高二物理熱力學(xué)第一定律省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

熱力學(xué)第一定律能量守恒定律復(fù)習(xí)提問(wèn)1：分子動(dòng)理論內(nèi)容是什么？2：改變物體內(nèi)能方式是什么？3：改變物體內(nèi)能方式有何本質(zhì)區(qū)分？

本節(jié)課來(lái)討論做功和熱傳遞在改變內(nèi)能過(guò)程中所恪守規(guī)律。一、熱力學(xué)第一定律1、熱力學(xué)第一定律研究對(duì)象研究功、熱量和內(nèi)能改變之間定量關(guān)系。1/17記?。簩?xiě)成公式為：W+Q=ΔU了解；公式中W表示做功，Q表示熱量，ΔU表示內(nèi)能改變。

說(shuō)明：上式所表示功、熱量跟內(nèi)能改變之間定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律。2、熱力學(xué)第一定律表示式知道：改變物體內(nèi)能方式有兩種：做功和熱傳遞．

3、熱力學(xué)第一定律內(nèi)容

一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能增量等于外界向它傳遞熱量與外界對(duì)它所做功和。這個(gè)關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律。寫(xiě)成表示式為：W+Q=ΔU2/17

記住：利用此公式時(shí)，需要注意各物理量符號(hào)：物體內(nèi)能增加時(shí)，

ΔU

為正，物體內(nèi)能降低時(shí)，

ΔU

為負(fù)；外界對(duì)物體做功時(shí)，W

為正，物體對(duì)外界做功時(shí)，W為負(fù)；物體吸收熱量時(shí)，Q為正，物體放出熱量時(shí)，Q為負(fù)．

例1：以下說(shuō)法中正確是：（）

A、物體吸收熱量，其內(nèi)能必增加B、外界對(duì)物體做功，物體內(nèi)能必增加C、物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能降低D、物體溫度不變，其內(nèi)能也一定不變

評(píng)析：在分析問(wèn)題時(shí)，要求考慮比較周全，既要考慮到內(nèi)能包含分子動(dòng)能和分子勢(shì)能，又要考慮到改變內(nèi)能也有兩種方式：做功和熱傳遞

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例題2：空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中，空氣向外界傳遞熱量2.0×105J，同時(shí)空氣內(nèi)能增加了1.5×105J.這時(shí)，在壓縮空氣過(guò)程中，外界對(duì)空氣做了多少功？解：依據(jù)熱力學(xué)第一定律W+Q=ΔU知：W=ΔU－Q=+1.5×105J-（-2.0×105J）=+3.5×105J所以此過(guò)程中外界對(duì)空氣做了3.5×105J功。二、能量守恒定律1、復(fù)習(xí)各種能量相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移

（1）各種機(jī)器作用是什么？各種機(jī)械都是能量轉(zhuǎn)化器。（2）風(fēng)力發(fā)電是什么能轉(zhuǎn)化為何能？（3）化學(xué)上電解食鹽過(guò)程中是什么能轉(zhuǎn)化為何能？4/172、能量守恒定律：

記住能量守恒定律內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一個(gè)形式轉(zhuǎn)化為別形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過(guò)程中其總量不變．

3、能量守恒定律歷史意義。能轉(zhuǎn)化和守恒定律是分析處理問(wèn)題一個(gè)極為主要方法，它比機(jī)械能守恒定律更普遍。比如：物體在空中下落受到阻力作用時(shí)，物體機(jī)械能不守恒，但包含內(nèi)能在內(nèi)總能量是守恒。能轉(zhuǎn)化和守恒定律是19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)覺(jué)之一，也莊重宣告了永動(dòng)機(jī)幻想徹底破滅。5/17三、永動(dòng)機(jī)不可能制成2、永動(dòng)機(jī)給我們啟示人類(lèi)利用和改造自然時(shí)，必須遵照自然規(guī)律。下面讓我們來(lái)看看幾個(gè)永動(dòng)機(jī)模型。見(jiàn)識(shí)一下人們對(duì)永動(dòng)機(jī)研究情況：能量守恒定律是認(rèn)識(shí)自然、改造自然有力武器，這個(gè)定律將廣泛自然科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域聯(lián)絡(luò)起來(lái)，使不一樣領(lǐng)域科學(xué)工作者有一系列共同語(yǔ)言。1、第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)概念：不消耗能量機(jī)器。結(jié)果：無(wú)一例外地歸于失敗。原因：違反了能量守恒定律。6/17著名科學(xué)家達(dá)·芬奇早在15世紀(jì)就提出過(guò)永動(dòng)機(jī)不可能思想，他曾設(shè)計(jì)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)輪，如圖1所表示，

在轉(zhuǎn)輪邊緣安裝一系列容器，容器中充了一些水銀，他想水銀在容器中移動(dòng)有可能使轉(zhuǎn)輪永遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，不過(guò)經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究之后，得出了否定結(jié)論。他從許多類(lèi)似設(shè)計(jì)方案中認(rèn)識(shí)到永動(dòng)機(jī)嘗試是注定要失敗。他寫(xiě)道：“永恒運(yùn)動(dòng)幻想家們！你們探索何等徒勞無(wú)功！還是去做淘金者吧！”圖1達(dá)·芬奇構(gòu)想永動(dòng)機(jī)

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滾球永動(dòng)機(jī)

17世紀(jì)，英國(guó)有一個(gè)被關(guān)在倫敦塔下叫馬爾基斯犯人，他做了一臺(tái)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)“永動(dòng)機(jī)”，如圖2所表示。

轉(zhuǎn)輪直徑達(dá)4.3米，有40個(gè)各重23千克鋼球沿轉(zhuǎn)輪輻翼外側(cè)運(yùn)動(dòng)，使力矩加大，待轉(zhuǎn)到高處時(shí)，鋼球會(huì)自動(dòng)地滾向中心。聽(tīng)說(shuō)，他曾向英國(guó)國(guó)王查理一世演出過(guò)這一裝置。國(guó)王看了很是高興，就特赦了他。其實(shí)這臺(tái)機(jī)器是靠慣性來(lái)維持短時(shí)運(yùn)動(dòng)。

圖2

滾球永動(dòng)機(jī)

8/17軟臂永動(dòng)機(jī)

19世紀(jì)有些人設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊機(jī)構(gòu)，如圖3所表示。

它臂能夠彎曲。臂上有槽，小球沿凹槽滾向伸長(zhǎng)臂端，使力矩增大。轉(zhuǎn)到另一側(cè)，軟臂開(kāi)始彎曲，向軸心靠攏。設(shè)計(jì)者認(rèn)為這么能夠使機(jī)器取得轉(zhuǎn)矩。然而，他沒(méi)有想到力臂即使縮短了，阻力卻增大了，轉(zhuǎn)輪只能停頓在原地。

圖3

軟臂永動(dòng)機(jī)

9/17阿基米得螺旋永動(dòng)機(jī)

1681年，英國(guó)有一位著名醫(yī)生弗拉德提出一個(gè)提議，利用阿基米得螺旋（圖4）

把水池水提到高處，再讓升高水推進(jìn)水輪機(jī)，水輪機(jī)除了帶動(dòng)水磨做功以外，還可使阿基米得螺旋轉(zhuǎn)不停提水，如此周而復(fù)始，不就能夠無(wú)需擔(dān)心天旱水枯了嗎？一時(shí)間，響應(yīng)他人大有些人在，形形色色自動(dòng)水輪機(jī)陸續(xù)提出，竟出現(xiàn)了熱潮。

1.水溝

2.阿基米得螺旋

3.水輪

4.水磨

圖4

阿基米得螺旋永動(dòng)機(jī)

10/17磁力永動(dòng)機(jī)

大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石吸力能夠?qū)崿F(xiàn)永動(dòng)機(jī)。他設(shè)計(jì)如圖5所表示，

A是一個(gè)磁石，鐵球G受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端E處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復(fù)又被磁石吸引，鐵球就能夠沿螺旋路徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。大約他那時(shí)還沒(méi)有建立庫(kù)侖定律，不知道磁力大小是與距離平方成反比改變，只要認(rèn)真想一想，其荒謬處就一目了然了。

圖5

磁力永動(dòng)機(jī)

11/17假如說(shuō)永動(dòng)機(jī)“創(chuàng)造”對(duì)人類(lèi)有點(diǎn)益處話，那就是人們能夠從中吸收教訓(xùn)：一切違反能量轉(zhuǎn)化與守恒定律等自然規(guī)律“創(chuàng)造”都是注定要失敗

親愛(ài)讀者，你們讀了這些創(chuàng)造永動(dòng)機(jī)故事有什么感想？科學(xué)規(guī)律不容違反，違反了就要碰壁，大家千萬(wàn)不要做那種徒勞無(wú)功事??！

就在一些人熱衷于制造永動(dòng)機(jī)同時(shí)，科學(xué)家們從力學(xué)基本理論研究中逐步認(rèn)識(shí)到了自然界客觀規(guī)律性。繼達(dá)·芬奇之后，斯蒂文于1568年寫(xiě)了一本《靜力學(xué)基礎(chǔ)》，其中討論斜面上力分解問(wèn)題時(shí)，明確地提出了永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)觀點(diǎn)。

他所用插圖畫(huà)在該書(shū)扉頁(yè)上，見(jiàn)圖6，圖上方寫(xiě)著：“神奇其實(shí)并不神奇。”將14個(gè)等重小球均勻地用線穿起組成首尾相連球鏈，放在斜面上，他認(rèn)為鏈“運(yùn)動(dòng)沒(méi)有盡頭是荒謬”，所以兩側(cè)應(yīng)平衡。

右圖6為“神奇其實(shí)并不神奇”

12/17經(jīng)典例題

如圖所表示容器，A、B

中各有一個(gè)能夠自由移動(dòng)活塞，活塞下面是水，上面為大氣，大氣壓恒定。

A、B

間用帶有閥門(mén)管道相連，整個(gè)裝置與外界隔熱．A容器橫截面積大于

B

容器橫截面積，開(kāi)始時(shí)

A液面高于

B

液面，開(kāi)啟閥門(mén)后，A

中水逐步流向

B，直至兩邊液面相平．在這個(gè)過(guò)程中（）A、大氣壓力對(duì)水做功，水內(nèi)能增加B、水克服大氣壓力做功，水內(nèi)能減小C、大氣壓力對(duì)水不做功，水內(nèi)能不變D、大氣壓力對(duì)水不做功，水內(nèi)能增加D13/17習(xí)題精選1、一定質(zhì)量理想氣體，假如體積膨脹，同時(shí)吸收熱量，以下關(guān)于該氣體內(nèi)能改變說(shuō)法中正確是（）A、假如氣體對(duì)外做功大于吸收熱量，氣體內(nèi)能將降低

B、假如氣體對(duì)外做功小于吸收熱量，氣體內(nèi)能將降低

C、假如氣體對(duì)外做功等于吸收熱量，氣體內(nèi)能將不變

D、假如氣體對(duì)外做功等于吸收熱量，氣體內(nèi)能可能改變A、C2、關(guān)于能轉(zhuǎn)化與守恒定律以下說(shuō)法錯(cuò)誤是（）A、能量能從一個(gè)形式轉(zhuǎn)化為另一個(gè)形式能，但不能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一物體

B、能量形式各種多樣，它們之間能夠相互轉(zhuǎn)化

C、一個(gè)物體能量增加了，必定伴伴隨別物體能量降低

D、能轉(zhuǎn)化與守恒定律證實(shí)了第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能存在A14/173、一個(gè)物體沿粗糙斜面勻速滑下，則以下說(shuō)法正確是（）A、物體機(jī)械能不變，內(nèi)能也不變

B、物體機(jī)械能減小，內(nèi)能不變

C、物體機(jī)械能減小，內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量減小

D、物體機(jī)械能減小，內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量不變D

4、質(zhì)量M=4Kg重錘鍛打鐵器，鐵器質(zhì)量m=0.6Kg,已知重錘打擊前速度為v=10m/s,設(shè)打擊時(shí)有60%機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,其中50%使鐵器升溫,已知鐵比熱C=5×102J/Kg·℃,求重錘連續(xù)打擊20次后,鐵器溫度升高多少?解:重錘打擊一次動(dòng)能:EK=Mv2/2=200(J)重錘連續(xù)打擊20次動(dòng)能K總=4000(J)轉(zhuǎn)化成內(nèi)能ΔU=ηE總=2400(J)吸收熱量Q=ηΔU=1200(J)