高中物理第十章热力学定律课时3热力学第一定律能量守恒定律课件新人教版选修

第十章热力学定律目标定位1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因.学案3热力学第一定律能量守恒定律知识探究自我检测一、热力学第一定律一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是通过做功的方法，还是使用了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W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少？答案系统内能的增量ΔU＝Q＋W.问题设计知识探究1.改变内能的两种方式：

与

.两者在改变系统内能方面是等价的.2.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

与外界对它所

的和.3.热力学第一定律的表达式：ΔU＝

.做功热传递要点提炼热量做的功Q＋W4.对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号WQΔU＋体积

，外界对热力学系统做功热力学系统

热量内能

－体积

，热力学系统对外界做功热力学系统

热量内能

减小吸收放出增大增加减少5.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(W、Q、ΔU)的正负；(2)根据方程ΔU＝

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.W＋Q6.气体实验定律和热力学第一定律的关系两者的结合点是体积V和温度T.注意三个特殊过程的特点：(1)等温过程：内能不变，ΔU＝0；(2)等容过程：体积不变，W＝0；(3)绝热过程：Q＝0.二、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？答案能量的总量保持不变.问题设计1.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.能量的总量要点提炼转移转化2.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，且减少量和增加量一定

.相等相等3.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.各种形式的能通过某种力做功可以相互转化.4.第一类永动机(1)定义：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器.(2)不可能制成的原因：违背了

.能量守恒定律热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？答案是.延伸思考典例精析一、热力学第一定律例1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B.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D.绝热压缩的气体，其内能一定增加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变化就判断内能的变化.答案CD例2空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？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ΔU＝W＋Q.由题意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得：Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104J.答案5×104J二、能量守恒定律例3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——第一类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，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——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能创生，也不能消失，故D错误.答案ABC三、热力学第一定律与气体实验定律的结合例4如图1所示，倒悬的导热气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移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0.起初环境的热力学温度为T0时，活塞到气缸底面的距离为L.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0.1L，气缸中的气体吸收的热量为Q.求：图1解析密封气体的压强p＝p0－(G/S)密封气体对外做功W＝pS×0.1L由热力学第一定律得ΔU＝Q－W得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG(1)气缸内部气体内能的增量ΔU；答案Q－0.1p0SL＋0.1LG(2)最终的环境温度T.解析该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有解得T＝1.1T0.答案1.1T0自我检测1.(热力学第一定律)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则根据热力学第一定律，下列各式中正确的是(

)A.W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB.W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC.W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD.W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J1234解析因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J；气体的内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，即B选项正确.答案B12342.(热力学第一定律)如图2所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定(

)1234图2A.从外界吸热 B.内能增大C.向外界放热 D.内能减小解析由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错；1234由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为在下降过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错，C对.答案C12343.(能量守恒定律)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B.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D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系1234解析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止，故A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行；1234同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C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D符合.答案BCD123412344.(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图3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为22cm，现用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭的气柱长度变为2cm，人对活塞做功100J,大气压强为p0＝1×105Pa，不计活塞的重力.问：图3(1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？1234解析设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22cm，l＝2cm，V0＝l0S，V＝lS，缓慢压缩，气体温度不变由玻意耳定律得p0V0＝pV解得p＝1.1×106