2014-2015学年人教版选修3-3 第十章第3节：热力学第一定律 能量守恒定律 课件（29张）

课件30张PPT。3 热力学第一定律 能量守恒定律一、热力学第一定律
1.功和热:改变系统的状态,_____和_______这两种方法是等
效的,即一定数量的功与确定数量的热相对应。
2.热力学第一定律:
(1)内容:一个热力学系统的内能_____等于外界向它传递的
_____与外界对它所做的___的和。
(2)表达式:________。做功热传递增量热量功ΔU=Q+W二、能量守恒定律
1.能量守恒定律:
(1)内容:能量既不会凭空_____,也不会凭空_____,它只能从
一种形式_____为另一种形式,或者从一个物体_____到别的
物体,在转化或转移的过程中,能量的_____保持不变。
(2)意义:
①各种形式的能可以相互_____。
②各种互不相关的物理现象可以用_________定律联系在一起。产生消失转化转移总量转化能量守恒2.第一类永动机不可能制成:
(1)第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地_____
_____的机器。
(2)第一类永动机不可能制成的原因:违背了_________定律。
(3)意义:正是历史上设计永动机的失败,才使后人的思考走
上了正确的道路。对外做功能量守恒1.判一判
(1)做功和热传递在改变物体内能上是不等效的。 ( )
(2)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能凭空消失了。 ( )
(3)功和能可以相互转化。 ( )
(4)第一类永动机不能制成,是因为它违背了能的转化和守恒定律。 ( )提示：(1)×。做功和热传递都能改变物体的内能且等效。
(2)×。能量不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式的能转化为另一种形式的能,或者从一个物体转移到另一个物体,且转移过程中能量的总量不变。运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能转化成了内能。
(3)×。各种形式的能可以相互转化,功是能量转化的量度,但功与能不可以相互转化。
(4)√。第一类永动机是指不需要任何动力和燃料,却能不断地对外做功的机器,很显然它违背了能的转化和守恒定律。2.想一想
(1)热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗?
提示：是。热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律在不同形式的能相互转化时的具体体现。(2)有一种所谓“全自动”机械手表,既不需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去。这是不是一种永动机?如果不是,维持表针走动的能量是从哪儿来的?
提示：这不是永动机。手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量,供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动,它就会停下来。主题一 热力学第一定律
1.一个物体,它既没有吸收热量也没有放出热量,那么:
(1)如果外界对物体做的功为W,则它的内能如何变化?变化了多少?
(2)如果物体对外界做的功为W,则它的内能如何变化?变化了多少?
提示：(1)一个物体,如果它既没有吸收热量也没有放出热量,那么,外界对它做功为W,它的内能就增加W;
(2)物体对外界做功为W,它的内能就减少W。2.一个物体,如果外界既没有对它做功,它也没有对外界做功,那么:
(1)如果物体从外界吸收热量Q,它的内能如何变化?变化了多少?
(2)如果物体向外界放出热量Q,它的内能如何变化?变化了多少?
提示：(1)如果外界既没有对物体做功,物体也没有对外界做功,那么物体从外界吸收热量Q,它的内能就增加Q;
(2)物体向外界放出热量Q,它的内能就减少Q。3.一定质量的气体,膨胀时对外做功,同时向外放热,气体的内能增加了还是减少了?若气体对外做功的同时吸收热量呢?
提示：气体的内能减少了;若气体对外做功的同时吸收热量,则要看对外做的功W和吸收的热量Q的关系,若W>Q,则内能减少,若W区分热力学第一定律公式ΔU=W+Q中各量的正负是一个难点,容易出错。为此要明确以下两点:
(1)凡是对研究对象“有利”的,即外界对物体做功、吸收热量、内能增加皆取正。
(2)凡是对研究对象“不利”的,即物体对外界做功、放出热量、内能减少皆取负。【典例1】(2013·西城高二检测)外界对一定质量的气体做了
200 J的功,同时气体又向外界放出了80 J的热量,则气体的内
能 (选填“增加”或“减少”)了 J。
【解题探究】(1)热力学第一定律的公式________。
(2)___________做功、_____热量、内能_____皆取正号;
___________做功、_____热量、内能_____皆取负号。ΔU=W+Q外界对物体吸收增加物体对外界放出减少【解析】外界对气体做了200 J的功,则W=200 J,气体向外界放出了80 J的热量,则Q=-80 J,根据热力学第一定律
ΔU=W+Q得:
ΔU=200 J-80 J=120 J>0,故内能增加,增加了120 J。
答案：增加 120【变式训练】一定质量的理想气体,若外界对气体做功4.0× 104J,同时气体内能减少1.7×104J。关于此次过程,下列说法正确的是 ( )
A.气体从外界吸收热量为2.3×104J
B.气体向外界放出热量为2.3×104J
C.气体从外界吸收热量为5.7×104J
D.气体向外界放出热量为5.7×104J
【解析】选D。由题意得:W=4.0×104J,ΔU =-1.7×104J,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,解得:Q=-5.7×104J,即在此过程中气体放热,放出5.7×104J的热量。主题二 能量守恒定律
1.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?
提示：能量守恒定律是各种形式能相互转化或转移的过程,总能量保持不变。它包括各个领域,其范围广泛,热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移,是能量守恒定律的具体体现。2.什么是第一类永动机?它能实现吗?
提示：不消耗任何能量,却可以源源不断地对外做功的机器叫做第一类永动机;第一类永动机不能实现,因为第一类永动机违反了能量守恒定律。【知识点睛】(1)热力学第一定律与能量守恒定律密切相关,是能量守恒定律的具体体现。
(2)第一类永动机违背能量守恒定律,不能制成。【误区警示】热力学第一定律与能量守恒定律的关系
利用能量的观点处理物理问题是我们常用的思维方法,有学生认为热力学第一定律与能量守恒定律无关。为此教师应讲明热力学第一定律是能量守恒定律的一种表现形式,与能量守恒定律相关。【典例2】(2011·江苏高考)(1)如图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是 ( )A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高
D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 (2)如图所示,内壁光滑的汽缸水平放置,一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内,外界大气压强为p0。现对汽缸缓慢加热,气体吸收热量Q后,体积由V1增大到V2,则在此过程中,气体分子平均动能 (选填“增大”“不变”或“减小”),气体内能变化了 。【解题探究】(1)永动机转动时能量的来源是_____;
(2)影响理想气体内能大小的因素是:_____、_________;
(3)理想气体做等压膨胀时,气体克服外界大气压力做功的表
达式为_________。热水温度物质的量p0(V2-V1)【解析】(1)选D。该永动机叶片进入水中,吸收热量而伸展划水,推动转轮转动,离开水面后向空气中放热,叶片形状迅速恢复,所以转动的能量来自热水,由于不断向空气释放热量,所以水温逐渐降低,A、B、C错,D对。
(2)气体做等压变化,体积变大,温度升高,平均动能增大,气体要克服大气压力做功,内能的变化为ΔU=Q-p0(V2-V1)。
答案：(1)D (2)增大 Q-p0(V2-V1)【变式训练】如图所示,一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置,绝热活塞的质量为5 kg,处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm,现在在活塞上方加一个质量为15 kg的物体。待稳定后,被封闭气体的高度变为40 cm,若大气压对气体做功为12 J,求在这一过程中气体的内能变化了多少?(g取10 m/s2,不考虑摩擦力)【解析】由热力学第一定律及能量守恒得:汽缸、活塞绝热Q=0,大气、活塞和物体的重力对气体做功,等于气体内能的增加量,即ΔU=W+(M+m)gh=12 J+(15+5)×10×(0.5-0.4)J=32 J
答案：增加了32 J