高中物理 3.2-3.3 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律課件 粵教版選修3-3.ppt

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,,,第三章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律 第三節(jié) 能量守恒定律,高中物理·選修3-3·粵教版,[目標(biāo)定位] 1.理解熱力學(xué)第一定律，并掌握其表達(dá)式． 2.能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題． 3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律． 4.知道第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.,一、熱力學(xué)第一定律 1．定律內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的 與外界對(duì)它所做的 的和． 2．?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU＝ .,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),熱量,功,Q＋W,二、能量守恒定律 1．大量事實(shí)表明，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中總量保持 ． 2．能量既不能憑空 ，也不能憑空 ，它只能從一種 形式 成另一種形式，或者從一個(gè)物體 到別的物體， 在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量 ． 3．能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的規(guī)律之一．,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),不變,產(chǎn)生,消失,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,保持不變,三、永動(dòng)機(jī)不可能制成 1．第一類永動(dòng)機(jī)：人們把設(shè)想的不消耗 的機(jī)器稱為第一類永動(dòng)機(jī)． 2．第一類永動(dòng)機(jī)由于違背了 ，所以不可能制成.,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),能量,能量守恒定律,一、熱力學(xué)第一定律 1．對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解 (1)對(duì)ΔU＝W＋Q的理解：做功和熱傳遞都可以改變內(nèi)能，如果系統(tǒng)跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程，那么外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.,課堂講義,課堂講義,(2)對(duì)ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定 ①功W：外界對(duì)系統(tǒng)做功，W0，即W為正值； 系統(tǒng)對(duì)外界做功，W0； 系統(tǒng)放熱為負(fù)：Q0，即ΔU為正值； 系統(tǒng)內(nèi)能減少，ΔU0，即ΔU為負(fù)值．,課堂講義,2．判斷是否做功的方法 一般情況下外界對(duì)系統(tǒng)做功與否，需看系統(tǒng)的體積是否變化． (1)若系統(tǒng)體積增大，表明系統(tǒng)對(duì)外界做功，W0.,課堂講義,例1 空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中，活塞對(duì)空氣做了2×105 J的功，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5×105 J，這一過(guò)程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？ 答案 5×104 J 解析 選擇被壓縮的空氣為研究對(duì)象，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q. 由題意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得 Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J. 負(fù)號(hào)表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5×104 J.,課堂講義,借題發(fā)揮 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 (1)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)． (2)分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量；外界對(duì)物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對(duì)外所做的功． (3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解． (4)特別應(yīng)注意的就是物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義．,課堂講義,針對(duì)訓(xùn)練 一定量的氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做了8×104 J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J，則下列各式中正確的是 ( ) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J,課堂講義,答案 B 解析 因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W＝8×104 J；內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU＝－1.2×105 J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B選項(xiàng)正確．,課堂講義,二、能量守恒定律 1．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化 (1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能，分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)內(nèi)能等． (2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，如“摩擦生熱”機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，“電爐取熱”電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等．,課堂講義,2．能量守恒定律及意義 各種不同形式的能之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)保持總量不變． 意義：一切物理過(guò)程都適用，比機(jī)械能守恒定律更普遍，是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一．,課堂講義,3．第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 (1)不消耗能量能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器，叫第一類永動(dòng)機(jī)，其前景是誘人的．但因?yàn)榈谝活愑绖?dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，所以無(wú)一例外地歸于失?。?(2)永動(dòng)機(jī)給我們的啟示 人類利用和改造自然時(shí)，必須遵循自然規(guī)律．,課堂講義,例2 如圖3－2、3－1所示，直立容器內(nèi)部被隔板隔開的A，B兩部分氣體，A的密度小，B的密度大，加熱氣體，并使兩部分氣體混合均勻，設(shè)此過(guò)程中氣體吸熱為Q，氣體內(nèi)能的增量為ΔU，則 ( ) A．ΔU＝Q B．ΔUQ D．無(wú)法比較 答案 B,圖3－2、3－1,課堂講義,解析 因A部分氣體密度小，B部分氣體密度大，以整體氣體為研究對(duì)象，開始時(shí)，氣體的重心在中線以下，混合 均勻后，氣體的重心應(yīng)在中線上，所以有重力做負(fù)功，使氣體的重力勢(shì)能增大，由能量守恒定律可知，吸收的熱量Q有一部分增加氣體的重力勢(shì)能，另一部分增加內(nèi)能．故正確答案為B.,課堂講義,例3 第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，這是因?yàn)榈谝活愑绖?dòng)機(jī) ( ) A．不符合機(jī)械能守恒定律 B．違背了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 C．沒(méi)有合理的設(shè)計(jì)方案 D．找不到合適的材料 答案 B,課堂講義,三、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合點(diǎn)是溫度和體積．注意三種特殊過(guò)程的特點(diǎn)： 1．等溫過(guò)程：內(nèi)能不變，ΔU＝0 2．等容過(guò)程：體積不變，W＝0 3．絕熱過(guò)程：Q＝0,課堂講義,例4 如圖3－2、3－2所示，倒懸的導(dǎo)熱氣缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，輕質(zhì)活塞可無(wú)摩擦地上下移動(dòng)，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個(gè)重為G的物體，大氣壓強(qiáng)恒為p0，起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0時(shí)，活塞到氣缸底面的距離為L(zhǎng).當(dāng)環(huán)境溫度逐漸升高，導(dǎo)致活塞緩慢下降，該過(guò)程中活塞下降了0.1L，氣缸中的氣體吸收的熱量為Q.求： (1)氣缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量ΔU； (2)最終的環(huán)境溫度T. 答案 (1)Q－0.1p0SL＋0.1LG (2)1.1T0,圖3－2、3－2,課堂講義,