熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律課件 新人教版選修

1、3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律熱力學(xué)第一定律能量守恒定律 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 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 數(shù)學(xué)表達(dá)式：u .qw熱量熱量功功 二、能量守恒定律 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 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 能量守恒定律是

2、自然界中最普遍、最重要的規(guī)律之一不變不變產(chǎn)生產(chǎn)生消失消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移保持不變保持不變?nèi)?、永?dòng)機(jī)不可能制成第一類永動(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)第一類永動(dòng)機(jī)由于違背了 ，所以不可能制成溫馨提示能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，任何一部機(jī)器，只要對(duì)外做功，都要消耗能量，使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，不消耗能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器(第一類永動(dòng)機(jī))是不可能制成的能量能量能量守恒定律能量守恒定律 一、熱力學(xué)第一定律 對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解(1)對(duì)uwq的理解：做功和熱傳遞都可以改變內(nèi)能，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程，那么外界對(duì)物體所做的功w加上物體從

3、外界吸收的熱量q等于物體內(nèi)能的增加u，即uqw.(2)對(duì)u、q、w符號(hào)的規(guī)定功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u為正值系統(tǒng)內(nèi)能減少，u0，即u為負(fù)值 改變內(nèi)能的兩種方式比較 比較項(xiàng)目做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加物體放出熱量，內(nèi)能減少物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的判斷是否做功的方法一般情況下外界對(duì)物體做功與否，需看物體的體積是否變化(1)若物體體積增大，表明物體對(duì)外界做

4、功，w0. 二、能量守恒定律的理解 能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等各種形式的能，通過(guò)某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 與某種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的能是否守恒是有條件的，例如，物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力做功；而能量守恒定律是沒(méi)有條件的，它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律能量守恒定律的重要意義(1)找到了各種自然現(xiàn)象的公共量度能量，從而把各種自然現(xiàn)象用定量規(guī)律聯(lián)系起來(lái)，揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性(2)突破了人

5、們關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械觀念的范圍，從本質(zhì)上表明了各種運(yùn)動(dòng)形式之間相互轉(zhuǎn)化的可能性能量守恒定律比機(jī)械能守恒定律更普遍，它是物理學(xué)中解決問(wèn)題的重要思維方法能量守恒定律與電子的發(fā)現(xiàn)、達(dá)爾文的進(jìn)化論并稱19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見(jiàn)(3)具有重大實(shí)踐意義，即徹底粉碎了永動(dòng)機(jī)的幻想第一類永動(dòng)機(jī)失敗的原因分析如果沒(méi)有外界熱源供給熱量，則有u2u1w，就是說(shuō)，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即u2u1，則w0故溫度升高，選a.答案a圖圖10-3-1【例2】 如圖10-3-2所示，一個(gè)小鐵塊沿半徑為r0.2 m的半球內(nèi)壁自上端由靜止下滑，當(dāng)滑至半球底部時(shí)，速度為1 m/s，設(shè)此過(guò)程中損失的機(jī)械能全部變?yōu)閮?nèi)能，

6、并有40%被鐵塊吸收已知鐵的比熱容c0.46103 j/(kg)，重力加速度g取10 m/s2.求鐵塊升高的溫度能量守恒定律的理解和應(yīng)用能量守恒定律的理解和應(yīng)用 圖圖10-3-2【變式2】 如圖10-3-3所示，a、b是兩個(gè)完全相同的鐵球，a放在絕熱板上，b用絕熱繩懸掛，現(xiàn)只讓它們吸收熱量，當(dāng)它們升高相同的溫度時(shí)，它們所吸收的熱量分別為qa、qb，則()圖10-3-3aqaqb bqaqb d無(wú)法確定qa、qb的大小解析由熱脹冷縮可知，a、b兩球體積增加，所以a球重心升高，克服重力做功，而b球重心降低，重力做正功，a、b兩球升高相同的溫度，內(nèi)能的增加相同，即u相同，由熱力學(xué)第一定律可知：qau

7、wa；qbuwb，故qaqb.答案c【例3】 2012江蘇單科，12a(3)如圖10-3-4所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)等壓過(guò)程到狀態(tài)b.此過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)p1.0105 pa，吸收的熱量q7.0102 j，求此過(guò)程中氣體內(nèi)能的增量熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用 圖圖10-3-4【變式3】 一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)變化過(guò)程表示在如圖10-3-5所示的pv圖上，氣體先由a狀態(tài)沿雙曲線經(jīng)等溫過(guò)程變化到b狀態(tài)，再沿與橫軸平行的直線變化到c狀態(tài)，a、c兩點(diǎn)位于與縱軸平行的直線上，以下說(shuō)法中正確的是 ()圖圖10-3-5a由a狀態(tài)至b狀態(tài)過(guò)程中，氣體放出熱量，內(nèi)能不變b由b狀態(tài)至c狀態(tài)過(guò)程中，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能增加，平均每個(gè)氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)與器壁碰撞的次數(shù)不變cc狀態(tài)與a狀態(tài)相比，c狀態(tài)分子平均距離較大，分子平均動(dòng)能較大db狀態(tài)與a狀態(tài)相比，b狀態(tài)分子平均距離較小，分子平均動(dòng)能相等解析由a到b的過(guò)程是等溫過(guò)程，所以內(nèi)能不發(fā)生變化，氣