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文档简介
2.热力学第肯定律3.能量守恒定律课程标准1.通过有关史实,了解热力学第肯定律和能量守恒定律的发觉过程,体会科学探究中的挫折和失败对科学发觉的意义。2.理解能量守恒定律,能用能量守恒的观点说明自然现象。3.体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。素养目标1.理解并会运用能量守恒定律。2.知道什么是第一类永动机及其不行能制成的缘由。学问点1热力学第肯定律1.变更内能的两种方式做功与_传热__。两者在变更系统内能方面是_等价的__。2.热力学第肯定律(1)内容:一个热力学系统的内能变更量等于外界向它传递的_热量__与外界对它_所做的功__的和。(2)表达式:_ΔU=Q+W__。留意:热力学第肯定律的数学表达式也适用于物体对外界做功、向外界传热和内能削减的状况。『判一判』(1)ΔU=W+Q。该式表示的是功、热量跟内能变更之间的定量关系,在物理学中叫作热力学第肯定律。(√)『选一选』关于做功、传热与内能变更的说法,正确的是(A)A.不通过做功的过程,物体的内能也可以变更B.不对物体做功,物体的内能会保持不变C.外力对物体做2J的功,物体就肯定增加2J的内能D.物体汲取热量,内能肯定增加解析:做功和传热都可以变更物体的内能,故A正确,B错误;外力对物体做2J的功,若物体与外界没有热交换,则内能肯定增加2J,故C错误;物体汲取热量时,假如对外做功,内能不肯定增加,故D错误。学问点2能量守恒定律能量守恒定律(1)内容:能量既不会凭空_产生__,也不会凭空_消逝__,它只能从一种形式_转化__为其他形式,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。(2)意义:①各种形式的能可以相互_转化__。②各种互不相关的物理现象可以用_能量守恒__定律联系在一起。『判一判』(2)某个物体的能量削减,必定有其他物体的能量增加。(√)(3)石子从空中落下,最终停止在地面上,说明机械能消逝了。(×)(4)能量既可以转移又可以转化,故能的总量是可以变更的。(×)(5)违反能量守恒定律的过程是不行能发生的。(√)学问点3永动机不行能制成1.永动机:不须要任何动力或燃料,却能不断地_对外做功__的机器。2.永动机不行能制成的缘由:违反了_能量守恒__定律。3.意义:正是历史上设计永动机的_失败__,才使后人的思索走上了正确的道路。『选一选』(多选)下列关于第一类永动机的说法,正确的是(AD)A.第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器B.第一类永动机不能制成的缘由是违反了热力学其次定律C.第一类永动机不能制成的缘由是技术问题D.第一类永动机不能制成的缘由是违反了能量守恒定律解析:第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器,这是人们的美妙愿望,但它违反了能量守恒定律,这是它不能制成的缘由。『想一想』有一种所谓“全自动”机械手表,既不须要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去。这是不是一种永动机?假如不是,你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗?答案:不是永动机,手表戴在手上,手运动的能量一部分转化为手表的能量(动能)。探究对热力学第肯定律的理解要点提炼1.对ΔU=W+Q的理解热力学第肯定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能变更的定量表述推广到一般状况,既有做功又有热传递的过程,其中ΔU表示内能变更的数量,W表示做功的数量,Q表示外界与物体间传递的热量。2.与热力学第肯定律相匹配的符号法则做功W热量Q内能的变更ΔU取正值+”外界对系统做功系统从外界汲取热量系统的内能增加取负值-”系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能削减3.几种特别状况(1)若过程是绝热的,即Q=0,则ΔU=W,物体内能的增加量等于外界对物体做的功。(2)若过程中不做功,即W=0,则ΔU=Q,物体内能的增加量等于物体从外界汲取的热量。(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W=-Q(或Q=-W),外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体汲取的热量等于物体对外界做的功)。4.推断是否做功的方法一般状况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变更。(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0。(2)若物体体积减小,表明外界对物体做功,W>0。(1)当做功和热传递同时发生时,物体的内能可能增加,也可能减小,还可能保持不变。(2)物体内能发生变更可能是由做功引起的,也可能是由热传递引起的,还可能是两者共同作用的结果。典例剖析典例1如图所示是封闭的气缸,内部封有肯定质量的志向气体.用外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800J,同时气体向外界放热200J,则缸内气体的(A)A.温度上升,内能增加600JB.温度上升,内能削减200JC.温度降低,内能增加600JD.温度降低,内能削减200J解析:由热力学第肯定律ΔU=W+Q得,ΔU=800J+(-200J)=600J,肯定质量的志向气体的内能大小只与温度有关,ΔU=600J>0,故温度上升,A选项正确。对点训练❶肯定质量的志向气体从状态A变更到状态B,再变更到状态C,其状态变更过程的p-V图像如图所示,已知A→B过程放出热量Q,TA=TC,则B→C过程气体汲取还是放出热量?热量是多少?答案:汲取热量Q+p2(V2-V1)解析:由图可知,B→C过程气体的压强不变,气体的体积增大,气体对外做功,温度上升,则内能增大,由热力学第肯定律知气体汲取热量。B→C过程,气体对外做的功为W=-p2(V2-V1)。A→B过程,气体的体积不变,不对外做功,由A→C过程气体内能不变,依据ΔU=W总+Q总得0=W+(-Q+QBC),可得QBC=Q-W=Q+p2(V2-V1),即B→C过程气体汲取的热量为Q+p2(V2-V1)。探究对能量守恒定律的理解要点提炼1.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,通过做功可以相互转化,例如:利用电炉取暖或烧水,电能转化为内能;煤燃烧,化学能转化为内能;列车刹车后,轮子温度上升,机械能转化为内能2.守恒条件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,必需是只有重力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然界现象都遵守的基本规律。3.能量守恒定律的重要意义(1)找到了各种自然现象的公共量度——能量,从而把各种自然现象用能量规律联系起来,揭示了自然规律的多样性和统一性。(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围,从本质上表明白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方法。能量守恒定律与电子的发觉、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发觉,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。(1)能量守恒定律是一个自然界中普遍适用的规律,凡是遇到涉及能量的转化和转移问题时可优先考虑运用其解决。(2)层出不穷的永动机设计方案,由于违反了能量守恒定律,无一例外地宣布失败,人类制造永动机的企图是没有任何胜利希望的。典例剖析典例2如图所示,密闭绝热容器内有一绝热的具有肯定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁间的摩擦忽视不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡状态。经过此过程(D)A.Ep全部转换为气体的内能B.Ep一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能C.Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D.Ep一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能解题指导:利用能量守恒定律解决问题时,首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量,其次分析哪种能量增加了,哪种能量削减了,确定探讨的系统后,用能量守恒的观点求解。解析:当绳子突然断开时,活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用,如图所示,其合力向上,经多次往复运动后活塞静止时,活塞处于三力平衡状态,气体体积必减小,外力对气体做正功,由于绝热,气体的内能增加,而活塞最终的静止位置比初始位置高,其重力势能增加,最终弹力与另外两个力的合力平衡,弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性势能为Ep′,由能量守恒定律得Ep=Ep′+活塞增加的重力势能+气体增加的内能,所以D选项正确。对点训练❷(多选)空调市场上有许多变频空调,据专家介绍变频空调比定频的要节能,因为定频空调开机时就等同于汽车启动时,很耗能,是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机,等温度高了再接着启动。这样的频繁启动,耗电多,而变频空调启动时有一个由低到高的过程,运行过程是自动变速来保持室内温度,从开机到关机中间不停机,而是达到设定温度后就降到最小功率运行,所以比较省电。阅读上述介绍后,以下说法合理的是(CD)A.变频空调整能,运行中不遵守能量守恒定律B.变频空调运行中做功少,转化能量多C.变频空调在同样工作条件下运行效率高,省电D.变频空调与定频空调做同样功时,消耗同样电能解析:自然界的一切过程都遵守能量守恒定律,A错误;功是能量转化的量度,做同样的功,消耗同样电能,B错误,D正确;由变频空调的工作特点可知省电的缘由是效率高,C正确。永动机不行能制成1.第一类永动机人们把设想中的不消耗能量的机械叫作第一类永动机,第一类永动机是不行能制成的。2.第一类永动机失败的缘由分析假如没有外界热源供应热量,则有U2-U1=W,就是说,假如系统内能削减,即U2<U1,则W<0,系统对外做功是要以内能削减为代价的,若想源源不断地做功,就必需使系统不断回到初始状态,在无外界能量供应的状况下,是不行能的。案例如图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形态记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形态快速复原,转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是(D)A.转轮依靠自身惯性转动,不须要消耗外界能量B.转轮转动所需能量来自形态记忆合金自身C.转动的叶片不断搅动热水,水温上升D.叶片在热水中汲取的热量肯定大于在空气中释放的热量解析:形态记忆合金进入水后受热形态发生变更而搅动热水,由能量守恒知能量来源于热水,故A、B、C错误;由能量守恒知,叶片汲取的能量一部分转化成叶片的动能,一部分释放于空气中,故D对。一、热力学第肯定律1.(2024·北京其次中学期末)肯定质量的志向气体,从某一状态起先,经过一系列变更后又回到起先的状态,用W1表示外界对气体做的功,W2表示气体对外界做的功,Q1表示气体汲取的热量,Q2表示气体放出的热量,则在整个过程中肯定有(A)A.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2C.W1=W2 D.Q1>Q2解析:因为该气体从某一状态起先,经过一系列变更后又回到起先的状态,所以内能没有变更,ΔU=0。依据热力学第肯定律可知W1-W2+Q1-Q2=ΔU=0,即Q1-Q2=W2-W1,故A正确。2.(多选)如图所示,肯定量的志向气体从状态a变更到状态b。在此过程中(BCD)A.气体温度始终降低B.气体内能始终增加C.气体始终对外做功D.气体始终从外界吸热E.气体汲取的热量始终全部用于对外做功解析:肯定量的志向气体从a到b的过程,由志向气体状态方程可知eq\f(paVa,Ta)=eq\f(pbVb,Tb),则Tb>Ta,即气体的温度始终上升,选项A错误;依据志向气体的内能只与温度有关,可知气体的内能始终增加,选项B正确;由于从a到b的过程中气体的体积增大,所以气体始终对外做功,选项C正确;依据热力学第肯定律可知,从a到b的过程中气体始终从外界吸热,选项D正确;气体汲取的热量一部分用于增加内能,一部分用于对外做功,选项E错误。3.(多选)下列过程可能发生的是(ABD)A.物体汲取热量,对外做功,同时内能增加B.物体汲取热量,对外做功,同时内能削减C.外界对物体做功,同时物体吸热,内能削减D.外界对物体做功,同时物体放热,内能增加解析:当物体汲取的热量多于对外做的功时,物体的内能就增加,故A正确;当物体汲取的热量少于对外做的功时,物体的内能就削减,故B正确;外界对物体做功,同时物体吸热,则物体的内能必增加,故C错误;当物体放出的热量少于外界对物体做的功时,物体的内能增加,故D正确。4.(多选)(2024·辽宁大连普兰店其次中学高二期中)肯定质量的志向气体从状态A经过状态B变更到状态C,其V-T图像如图所示。下列说法正确的有(AD)A.B→C的过程中,气体压强不变B.A→B的过程中,气体汲取热量C.A→B的过程中,气体对外界做功D.A→B→C的过程中,气体内能减小解析:B→C的过程中,依据eq\f(V,T)=k可知气体压强不变,选项A正确;A→B的过程中,气体温度不变,则内能不变,气体体积减小,则外界对气体做功,则气体放出热量,选项B、C错误;A→B→C的过程中,气体温度降低,则内能减小,选项D正确。二、能量守怛定
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