人教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律第2节热力学第一定律 第3节能量守恒定律课件（18页PPT）

(共18张PPT)
第三章　热力学定律
第2节　热力学第一定律
第3节　能量守恒定律
1.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。
2.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规 律。
3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。
学习任务一　热力学第一定律
1. 内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的 与外界 对它所做的 的和。
2. 表达式：ΔU＝ 。
热量　
功　
Q＋W　
气象探测气球内充有常温常压的氦气，从地面上升至某高空的过程中，气球 内氦气的压强随外部气压减小而逐渐减小，其温度因启动加热装置而保持不 变，高空气温为－7.0 ℃，球内氦气可视为理想气体。若在此高空，关闭加 热装置后，则：
（1）氦气对外界做功还是外界对氦气做功？
（1）根据题意知，关闭加热装置后，气象探测气球的体积减小，外界对氦 气做功。
（2）氦气吸热还是放热？
（2）在此高空，ΔU＜0，W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q＜ 0，即氦气向外放热。
A. 对外做功，内能不变 B. 向外放热，内能减少
C. 分子的平均动能变小 D. 吸收的热量等于内能的增加量
解析：根据题意可知，气球缓慢上升的过程中，气体温度不变，则气体的内 能不变，分子的平均动能不变，气体的体积变大，气体对外做功，由热力学 第一定律可知，由于气体的内能不变，则吸收的热量与气体对外做的功相 等。故选A。
A
【典例2】　若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面 的过程中，对外界做了0.6 J的功，设此过程中湖水的温度相等且保持不变。
（1）气泡上升过程中吸收的热量是多少？
（1）0.6 J
解析：（1）气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋
W，则Q＝ΔU－W＝0－（－0.6 J）＝0.6 J，即吸收的热量是0.6 J。
（2）气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1
J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？
（2）0.2 J
解析：（2）由热力学第一定律得ΔU'＝Q'＋W'＝0.3 J＋（－0.1 J）＝0.2 J，即内能增加了0.2 J。
学习任务二　能量守恒定律
1. 能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式 为其他 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 的总量 。
转化　
转移　
保持不变　
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。
对外做功　
能量守恒　
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。
A. 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B. 某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C. 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机，是不可 能制成的
D. 石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
ABC
解析：不同形式的能量间的转化过程中，能量是守恒的，即某种形式的能量 减少，一定存在其他形式的能量增加，A正确；能量在不同的物体间发生转 化和转移的过程中，能量是守恒的，即某个物体的能量减少，必然有其他物 体的能量增加，B正确；第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒 定律，C正确；石子从空中落下的过程中，机械能在变化，比如受空气阻力 作用使机械能减少，最后停止在地面上时机械能并没有消失，而是转化成其 他形式的能，能量守恒定律表明能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，D 错误。
B
A. A、B两点的向心加速度大小相同
B. A、B两点的线速度大小不同，角速度大小相同
C. 此过程虽然不违反能量守恒定律，但不可能发生
D. 此过程违反能量守恒定律，但可能发生，说明第一类永动机可以制成
解析：根据同轴转动角速度相等知，A、B两点的角速度大小相同，根据v＝ ωr知A点半径大，线速度较大，故B正确；根据a＝ω2r知A点半径大，加速度 较大，故A错误；饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球，其间以一个玻 璃管连接，内部装有易挥发的液体。其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸 发会吸收头部空气中的热量，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子 中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾 斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子 中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾 到了水，鸟嘴的水分蒸发，重复前方的运动，即饮水鸟上下运动的能量来源 于周围空气的内能，此过程不违反能量守恒定律，可能发生，故C错误；D.
此过程不违反能量守恒定律，可能发生，说明第一类永动机不可以制成，故 D错误。故选B。
A. Q1＜Q2，ΔU1＝ΔU2 B. Q1＜Q2，ΔU1＜ΔU2
C. Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2 D. Q1＝Q2，ΔU1＝ΔU2
A
解析：一定量的气体，内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相 同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU。第一种情况，汽缸与活塞都 固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1＝0；第二种情况，活塞自由移 动，气体体积增大，气体对外做功，W2＜0。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU1＝ΔU，Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2＞ΔU，则Q2＞Q1。
A. 能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化
B. 只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律
C. 能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D. 任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的 能量，就能得到多少其他形式的能量，且能的总量保持不变
解析：各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且 有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律，A错误，符合题意，B、C、 D正确，不符合题意。
A
3. 在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水蒸 气，其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3。已知水的汽化热为2 263.8 J/g，标准 大气压p＝1.013×105 Pa。求：
（1）体积膨胀时气体对外界做的功W；
（1）169.7 J
解析：取1 g水为研究系统，把大气视为外界。1 g沸腾的水变成同温
度的水蒸气需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所
以有ΔU＜Q吸。
（1）气体在等压（大气压）下膨胀对外做的功为W＝p（V2－V1）＝
1.013×105×（1 676－1.043）×10－6J≈169.7 J。
（2）气体吸收的热量Q；
（2）2 263.8 J
解析：（2）气体吸收的热量Q＝mL＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J。
（3）2 094.1 J
（3）气体增加的内能ΔU。
解析：（3）根据热力学第一定律得ΔU＝Q－W＝2 263.8 J－169.7 J＝2 094.1 J。