3.1　热力学第一定律　能量的转化与守恒 课件(共31张PPT)

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第三章　热力学定律
热力学第一定律
能量的转化与守恒
请观察实验，思考问题：为什么筒底的易燃的棉花会被点燃呢？
2
理解热力学第一定律并能运用热力学第一定律分析和解决相关问题
1
知道做功和热传递是改变系统内能的两种方式,理解内能与功、热量的关系
重难点
3
知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因
热力学第一定律
1.幼儿园里一般都有滑梯,小朋友沿滑梯下滑时屁股常会感到发热,这是为什么
小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功,内能增加。
2.“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还能够感到温暖 现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点
人身体没和炉子发生接触也可以感到温暖是因为热量可以通过热传递向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。
3.以上两个现象说明了什么
说明做功和热传递都可以改变物体的内能。
1.改变物体内能的两种方式: 和 。
2.功、热量和内能改变的关系
(1)如果一个物体既不吸热也不放热,那么,当外界对它做功时,物体内能
,且增加量 外界做的功;当物体对外界做功时,物体内能 ,且减少量 物体做的功。
(2)如果一个物体既不对外界做功,外界也不对它做功,那么当物体从外界吸热时,物体内能 ,其增加量 吸收的热量;当物体向外放热时,物体内能 ,其减少量 放出的热量。
做功
热传递
增加
等于
减少
等于
增加
等于
减少
等于
3.热力学第一定律
(1)内容
如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程,那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体 与物体从外界 之和。
(2)表达式:ΔU=________
(3)应用表达式ΔU=W+Q解题时应注意各物理量的正负:
①ΔU的正负:当物体内能增加时,ΔU为 值,当物体内能减小时,ΔU为
值(均选填“正”或“负”)。
所做的功W
吸收的热量Q
Q+W
正
负
4.第一类永动机
(1)概念:不消耗任何能量而能永远 的机器。
(2)原因:设想能量能够无中生有地创造出来,违背了 。
对外做功
热力学第一定律
②W的正负:外界对物体做功时,W为 值;物体对外界做功时,W为 值(均选填“正”或“负”)。
③Q的正负:物体从外界吸热时,Q为 值;物体向外界放热时,Q为 值(均选填“正”或“负”)。
正
负
正
负
如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，右侧与绝热活塞之间是真空的。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气，则气体自发扩散前后内能变化了吗？为什么？气体在被压缩的过程中内能如何变化？为什么？
气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能不变；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因汽缸绝热，则气体内能增大。
2.如图,在气缸内活塞左边封闭着一定质量的气体,压强与大气压相同。把气缸和活塞固定,使气缸内气体升高一定的温度,气体吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动(活塞与气缸间无摩擦、不漏气),也使气缸内气体温度升高相同温度,其吸收的热量为Q2。Q1和Q2哪个大些 为什么
活塞与气缸都固定不动时,气体的体积不变,没有做功
过程发生,气体吸收的热量Q1全部用于增加气体的
内能即为ΔU=Q1,如果活塞可以自由滑动,温度升高,
气体膨胀,会推动活塞向外运动,对外做功,当气体升高相同温度时,气体内能的增加量与前一个过程是相同的,也是Q1,根据热力学第一定律ΔU=Q1=W+Q2,由于W<0,所以Q2>Q1。
(1)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。(　　)
(2)做功和传热都可以改变物体的内能,从效果上是等效的。(　　)
(3)传热只能发生在两个物体间,同一物体不能发生传热。(　　)
×
√
×
1.关于系统的内能及其变化,下列说法中正确的是
A.系统的温度改变时,其内能必定改变
B.系统对外做功,其内能不一定改变;向系统传递热量,其内能不一定改变
C.对系统做功,系统内能必定改变;系统向外传出一定热量,其内能必定改变
D.若系统与外界不发生热交换,则系统的内能必定不改变
√
2.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是
A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
√
功与内能的区别
(1)功是过程量,内能是状态量。
(2)物体的内能大,并不意味着外界对它做功多,只有在绝热过程中,内能变化越大时相应做的功越多。
3.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(不计气泡内空气分子的势能),则下列说法正确的是
A.气泡对外做功,内能不变,同时放热
B.气泡对外做功,内能不变,同时吸热
C.气泡内能减少,同时放热
D.气泡内能不变,不吸热也不放热
√
理想气体(不计分子势能)的内能只取决于温度,温度不变,则内能不变,ΔU=0。
4.(多选)(2023·河南南阳市高二期末)如图甲所示，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(如图乙所示)。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为25 J。燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1 m，其做的功相等于9×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(如图丙所示)，该做功冲程气体传递给汽缸的热量为30 J，则
A.压缩冲程气体内能的变化量为230 J
B.压缩冲程气体内能的变化量为175 J
C.做功冲程气体内能的变化量为－930 J
D.做功冲程气体内能的变化量为－900 J
√
√
应用热力学第一定律解题的一般步骤:
(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负;
(2)根据ΔU=W+Q列方程求出未知量;
(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况。
能量的转化与守恒
1.如图为一种所谓“全自动”的机械手表，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？
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。
能量守恒定律的发现
(1)迈尔的发现:从理论上具体地论证了机械能、内能、化学能、电磁能等都可相互转化,提出了物理、化学过程中 的思想。
能量守恒
能量守恒定律的发现
(2)焦耳的研究:通过实验得出了 ,从而给出了电能向内能转化的定量关系,为发现普遍的能量守恒定律打下基础。
(3)亥姆霍兹的贡献:系统地阐述了能量守恒原理,从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程,揭示了它们之间的统一性,将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来。
焦耳定律
能量守恒定律
(1)内容
能量既不会 ,也不会 ,它只能从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到其他物体,而能量的总值 。
(2)意义
揭示了自然科学各个分支之间的 ,是自然界内在 的第一个有力证据。
消失
创生
转化
转移
保持不变
普遍联系
统一性
热力学第一定律与能量守恒定律的比较
(1)能量守恒定律是各种形式的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,范围广泛。
(2)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,是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。
(1)能量既可以转移又可以转化,故能的总量是可以变化的。(　　)
(2)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(　　)
(3)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。
(　　)
(4)第一类永动机不能制成,因为它违背了能量守恒定律。(　　)
×
√
×
√
5.(2023·黑龙江大庆实验中学高二期中)有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件,当对它挤压或拉伸时,它的两端就会形成一定的电压,这种现象称为压电效应。一种燃气打火机,就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮,压电陶瓷片就会产生10~20 kV的高压,形成火花放电,从而点燃可燃气体。在上述过程中,压电陶瓷片完成的能量转化是
A.化学能转化为电能 B.内能转化为电能
C.化学能转化为光能 D.机械能转化为电能
√
6.某同学想要估测每秒太阳辐射到地球表面上的能量,他用一个横截面积为S=3.2 dm2的保温圆筒,筒内装有质量为m=0.4 kg的水,让太阳光垂直照射t=3 min,水升高的温度Δt=2.2 ℃,已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃),地球半径为R=6 400 km,试估算出太阳向地球表面辐射能量的功率(提示:Q=cmΔt)。
答案　8.3×1016 W
热力学第一定律
能量的转化与守恒
目标一：热力学第一定律
内容：能量的总量保持不变
内容：ΔU= Q+ W
目标二：能量的转化与守恒
总结提升：ΔU= Q+ W
各量的正负
当系统内能增加时，
ΔU取正值
外界对系统做功时，
W取正值
外界对系统传递的
热量，Q取正值