新步步高2014-2015学年高二物理人教版选修3-3课件：10.3热力学第一定律能量守恒定律课件

1、1.能说出热力学第一定律的内容，并会运用于分析和计算能说出热力学第一定律的内容，并会运用于分析和计算.2.理解并能运用能量守恒定律理解并能运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因 学习目标定位学习目标定位学习探究区一、热力学第一定律一、热力学第一定律二、能量守恒定律二、能量守恒定律一、热力学第一定律问题设计问题设计返回返回一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本不能判定是通过对它做功的方法，还是使用了传热的否则根本不能判定是通过对它做功的方法，还是使用了

2、传热的方法使它的内能增加因为单纯地对系统做功和单纯地对系统方法使它的内能增加因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能既然它们在改变系统内能方面是等传热都能改变系统的内能既然它们在改变系统内能方面是等价的，那么当外界对系统做功为价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为，又对系统传热为Q时，系统时，系统内能的增量内能的增量U应该是多少？应该是多少？答案答案系统内能的增量系统内能的增量UQW.要点提炼要点提炼返回返回1热力学第一定律的表达式：热力学第一定律的表达式：U .2对公式对公式UQW符号的规定符号的规定一、热力学第一定律QW符号符号WQU体积体积 ，外界对热，外界对热力

3、学系统做功力学系统做功热力学系统热力学系统 热量热量内能内能 体积体积 ，热力学系，热力学系统对外界做功统对外界做功热力学系统热力学系统 热量热量内能内能减小减小增大增大吸收吸收放出放出增加增加减少减少返回返回3.应用热力学第一定律解题的一般步骤应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)根据符号法则写出各已知量根据符号法则写出各已知量(W、Q、U)的正负；的正负；(2)根据方程根据方程U求出未知量；求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况一、热力学第一定律WQ返回返回4气体实验定律和热力学第一定律的关系气体实验定律和

4、热力学第一定律的关系两者的结合点是体积两者的结合点是体积V和温度和温度T.注意三个特殊过程的特点：注意三个特殊过程的特点：(1)等温过程：内能不变，等温过程：内能不变，U0；(2)等容过程：体积不变，等容过程：体积不变，W0；(3)绝热过程：绝热过程：Q0.一、热力学第一定律二、能量守恒定律使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递做功的过程是其使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？为系统的内能在能量发生转化或转移

5、时，能量的总量会减少吗？问题设计问题设计返回返回答案答案能量的总量保持不变能量的总量保持不变返回返回要点提炼要点提炼1对能量守恒定律的理解对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定量和增加量一定 (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少量和增加量一定 二、能量守恒定律相等相等相等相等返回返回2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

6、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各种形式的能通过某种力做功可以相互转化3第一类永动机第一类永动机(1)定义：不需要任何动力或定义：不需要任何动力或 ，却能不断地对外做功的，却能不断地对外做功的机器机器(2)不可能制成的原因：违背了不可能制成的原因：违背了 二、能量守恒定律燃料燃料能量守恒定律能量守恒定律返回返回二、能量守恒定律延伸思考延伸思考热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？现吗？答案答案是

7、是【例【例1】关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是()A吸热的物体，其内能一定增加吸热的物体，其内能一定增加B体积膨胀的物体，其内能一定减少体积膨胀的物体，其内能一定减少C放热的物体，其内能也可能增加放热的物体，其内能也可能增加D绝热压缩的气体，其内能一定增加绝热压缩的气体，其内能一定增加一、热力学第一定律一、热力学第一定律典例精析返回返回典例精析返回返回解析解析做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种方式的做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化变化就判断内能的变化答案答案CD一、热力学第一定律一、热力学第一定

8、律典例精析返回返回一、热力学第一定律一、热力学第一定律【例【例2】空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2105 J的功，同时空气的内能增加了的功，同时空气的内能增加了1.5105 J，这一过程中空气向外，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？界传递的热量是多少？典例精析返回返回一、热力学第一定律一、热力学第一定律解析解析选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有UWQ.由题意可知由题意可知W2105 J，U1.5105 J，代入上式得：，代入上式得：QUW1.5105 J2105 J5104 J.负号

9、表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5104 J.答案答案5104 J典例精析返回返回【例【例3】下列对能量守恒定律的认识正确的是下列对能量守恒定律的认识正确的是()A某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加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不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器第一类第一类 永动机是不可能制成的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，说明机械能消失了石

10、子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了二、能量守恒定律二、能量守恒定律典例精析返回返回解析解析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，转移过选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面转转化与转移第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒化与转移第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律所以定律所以A、B、C正确；正确；D选项中石子的机械能在变化，比选项中石子的机械能在变化，比

11、如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，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能创生，也不能消失，故能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误错误答案答案ABC二、能量守恒定律二、能量守恒定律典例精析返回返回【例例4】“第一类永动机第一类永动机”不可能制成，是因为不可能制成，是因为()A不符合机械能守恒定律不符合机械能守恒定律B违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律C做功产生的热不符合热功当量做功产生的热不符合热功当量D. 找不到合适的材料和合理的设计方案找不到合适的材料和合理的设计方案二、能量守恒定律二、能量守恒定律B典例精析返回

12、返回三、热力学第一定律与气体实验定律的结合三、热力学第一定律与气体实验定律的结合【例例5】如图如图1所示，倒悬的导热汽缸中封闭着所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体轻质活塞可无摩擦地上下一定质量的理想气体轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个，活塞的下面吊着一个重为重为G的物体，大气压强恒为的物体，大气压强恒为p0.起初环境的热力学温度为起初环境的热力学温度为T0时，时，活塞到汽缸底面的距离为活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了慢下降，该过程中活塞下降了0.1

13、L，汽缸中的气体吸收的热量，汽缸中的气体吸收的热量为为Q.图图1返回返回求：求：(1)汽缸内部气体内能的增量汽缸内部气体内能的增量U；三、热力学第一定律与气体实验定律的结合三、热力学第一定律与气体实验定律的结合典例精析解析解析密封气体的压强密封气体的压强pp0(G/S)密封气体对外做功密封气体对外做功WpS0.1L由热力学第一定律得由热力学第一定律得UQW得得UQ0.1p0SL0.1LG6答案答案Q0.1p0SL0.1LG返回返回(2)最终的环境温度最终的环境温度T.三、热力学第一定律与气体实验定律的结合三、热力学第一定律与气体实验定律的结合典例精析解析解析该过程是等压变化，由盖该过程是等压变

14、化，由盖吕萨克定律有吕萨克定律有解得解得T1.1T0答案答案1.1T0自我检测区12课堂要点小结课堂要点小结341(热力学第一定律热力学第一定律)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了做了8104 J的功，气体的内能减少了的功，气体的内能减少了1.2105 J，则根据热力学，则根据热力学第一定律，下列各式中正确的是第一定律，下列各式中正确的是()AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 JBW8104 J，U1.2105 J，Q2105 JCW8104 J，U1.2105 J，Q2104 JDW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J1

15、234答案答案B解析解析因为外界对气体做功，因为外界对气体做功，W取正值，即取正值，即W8104 J；内；内能减少，能减少，U取负值，即取负值，即U1.2105 J；根据热力学第一；根据热力学第一定律定律UWQ，可知，可知QUW1.2105 J8104 J2105 J，即，即B选项正确选项正确12342(能量守恒定律能量守恒定律)下面设想符合能量守恒定律的是下面设想符合能量守恒定律的是()A利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B做一条船，利用流水的能量逆水行舟做一条船，利用流水的能量逆水行舟C通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行通过太阳

16、照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D利用核动力，驾驶地球离开太阳系利用核动力，驾驶地球离开太阳系1234解析解析利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故止，故A不符合让船先静止在水中，设计一台水力发电机不符合让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能行；同理可利用光能的可转化性和电能的可

17、收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C1234符合；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大符合；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D符合符合答案答案D12343(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综合应用)如图如图2所示，一所示，一绝热容器被隔板绝热容器被隔板K隔成隔成a、b两部分已知两部分已知a内有一定质量的稀薄内有一定质量的稀薄气体，气体，b内为真空抽离隔板内为真空抽离隔板K后，后

18、，a内气体进入内气体进入b，最终达到平，最终达到平衡状态在此过程中衡状态在此过程中()A气体对外界做功，内能减少气体对外界做功，内能减少B气体不做功，内能不变气体不做功，内能不变C气体压强变小，温度降低气体压强变小，温度降低D气体压强变小，温度不变气体压强变小，温度不变1234图图2解析解析抽离隔板抽离隔板K，a内气体体积变大，由于内气体体积变大，由于b内为真空，所以内为真空，所以a内气体不做功，由热力学第一定律可得内气体不做功，由热力学第一定律可得B正确内能不变，故温正确内能不变，故温度不变，体积变大，由玻意耳定律可知压强变小，所以度不变，体积变大，由玻意耳定律可知压强变小，所以D正确正确答案答案 BD123412344. (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综合应用)如图如图3是用导热是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的气柱长度性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的气柱长度为为22 cm，现用竖直向下的外力，现用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭的气柱长度压缩气体，使封闭的气柱长度变为变为2 cm，人对活塞做功，人对活塞做功100 J，大气压强为，大气压强为p01105 Pa，不，不计活塞的重力计