高中物理 第3章 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律 第三節(jié) 能量守恒定律課件 粵教版選修33.pptVIP

第二節(jié)熱力學(xué)第一定律第三節(jié)能量守恒定律 核心要點(diǎn)突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第三節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容及物理意義 2 會用熱力學(xué)第一定律分析 解釋有關(guān)的物理問題 3 理解能量守恒定律及其重要意義 4 知道第一類永動機(jī)不可能制成的原因 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 運(yùn)用 u w q分析有關(guān)物理問題 2 會用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)分析解決有關(guān)問題 課前自主學(xué)案 一 熱力學(xué)第一定律1 改變內(nèi)能的方式 和 2 功和內(nèi)能的關(guān)系 若物體不存在熱傳遞 當(dāng) 對它做功時 它的內(nèi)能 關(guān)系式為w 若物體對外做功 則w 0 u 0 表明內(nèi)能 做功 熱傳遞 外界 增加 u 減少 3 熱傳遞和內(nèi)能的關(guān)系 若物體既不對外做功 外界對物體也不做功 當(dāng)物體從外界吸收熱量q時 它的內(nèi)能 關(guān)系式為q 若物體向外放出熱量 則q 0 u 0 表明內(nèi)能 4 熱力學(xué)第一定律如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程 那么 物體內(nèi)能的增加 u就等于物體 的熱量q和 做的功w之和 增加 u 減少 吸收 外界對物體 思考感悟下列現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的 a 水電站發(fā)電時 水輪機(jī)被水流沖擊轉(zhuǎn)動 帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電b 利用地?zé)岚l(fā)電提示 a 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 b 熱能轉(zhuǎn)化為電能 二 熱力學(xué)第一定律應(yīng)用舉例1 理想氣體的微觀模型忽略了分子之間的 忽略了 所以理想氣體的內(nèi)能等于分子熱運(yùn)動的 總和 2 理想氣體的內(nèi)能只跟 和物質(zhì)的量有關(guān) 與體積 作用力 分子勢能 動能 溫度 無關(guān) 三 能量守恒定律1 大量事實(shí)證明 各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化 并且在轉(zhuǎn)化過程中 2 能量守恒定律 能量既不會憑空 也不會憑空 它只能從一種形式 為另一種形式 或者從一個物體 到別的物體 在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量 守恒 產(chǎn)生 消失 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 不變 3 能量守恒定律是自然界最普遍 最重要的規(guī)律之一 它和細(xì)胞學(xué)說 達(dá)爾文的生物進(jìn)化論一起稱為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn) 四 第一類永動機(jī)是不可能造成的1 第一類永動機(jī) 不需要任何 或 卻能不斷對外 的機(jī)器 2 第一類永動機(jī)的設(shè)想由于違背了 所以不可能制成 動力 燃料 做功 能量守恒定律 核心要點(diǎn)突破 一 對熱力學(xué)第一定律的理解1 熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的 而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系 此定律應(yīng)用時各量的單位應(yīng)統(tǒng)一 注 一般情況下外界對物體做不做功 需看物體的體積是否變化 1 若物體體積增大 表明物體對外界做功 w 0 2 若物體體積變小 外界對物體做功 w 0 2 公式 u q w中的有關(guān)問題 3 幾種特殊情況 1 若過程是絕熱的 則q 0 w u 外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加 2 若過程中不做功 即w 0 則q u 物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加 3 若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變 即 u 0 則w q 0或w q 4 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的思路與步驟 1 首先應(yīng)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)系統(tǒng) 2 分別列出物體 或系統(tǒng) 吸收或放出的熱量 外界對物體 或系統(tǒng) 所做的功或物體 或系統(tǒng) 對外所做的功 3 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 u q w列出方程進(jìn)行求解 4 特別注意的就是物理量的正 負(fù)號及其物理意義 二 利用熱力學(xué)第一定律判斷理想氣體的狀態(tài)變化1 對于理想氣體 常把熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程結(jié)合起來分析其狀態(tài)變化規(guī)律 常見的分析思路如下 1 利用體積的變化分析做功問題 氣體體積增大 對外做功 氣體體積減小 外界對氣體做功 2 利用溫度的變化分析理想氣體內(nèi)能的變化 一定量的理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān) 溫度升高 內(nèi)能增加 溫度降低 內(nèi)能減小 3 利用熱力學(xué)第一定律判斷是吸熱還是放熱 由熱力學(xué)第一定律 u w q 則q u w 若已知?dú)怏w的做功情況和內(nèi)能的變化情況 即可判斷氣體狀態(tài)變化是吸熱過程還是放熱過程 2 理想氣體狀態(tài)變化過程中 存在著能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決理想氣體狀態(tài)變化過程中的能量轉(zhuǎn)換問題時要明確 1 一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) 2 一般情況下外界對理想氣體做功與否 要看氣體的體積是否變化 體積不變 則w 0 3 若理想氣體在狀態(tài)變化過程中是絕熱的 則q 0 特別提醒 1 若熱力學(xué)過程中系統(tǒng)內(nèi)能不變 即 u 0 則w q 0 外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)放出的熱量 或者系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)吸收的熱量 2 對理想氣體 其內(nèi)能不考慮分子勢能 即只與分子數(shù)及分子的平均動能有關(guān) 根據(jù)溫度是分子平均動能的標(biāo)志可知 依據(jù)理想氣體溫度的變化即可確定其內(nèi)能總值的變化情況 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 單選 固定的水平汽缸內(nèi)由活塞b封閉著一定量的理想氣體 氣體分子之間的相互作用可以忽略 假設(shè)汽缸的導(dǎo)熱性能很好 環(huán)境的溫度保持不變 若用外力f將活塞b緩慢地向右拉動 如圖3 2 2所示 則在拉動活塞的過程中 關(guān)于汽缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論 其中正確的是 a 氣體對外做功 氣體內(nèi)能減小b 氣體對外做功 氣體內(nèi)能不變c 外界對氣體做功 氣體內(nèi)能不變d 氣體向外界放熱 氣體內(nèi)能不變 圖3 2 2 解析 選b 用力f緩慢拉活塞時 氣體膨脹 對外做功 但由于汽缸的導(dǎo)熱性能很好 環(huán)境溫度又不變 汽缸會從外界吸收熱量而保持與環(huán)境溫度相同 因而氣體的內(nèi)能不變 故b選項(xiàng)正確 三 能量守恒定律的理解與應(yīng)用1 不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化 1 自然界中能量的存在形式 物體運(yùn)動具有機(jī)械能 分子熱運(yùn)動具有內(nèi)能 電荷具有電能 原子核內(nèi)部的運(yùn)動具有原子能等 可見 在自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動形式相對應(yīng) 2 不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化 摩擦生熱 是通過克服摩擦力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起 表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 汽缸內(nèi)燃油燃燒釋放的內(nèi)能通過燃?xì)馔苿踊钊龉ΧD(zhuǎn)化為機(jī)械能等 這些實(shí)例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化 且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的 2 能量守恒定律的應(yīng)用 1 能量守恒定律是支配整個自然界運(yùn)動 發(fā)展 變化的普遍規(guī)律 熱力學(xué)第一定律 機(jī)械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn) 2 能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程 3 用能量守恒定律解題的方法 首先分析有哪幾種形式的能在參與轉(zhuǎn)化 分別列出增加的能量與減少能量的表達(dá)式 利用 e增 e減列式求解 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 風(fēng)沿水平方向以速度v垂直吹向一直徑為d的風(fēng)車葉輪上 設(shè)空氣密度為 風(fēng)的動能有50 轉(zhuǎn)化為風(fēng)車的動能 風(fēng)車帶動水車將水提高h(yuǎn)的高度 效率為80 則單位時間最多可提升的水的質(zhì)量是多少 課堂互動講練 單選 分別以p v t表示氣體的壓強(qiáng) 體積 溫度 一定質(zhì)量的理想氣體 其初始狀態(tài)表示為 p0 v0 t0 若分別經(jīng)歷如下兩種變化過程 從 p0 v0 t0 變?yōu)?p1 v1 t1 的過程中 溫度保持不變 t1 t0 從 p0 v0 t0 變?yōu)?p2 v2 t2 的過程中 既不吸熱 也不放熱 在上述兩種變化過程中 如果v1 v2 v0 則 a p1 p2 t1 t2b p1 p2 t1 t2c p1 p2 t1 t2d p0 p2 t1 t2 答案 a 雙選 一帶電小球在空中由a點(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn)的過程中 受重力 電場力和空氣阻力三個力的作用 若運(yùn)動過程中重力勢能增加3j 機(jī)械能增加0 5j 電場力做功1j 則小球 a 重力做功3jb 電勢能增加1jc 克服空氣阻力做功0 5jd 動能減少2 5j 精講精析 重力勢能的增加等于小球克服重力所做功 a錯誤 電場力做正功 電勢能應(yīng)減小 b錯誤 除重力之外的力對小球做的功等于小球機(jī)械能的變化 故空氣阻力做的功為 0 5j c正確 因?yàn)楹狭ψ龅墓?2 5j 據(jù)動能定理知 小球動能減少2 5j d正確 答案 cd 方法總結(jié) 1 熟練掌握功與能的關(guān)系是解答此類問題的關(guān)鍵 2 對熱力學(xué)變化過程 要結(jié)合力做功理解不同形式的能之間的轉(zhuǎn)化 3 能量守恒定律是自然界中普遍適用的規(guī)律 任何能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程都遵循此規(guī)律 對能量守恒定律的理解 某種形式的能減少 一定有其他形式的能增加 且減少量和增加量一定相等 某個物體的能量減少 一定存在其他物體的能量增加 且減少量和增加量一定相等 雙選 如圖3 2 2所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置 一飛行子彈射入沙箱后合為一體 共同擺起一定高度 則下面有關(guān)能的轉(zhuǎn)化的說法中正確的是 圖3 2 2 a 子彈的動能轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的勢能b 子彈的動能一部分轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的勢能c 子彈的動能轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的動能d 子彈的動能一部分轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的內(nèi)能 思路點(diǎn)撥 在子彈打入沙箱的過程中 由于打入一定深度 阻力做功 其結(jié)果是一部分動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 然后由能量守恒定律分析判斷 自主解答 在子彈打入沙箱的過程中 沙箱對子彈的阻