们吸收热量，当它们用绝热绳悬挂，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为升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则，则()图图10-3-3AQAQB BQAQB D无法确定无法确定QA、QB的大小的大小自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析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球重心升高，球重心升高，克服重力做功，而克服重力做功，而B球重心降低，重力做正功，球重心降低，重力做正功，A、B两球升高相两

13、球升高相同的温度，内能的增加相同，即同的温度，内能的增加相同，即U相同，由热力学第一定律可知：相同，由热力学第一定律可知：QAUWA；QBUWB，故，故QAQB.答案答案C自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析【例【例3】 2012江苏单科，江苏单科，12A(3)如图如图10-3-4所示所示，一定质量的一定质量的理想气体从状态理想气体从状态A经等压过程到状态经等压过程到状态B.此过程中此过程中，气体压强气体压强p1.0105 Pa，吸收的热量吸收的热量Q7.0102 J，求此过程中气体求此过程中气体内能的增量内能的增量热力学第一定律与气体实验定律的综合应用热力学第一定律与气体实验定律的

14、综合应用 图图10-3-4自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析【变式【变式3】 一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图10-3-5所示的所示的pV图上，气体先由图上，气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化状态沿双曲线经等温过程变化到到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态，状态，a、c两点位两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是 ()图图10-3-5自自 主主 学学 习

15、习 分分 类类 例例 析析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，平均每状态过程中，气体对外做功，内能增加，平均每个气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变个气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变Cc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，分子平均动能状态分子平均距离较大，分子平均动能较大较大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，分子平均动能状态分子平均距离较小，分子平均动能相等相等自自 主主 学学 习习 分分 类类 例例 析析解析解析由由a到到b的过程是等温过程，所以内能不发生变化，气体体的过程是等温过程，所以内