高中物理人教版选修1-2课件：2.1-2.2 能量守恒定律　热力学第一定律(共23张PPT)

(共23张PPT)
第二章 能量的守恒与耗散
一、　能量守恒定律
二、　热力学第一定律
1.知道各种形式的能量可以相互转化,理解能量守恒定律的基本内容。
2.知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律,会用能量守恒定律的观点解释一些常见的物理现象。
3.了解第一类永动机不可能实现的原因。
4.知道热力学第一定律的内容及表达式,明确表达式中各物理量及其正、负值代表的物理意义。
5.使用热力学第一定律分析和计算与热现象有关的一些简单问题。
6.了解热力学第一定律的发现过程及其对人类文明的促进作用。
一
二
三
四
一、能量的转化
1.能的形式
自然界中的物质做着各种形式的运动,与机械运动对应的是机械能,与物体中分子热运动对应的是内能,与电磁运动对应的是电磁能。
2.能的转化
热运动与机械运动、电磁运动等其他运动都有联系,各种运动都可以转化为热运动。各种形式的能都可以相互转化。





一
二
三
四
二、能量守恒定律
1.内容
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化和转移过程中其总量保持不变。这就是能量守恒定律。
2.意义
能量守恒定律把各种自然现象统一起来,描绘出一幅自然界普遍联系的清晰图景。






一
二
三
四
三、永动机
1.不需要动力,可以源源不断地对外做功的机械叫永动机。
2.任何一部机器,只能使能量从一种形式转化为另一种形式,而不能无中生有地制造能量。因此,不能造出永动机。




一
二
四
三
四、热力学第一定律
1.物体内能的增加等于物体从外界吸收的热量与外界对物体所做的功的总和,这就是热力学第一定律。
2.热力学第一定律是能量守恒定律在涉及热现象的宏观过程中的具体表述。




一
二
一、能量守恒定律的理解
1.能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能:机械运动有机械能,分子的热运动有内能,还有诸如电磁能、化学能、原子能等。
各种形式的能,通过某种力做功可以相互转化,例如:利用电炉取暖或烧水→电能转化为内能;
煤燃烧→化学能转化为内能;
列车刹车后,轮子温度升高→机械能转化为内能。
特别提醒与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的,例如,物体的机械能守恒,必须是只有重力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然现象都遵守的基本规律。
一
二
2.能量守恒定律的重要意义
(1)找到了各种自然现象的公共量度——能量,从而把各种自然现象用定量规律联系起来,揭示了自然规律的多样性和统一性。
(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围,从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一,其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。
特别提醒层出不穷的永动机设计方案,由于违背了能量守恒定律,无一例外地宣告失败,人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的。
一
二
二、对热力学第一定律的理解
1.对热力学第一定律的理解
在能的转化转移过程中,一个物体如果没有吸收热量也没有放出热量,那么外界对它做多少功它的内能就增加多少;如果它既没有对外做功,外界也没有对其做功,则它从外界吸收多少热量,它的内能就增加多少。用ΔU表示物体内能的增量,用Q表示吸收的热量,用W表示外界对物体所做的功,那么ΔU=Q+W,就是热力学第一定律的表达式。
一
二
2.与热力学第一定律相匹配的符号法则





3.热力学第一定律的意义
热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度,没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移,同时也进一步揭示了能量守恒定律。
一
二
4.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)根据方程ΔU=W+Q求出未知量;
(3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况。
类型一
类型二
类型三
【例题1】 一定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
点拨:热力学第一定律的表达式为ΔU=W+Q。熟悉各物理量的符号法则。

类型一
类型二
类型三
解析:因为外界对气体做功,W取正值,即W=8×104 J;内能减少,ΔU取负值,即ΔU=-1.2×105 J;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J,即选项B正确。
答案:B
题后反思注意热力学第一定律关系式中各物理量的符号法则。


类型一
类型二
类型三
【例题2】 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量,同时气体对外做了6×105 J的功,问:
(1)物体的内能是增加还是减少?变化量是多少?
(2)分子势能是增加还是减少?
(3)分子的平均动能是增加还是减少?
点拨:物体的内能是所有分子动能和势能的总和,分子势能是由分子间相互作用的距离决定的,温度是分子平均动能的标志。

类型一
类型二
类型三
解析:(1)气体从外界吸热为Q=4.2×105 J
气体对外做功W=-6×105 J
由热力学第一定律:
ΔU=W+Q=-6×105 J+4.2×105 J=-1.8×105 J
ΔU为负,说明气体的内能减少了,所以气体内能减少了1.8×105 J。
(2)因为气体对外做功,所以气体的体积膨胀,分子间的距离增大了,气体分子间的作用力表现为引力,克服分子力做功,气体分子势能增加了。
(3)因为气体内能减少,同时气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少了。
答案:见解析

类型一
类型二
类型三
题后反思本题以热力学第一定律关系式为起点,结合分子动理论中内能的定义,分析得出:①气体对外做功,体积膨胀,分子间的距离增大了,克服分子力做功,气体分子势能增加了;②气体内能减少,同时气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少了。
类型一
类型二
类型三
【例题3】 如图所示,直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加热气体使两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸热Q,气体的内能增加为ΔU,则(　　)
A.ΔU=Q　　　　　　　B.ΔUC.ΔU>Q D.无法比较
点拨:解题的关键是弄清参与转化和转移
的各种能量哪些增加、哪些减少。
解析:A、B两部分气体开始的合重心在中线以下,混合均匀后,合重心在中线上,所以系统的重力势能增大,根据能量守恒定律可得,气体吸收的热量应等于气体增加的重力势能与增加的内能之和,即Q=ΔEp+ΔU,显然Q>ΔU。
答案:B



类型一
类型二
类型三
题后反思应用能量守恒定律解决问题时,首先应明确有哪几种能量参与转化或转移,哪些增加、哪些减少,然后利用能量守恒观点列出方程求解。
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1关于物体内能的变化,下列说法正确的是(　　)
A.物体吸收热量,内能一定增大
B.物体对外做功,内能一定减小
C.物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变
D.物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变
解析:根据热力学第一定律,A选项不知做功情况,故不正确;B选项不知吸热情况,也不正确;D选项做功和热传递均耗费内能,不正确。所以正确选项为C。
答案:C


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2自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,下列说法正确的是 (　　)
A.秋千的机械能守恒
B.秋千的能量正在消失
C.只有动能和重力势能的相互转化
D.减少的机械能转化为内能,但总能量守恒
答案:D

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3气体膨胀对外做功100 J,同时从外界吸收了120 J的热量。它的内能的变化情况是(　　)
A.减小20 J B.增大20 J
C.减小220 J D.增大220 J
解析:研究对象为气体。依符号规则,对外做功W=-100 J,吸收热量Q=120 J。由热力学第一定律有
ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J。
ΔU>0,说明气体的内能增加。
答案:B


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4一木块沿粗糙的曲面下滑的过程中,系统的(　　)
A.机械能是守恒的
B.机械能逐渐增加,内能逐渐减少
C.总能量是守恒的
D.机械能逐渐减少,内能逐渐增加
解析:木块下滑的过程中,机械能逐渐减少,内能逐渐增加,减少的机械能转化为内能,机械能不守恒,但总能量守恒,所以C、D正确。
答案:CD