高中物理 第3章 第2節(jié) 熱力學(xué)第一定律 第三節(jié) 能量守恒定律精品課件 粵教選修33

1、2021/8/11 星期三1第二節(jié)熱力學(xué)第一定律第三節(jié)能量守恒定律2021/8/11 星期三2核心要點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2021/8/11 星期三3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知道第一類永動機不可能制成的原因重點難點：1.運用UWQ分析有關(guān)物理問題2會用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點分析解決有關(guān)問題2021/8/11 星期三4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

2、物體對外做功，則W0，U0，表明內(nèi)能_ 做功熱傳遞外界增加U減少2021/8/11 星期三53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Q0，U0，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2021/8/11 星期三6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，水輪機被水流沖擊轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電B利用地?zé)岚l(fā)電提示：A.機械能轉(zhuǎn)化為電能B熱能轉(zhuǎn)化為電能2021/8/11 星期三7二、熱力學(xué)第

3、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)2021/8/11 星期三8三、能量守恒定律1大量事實證明：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2021/8/11 星期三93能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的規(guī)律之一它和細胞學(xué)說、達爾文的生物進化論一起稱為19世紀自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)四、第一類永動機是

4、不可能造成的1第一類永動機： 不需要任何_或_卻能不斷對外_的機器2第一類永動機的設(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2021/8/11 星期三10核心要點突破一、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)一2021/8/11 星期三11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，W0.(2)若物體體積變小，外界對物體做功，W0.符號WQU外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加物體對外界做功物體放出熱

5、量內(nèi)能減少2公式UQW中的有關(guān)問題2021/8/11 星期三123幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q0，WU，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W0，則QU，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U0，則WQ0或WQ.2021/8/11 星期三134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UQW列出方程進行求解(4)特別注意的就是物理量的正、負號及其物理意義20

6、21/8/11 星期三14二、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2021/8/11 星期三15(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UWQ.則QUW，若已知氣體的做功情況和內(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2021/8/11 星期三162理想氣體狀

7、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W0.(3)若理想氣體在狀態(tài)變化過程中是絕熱的，則Q0.2021/8/11 星期三17特別提醒：(1)若熱力學(xué)過程中系統(tǒng)內(nèi)能不變，即U0，則WQ0，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

8、情況2021/8/11 星期三18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?nèi)粲猛饬將活塞B緩慢地向右拉動，如圖322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3222021/8/11 星期三19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

9、，因而氣體的內(nèi)能不變，故B選項正確2021/8/11 星期三20三、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：物體運動具有機械能、分子熱運動具有內(nèi)能、電荷具有電能、原子核內(nèi)部的運動具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應(yīng)2021/8/11 星期三21(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)能通過燃氣推動活塞做功而轉(zhuǎn)化為機械能等這些實例說明了不同形式的能量之間可以相

10、互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的2021/8/11 星期三222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動、發(fā)展、變化的普遍規(guī)律，熱力學(xué)第一定律、機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式利用E增E減列式求解2021/8/11 星期三23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的高度，效率為80%.則單位時間最多可提升

11、的水的質(zhì)量是多少？2021/8/11 星期三242021/8/11 星期三25課堂互動講練例1類型一熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用(單選)分別以p、V、T表示氣體的壓強、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(T1T0)；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V1V2V0，則()2021/8/11 星期三26Ap1p2，T1T2Bp1p2，T1T2Cp1p2，T1T2 Dp0p2，T1T22021/8/11 星期三27

12、【答案】A2021/8/11 星期三28類型二能量守恒定律的應(yīng)用例2(雙選)一帶電小球在空中由a點運動到b點的過程中，受重力、電場力和空氣阻力三個力的作用，若運動過程中重力勢能增加3 J，機械能增加0.5 J，電場力做功1 J，則小球()A重力做功3 J B電勢能增加1 JC克服空氣阻力做功0.5 J D動能減少2.5 J2021/8/11 星期三29【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械能的變化，故空氣阻力做的功為0.5 J，C正確；因為合力做的功為2.5 J，據(jù)動能定理知，小球動能減少2.5 J，

13、D正確【答案】CD2021/8/11 星期三30【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2021/8/11 星期三31(雙選)如圖322所示為沖擊擺實驗裝置，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()類型三能量轉(zhuǎn)化過程的分析例3圖3222021/8/11 星期三32A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2021/8/11 星期三33【自主解答】在子彈打入沙箱的過程中，沙箱對子彈的阻力使子彈動能減少，同時子彈對沙箱的作用力使