熱力學(xué)第一定律_能量守恒定律

1、淮中物理組淮中物理組 楊萍楊萍 2009-02-102009-02-10 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1 1、知道改變物體內(nèi)能的兩種方式、知道改變物體內(nèi)能的兩種方式 2 2、知道熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式。、知道熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式。 3 3、理解能量守恒定律，并知道第一類永、理解能量守恒定律，并知道第一類永 動(dòng)機(jī)不可能制成。動(dòng)機(jī)不可能制成。 4 4、會(huì)運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解釋有、會(huì)運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解釋有 關(guān)現(xiàn)象，解決實(shí)際問題。關(guān)現(xiàn)象，解決實(shí)際問題。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 學(xué)習(xí)難點(diǎn)學(xué)習(xí)難點(diǎn)： 1 1、兩種改變物體內(nèi)能的方式、兩種改變物體內(nèi)能的方式 2 2、能量守恒定律。能量守恒定律。 3

2、 3、從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解熱力學(xué)第一定律，會(huì)用、從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解熱力學(xué)第一定律，會(huì)用 U = Q + WU = Q + W分析和計(jì)算有關(guān)問題。分析和計(jì)算有關(guān)問題。 1 1、如、如何用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析何用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析 物理現(xiàn)象物理現(xiàn)象； 2 2、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第一定律U = Q + WU = Q + W中各中各 物理量的意義及正負(fù)號(hào)的確定。物理量的意義及正負(fù)號(hào)的確定。 在有機(jī)玻璃筒在有機(jī)玻璃筒 底放置少量的底放置少量的 易燃物易燃物,例如蓬例如蓬 松的棉花松的棉花,迅速迅速 壓下筒中的活壓下筒中的活 塞塞,觀察筒底物觀察筒底物 品的變化。品的變化。 演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)

3、驗(yàn) 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么？這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么？ 做功使得玻璃筒內(nèi)氣體溫度升高了，做功使得玻璃筒內(nèi)氣體溫度升高了， 也就是說氣體的內(nèi)能發(fā)生了變化。也就是說氣體的內(nèi)能發(fā)生了變化。 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 焦耳通過實(shí)驗(yàn)，對這個(gè)現(xiàn)象做了定量焦耳通過實(shí)驗(yàn)，對這個(gè)現(xiàn)象做了定量 的研究和分析。的研究和分析。 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 實(shí)驗(yàn)一：對系統(tǒng)做機(jī)械功實(shí)驗(yàn)一：對系統(tǒng)做機(jī)械功 重物下落帶動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)，重物下落帶動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)， 通過攪拌對通過攪拌對絕熱容器絕熱容器內(nèi)的內(nèi)的 液體做功，使液體升溫，液體做功，使液體升溫， 即狀態(tài)發(fā)生變化。即狀態(tài)發(fā)生變化。 實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的

4、數(shù)值就只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值就 相同，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。相同，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 實(shí)驗(yàn)二：對系統(tǒng)做電功實(shí)驗(yàn)二：對系統(tǒng)做電功 電流通過電熱絲使電流通過電熱絲使 絕熱容器絕熱容器內(nèi)的液體溫內(nèi)的液體溫 度升高。度升高。 實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：對同一系統(tǒng)，在絕熱過程中只要所做的電功相同，對同一系統(tǒng)，在絕熱過程中只要所做的電功相同， 系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同。系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同。 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 在各種不同的在各種不同的絕熱過程絕熱過程中，如果使系統(tǒng)從狀中，如果使系統(tǒng)從狀 態(tài)態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)變?yōu)闋顟B(tài)2，所

5、需外界做功的數(shù)量是相同的。，所需外界做功的數(shù)量是相同的。 解釋：解釋：在各種不同的絕熱過程中，要使系統(tǒng)狀態(tài)在各種不同的絕熱過程中，要使系統(tǒng)狀態(tài) 發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個(gè)狀態(tài)決定，發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個(gè)狀態(tài)決定， 與做功方式無關(guān)。與做功方式無關(guān)。 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 回顧哪些力做功僅由物體的起點(diǎn)和回顧哪些力做功僅由物體的起點(diǎn)和 終點(diǎn)兩個(gè)位置決定與物體的運(yùn)動(dòng)路徑終點(diǎn)兩個(gè)位置決定與物體的運(yùn)動(dòng)路徑 無關(guān)？無關(guān)？ 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 1、任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)、任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng) 自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與自身狀態(tài)的物理

6、量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與 外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個(gè)外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個(gè) 物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。 思考：思考：在第七章中我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)過內(nèi)能的概念是什么呢？在第七章中我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)過內(nèi)能的概念是什么呢？ 當(dāng)時(shí)講的內(nèi)能的變化與什么有關(guān)？而這一致嗎？有何關(guān)當(dāng)時(shí)講的內(nèi)能的變化與什么有關(guān)？而這一致嗎？有何關(guān) 系？系？ 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 2、當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)、當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，時(shí)， 內(nèi)能的增加量內(nèi)能的增加量U=U2-U1就等于外界對系統(tǒng)所做就等于外界對系統(tǒng)所做 的功的功W，即，即U=W。

7、拓展思考：拓展思考：在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功，在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功， 系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系 統(tǒng)對外界做功呢？統(tǒng)對外界做功呢？ 功和內(nèi)能功和內(nèi)能 3、熱傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。、熱傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。 2、發(fā)生條件：、發(fā)生條件：物體之間或物體的不同部分之間存在溫物體之間或物體的不同部分之間存在溫 度差。度差。 1、兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)溫度高的物體要降、兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)溫度高的物體要降 溫，溫度低的物體要升溫，我們說熱量從高溫物體傳溫，溫度低的物體要升溫，我們說熱量從高溫

8、物體傳 到了低溫物體。這樣的過程叫做熱傳遞。到了低溫物體。這樣的過程叫做熱傳遞。 熱和內(nèi)能熱和內(nèi)能 回顧：熱傳遞回顧：熱傳遞 1、熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)、熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng) 從狀態(tài)從狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)經(jīng)過單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增量，內(nèi)能的增量U=U2-U1就等就等 于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即，即U=Q。 2、像做功一樣，熱量的概念也只有在涉及能量的傳遞時(shí)才有、像做功一樣，熱量的概念也只有在涉及能量的傳遞時(shí)才有 意義。所以不能說物體具有多少熱量，只能說物體吸收或放出了意義。所以不能說物體具有多少熱

9、量，只能說物體吸收或放出了 多少熱量。多少熱量。 外界沒有對系統(tǒng)（水）做功，只對外界沒有對系統(tǒng)（水）做功，只對 系統(tǒng)傳熱，同樣能改變系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)傳熱，同樣能改變系統(tǒng)的狀態(tài)。 拓展思考拓展思考：在單純傳熱過程中，系統(tǒng)從外界吸熱，系統(tǒng)的內(nèi)能怎在單純傳熱過程中，系統(tǒng)從外界吸熱，系統(tǒng)的內(nèi)能怎 么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對外界放熱呢？么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對外界放熱呢？ 熱和內(nèi)能熱和內(nèi)能 1 1、物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加。、物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加。 2 2、物體對外界放熱，物體內(nèi)能減少。、物體對外界放熱，物體內(nèi)能減少。 熱和內(nèi)能熱和內(nèi)能 改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式 做功熱傳遞 對內(nèi)

10、對內(nèi)對外對外 吸熱吸熱放熱放熱 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） （3）做功和熱傳遞在改變內(nèi)能效果上是等 效的 思考：做功和熱傳遞的聯(lián)系和區(qū)別 （1）做功改變內(nèi)能：實(shí)質(zhì)上是其它形式 的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化 （2）熱傳遞：實(shí)質(zhì)上是各物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 1.內(nèi)能內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量狀態(tài)量，一個(gè)物體在不同的狀態(tài)下 有不同的內(nèi)能 2內(nèi)能與熱量的區(qū)別 2.熱量熱量是一個(gè)過程量過程量，它表示由于熱傳遞而引 起的變化過程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量。 3.如果沒有熱傳遞，就沒有熱量可言， 但此時(shí)仍有內(nèi)能 1. 1.一個(gè)物體，它既

11、沒有吸收熱量也沒有一個(gè)物體，它既沒有吸收熱量也沒有 放出熱量，那么：放出熱量，那么： 如果外界做的功為，則它的內(nèi)能如果外界做的功為，則它的內(nèi)能 如何變化？變化了多少？如何變化？變化了多少？ 如果物體對外界做的功為，則它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？的內(nèi)能如何變化？變化了多少？ 問題研究問題研究 1. 1.一個(gè)物體，如果它既沒有一個(gè)物體，如果它既沒有 吸收熱量也沒有放出熱量，吸收熱量也沒有放出熱量， 那么，外界對它做多少功，那么，外界對它做多少功， 它的內(nèi)能就增加多少；物它的內(nèi)能就增加多少；物 體對外界做多少功，它的體對外界做多少功，它的 內(nèi)能就減少多少內(nèi)能就減少多少

12、. . 2.一個(gè)物體，如果外界既沒有對物體一個(gè)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：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)能如如果物體吸收熱量，它的內(nèi)能如 何變化？變化了多少？何變化？變化了多少？ 如果放出熱量，它的內(nèi)能如何變?nèi)绻懦鰺崃?，它的?nèi)能如何變 化？變化了多少？化？變化了多少？ 2.2.如果外界既沒有對物體做如果外界既沒有對物體做 功，物體也沒有對外界做功，物體也沒有對外界做 功，那么物體吸收了多少功，那么物體吸收了多少 熱量，它的內(nèi)能就增加多熱量，它的內(nèi)能就增加多 少，物體放出了多少熱量，少，物體放出了多少熱量， 它的內(nèi)能就減少多少它的

13、內(nèi)能就減少多少. . 3.如果物體在跟外界同時(shí)發(fā)如果物體在跟外界同時(shí)發(fā) 生做功和熱傳遞的過程中，生做功和熱傳遞的過程中， 內(nèi)能的變化內(nèi)能的變化U與熱量及與熱量及 做的功之間又有什么關(guān)系做的功之間又有什么關(guān)系 呢？呢？ U = Q + WU = Q + W U U 物體內(nèi)能的增加量物體內(nèi)能的增加量 W W 外界對物體做的功外界對物體做的功 Q Q 物體吸收的熱量物體吸收的熱量 一一.熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律： 1、內(nèi)容：、內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增 量等于外界向它傳遞的熱量與外界對量等于外界向它傳遞的熱量與外界對 它所做的功的和它所做的功的和 2、表達(dá)式：、表達(dá)式：

14、 U Q + W 3.符號(hào)規(guī)定：符號(hào)規(guī)定： U Q + W UQW + - 增加量增加量 減小量減小量 對內(nèi)做功對內(nèi)做功 對外做功對外做功 吸熱吸熱 放熱放熱 (10-3)1.在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，1g水由液水由液 態(tài)變成同溫度的氣態(tài)，其體積由態(tài)變成同溫度的氣態(tài)，其體積由1.043cm3變?yōu)樽優(yōu)?676cm3。 已知水的汽化熱為已知水的汽化熱為2263.8J/g。求：。求： (1)體積膨脹時(shí)氣體對外界作的功體積膨脹時(shí)氣體對外界作的功W； (2)氣體吸收的熱量氣體吸收的熱量Q； (3)氣體增加的內(nèi)能氣體增加的內(nèi)能U。 (1)169.7J，(2)2263.

15、8J，(3)2094.1J 如何求對外做的功？如何求對外做的功？ 什么是汽化熱？什么是汽化熱？ 汽化熱和哪些因素有關(guān)？汽化熱和哪些因素有關(guān)？ 鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)1： 思考思考 (10-3)2. 如圖所示的容器，如圖所示的容器，A、B中各有一個(gè)可自由移中各有一個(gè)可自由移 動(dòng)的活塞，活塞下面是水上面是大氣、大氣壓恒定，動(dòng)的活塞，活塞下面是水上面是大氣、大氣壓恒定， A、B間帶有閥門間帶有閥門K的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱，的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱， 開始時(shí)開始時(shí)A的水面比的水面比B高，開啟高，開啟K，A中的水逐漸向中的水逐漸向B中中 流，最后達(dá)到平衡，在這個(gè)過程中流，最后達(dá)到平衡，在這個(gè)過程

16、中 （ ） A.大氣壓力對水作功，水的內(nèi)能增加大氣壓力對水作功，水的內(nèi)能增加 B.水克服大氣壓力作功，水的內(nèi)能減少水克服大氣壓力作功，水的內(nèi)能減少 C.大氣壓力對水不作功，水的內(nèi)能不變大氣壓力對水不作功，水的內(nèi)能不變 D.大氣壓力對水不作功，水的內(nèi)能增加大氣壓力對水不作功，水的內(nèi)能增加 1.自然界中存在不同形式的能自然界中存在不同形式的能 動(dòng)能動(dòng)能 重力勢能重力勢能 彈性勢能彈性勢能 電能電能 內(nèi)能內(nèi)能 . . 動(dòng)能動(dòng)能 重力勢能重力勢能 彈性勢能彈性勢能 電能電能 內(nèi)能內(nèi)能 . . 2.不同形式的能之間可以發(fā)相互轉(zhuǎn)化不同形式的能之間可以發(fā)相互轉(zhuǎn)化 由特定的力做多少功來量度有多少能發(fā)生了轉(zhuǎn)化由

17、特定的力做多少功來量度有多少能發(fā)生了轉(zhuǎn)化 二二.能量守恒定律能量守恒定律 3.能量守恒定律：能量守恒定律： 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消 失，它只能從一種形式失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為另一種為另一種 形式，或者從一個(gè)物體形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到別的物到別的物 體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保 持不變持不變. 物理史問題：物理史問題： 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)？能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)？ 請閱讀課本請閱讀課本P56 （1）是一個(gè)普遍適用的定律）是一個(gè)普遍適用的定律 4.能量守恒定律的重要性能量守恒定律的重要性 比機(jī)械能守恒定律應(yīng)用

18、更廣比機(jī)械能守恒定律應(yīng)用更廣 （2）將各種現(xiàn)象聯(lián)系在一起）將各種現(xiàn)象聯(lián)系在一起 力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、生物學(xué). （3）指導(dǎo)著人們的生產(chǎn)、科研）指導(dǎo)著人們的生產(chǎn)、科研 泡利和費(fèi)米利用能量守恒預(yù)言了中微子的存在泡利和費(fèi)米利用能量守恒預(yù)言了中微子的存在 （4）19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一 細(xì)胞學(xué)說；生物進(jìn)化論細(xì)胞學(xué)說；生物進(jìn)化論 宣告了第一類永動(dòng)機(jī)造不成宣告了第一類永動(dòng)機(jī)造不成 熱力學(xué)第一定律是只研究內(nèi)能與其它形式的能發(fā)熱力學(xué)第一定律是只研究內(nèi)能與其它形式的能發(fā) 生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒關(guān)系生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒關(guān)系. （5）.與熱力學(xué)第一定

19、律的關(guān)系與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系 制造永動(dòng)機(jī)的千萬次努制造永動(dòng)機(jī)的千萬次努 力都以失敗而告終力都以失敗而告終 不需要?jiǎng)恿蛉剂希瑓s能源源不斷對外做功的機(jī)器不需要?jiǎng)恿蛉剂?，卻能源源不斷對外做功的機(jī)器 1.第一類永動(dòng)機(jī)第一類永動(dòng)機(jī) 2.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成 違背了能量守恒定律違背了能量守恒定律 三三.永動(dòng)機(jī)不可能制成永動(dòng)機(jī)不可能制成 學(xué)習(xí)了這一節(jié)后你有問題提出嗎？學(xué)習(xí)了這一節(jié)后你有問題提出嗎？ 對研究制作永動(dòng)機(jī)的看法？對研究制作永動(dòng)機(jī)的看法？ (10-3)3. 一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑 水平面上的木塊，未從木塊中穿出對于這一過程，水平面上的木塊，未從木塊中穿