【物理】 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律(人教版選修33)

第十章熱力學(xué)定律,第3節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律,.,給你一段鐵絲，想讓它的溫度升高，你有哪些方法？,.,改變內(nèi)能的兩種方式,做功,熱傳遞,對內(nèi),對外,吸熱,放熱,內(nèi)能增加,內(nèi)能增加,內(nèi)能減少,內(nèi)能減少,（外界對物體做功）,（物體對外界做功）,（物體從外界吸熱）,（物體對外界放熱）,.,絕熱過程,僅傳熱過程,如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化U與熱量及做的功之間又有什么關(guān)系呢？,.,一、熱力學(xué)第一定律,1.一個物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：如果外界做的功為，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？如果物體對外界做的功為，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？,.,1.一個物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對它做多少功，它的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功，它的內(nèi)能就減少多少.,.,2.一個物體，如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么：如果物體吸收熱量，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？如果放出熱量，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？,.,2.如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么物體吸收了多少熱量，它的內(nèi)能就增加多少，物體放出了多少熱量，它的內(nèi)能就減少多少.,.,3.如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化U與熱量及做的功之間又有什么關(guān)系呢？,.,一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增加量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和，這個關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律.,UW+Q,.,思考與討論：,一定量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功？如果膨脹時做的功是135J，同時向外放熱85J，氣體的內(nèi)能變化量是多少？內(nèi)能是增加了還是減少了？,請你通過這個例子總結(jié)U、Q、W幾個量取正、負(fù)值的意義。,.,定律中各量的正、負(fù)號及含義,.,三、應(yīng)用,例題：一定量的氣體從外界吸收了2.6105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2105J。問：是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？,解：根據(jù)U=W+Q得W=UQ=4.2105J2.6105J=1.6105JW為正值，外界對氣體做功，做了1.6105J的功。,如果氣體吸收的熱量仍為2.6105J不變，但是內(nèi)能只增加了1.6105J，這一過程做功情況怎樣？,.,學(xué)以致用,例1、一定量的氣體，從外界吸收熱量2.7105J，內(nèi)能增加4.3105J。在這一過程中，是氣體對外做功，還是外界對氣體做功？做了多少功？,解析：,Q=+2.7105J,U=+4.3105J,UW+Q,得：W=1.6105J0,.,四、能量守恒定律,用熱力學(xué)第一定律解釋柴油機(jī)正常工作時壓燃的原理,活塞壓縮氣體，活塞對氣體做功，由于時間很短，散熱可以不計，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，溫度升高，達(dá)到柴油燃點(diǎn)，可“點(diǎn)燃”柴油。,能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變，這就是能量守恒定律.,.,五、永動機(jī)不可能制成,永動機(jī)：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機(jī)器叫永動機(jī).人們把這種不消耗能量的永動機(jī)叫第一類永動機(jī).（不吃草的馬）,根據(jù)能量守恒定律，任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動機(jī)是不可能制成的.,.,結(jié)果：制造永動機(jī)的千萬次努力都以失敗而告終,概念：不需要動力或燃料，卻能源源不斷對外做功的機(jī)器,原因：違背了能量守恒定律,第一類永動機(jī),.,.,、是一個普遍適用的定律,能量守恒定律的重要性,、將各種現(xiàn)象聯(lián)系在一起,、指導(dǎo)著人們的生產(chǎn)、科研,、19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一,.,例2：水平馬路上行駛的汽車，在發(fā)動機(jī)熄火后，速度越來越慢，最后停止。這一現(xiàn)象符合能的轉(zhuǎn)化和守恒定律嗎？如果符合，汽車失去的動能變成了什么？,分析：汽車發(fā)動機(jī)熄火后，汽車要克服阻力做功，當(dāng)所克服阻力做的功等于其熄火時的動能時，汽車即停止運(yùn)動。在這一過程中，汽車克服阻力做的功要轉(zhuǎn)變成地面、輪胎的內(nèi)能，所以在這個過程中能量還是守恒的，是機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能了。,.,.,小結(jié)：,1、熱力學(xué)第一定律：,U=W+Q,2、能量守恒定律：,能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變，這就是能量守恒定律.,.,1、圖中活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室，氣缸、活塞(連同拉桿)是絕熱的，且不漏氣，以U甲、U乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過程中（）,（）U甲不變，U乙減?。ǎ︰甲增大，U乙不變（）U甲增大，U乙減?。ǎ︰甲不變，U乙不變,C,小試身手,.,2、固定容器及可動活塞P都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和氣體乙。現(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動一段距離，已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高，則在移動P的過程中（）,C,.,3、一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)(p1，V1，T1)被壓縮至狀態(tài)(p2，V2，T2)，已知T2T1，則該過程中（）,AB,.,4一定量的氣體吸收熱量，體積膨脹并對外做功，則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比，（）A氣體內(nèi)能一定增加B氣體內(nèi)能一定減小C氣體內(nèi)能一定不變D氣體內(nèi)能是增是減不能確定,D,.,5下列說法正確的是（）A外界對氣體做功，氣體的內(nèi)能一定增大B氣體從外界只收熱量，氣體的內(nèi)能一定增大C氣體的溫度越低，氣體分子無規(guī)則運(yùn)動的平均動能越大D氣體的溫度越高，氣體分子無規(guī)則運(yùn)動的平均動能越大,D,.,6下列說法正確的是（）A外界對一物體做功，此物體的內(nèi)能一定增加B機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能是不可能的C將熱量傳給一個物體，此物體的內(nèi)能一定改變D一定量氣體對外做功，氣體的內(nèi)能不一定減少,D,.,7一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回一開始的狀態(tài)，用W1表示外界對氣體做的功，W2表示氣體對外界做的功，Q1表示氣體吸收的熱量，Q2表示氣體放出的熱量，則在整個過程中一定有（）AQ1Q2=W2W1BQ1=Q2CW1=W2DQ1Q2,點(diǎn)撥：整個過程的內(nèi)能不變，E=0,由熱力學(xué)第一定律E=W總+Q總=0,Q總=-W總,Q1Q2=W2W1,A,.,8.如圖所示,密閉絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞,活塞的上部封閉著氣體,下部為真空,活塞與器壁的摩擦忽略不計,置于真空中的輕彈簧的一端固定于理想氣體容器的底部.另一端固定在活塞上,彈簧被壓縮后用繩扎緊,此時彈簧的彈性勢能為EP(彈簧處于自然長度時的彈性勢能為零),現(xiàn)繩突然斷開,彈簧推動活塞向上