高中物理 第3章 第2、3節(jié) 熱力學第一定律 能量守恒定律課件 粵教版選修3-3.ppt

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第二節(jié)熱力學第一定律第三節(jié)能量守恒定律 考點一熱力學第一定律 欄目鏈接 一根金屬絲經過某一物理過程 溫度升高了 除非事先知道 否則根本不能判定是經過對它做功的方法 還是使用了傳熱的方法使它的內能增加 因為單純地對系統(tǒng)做功和單純地對系統(tǒng)傳熱都能改變系統(tǒng)的內能 既然它們在改變系統(tǒng)內能方面是等效的 那么當外界對系統(tǒng)做功為W 又對系統(tǒng)傳熱為Q時 系統(tǒng)內能的增量 U應該是多少 提示 系統(tǒng)內能的增量 U Q W 欄目鏈接 1 熱力學第一定律的研究對象研究功 熱量跟內能的變化之間的定量關系 2 熱力學第一定律的內容及公式 1 內容 如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞過程 那么 物體內能的增加 U就等于物體吸收的熱量Q和外界對物體做的功W之和 2 公式 U W Q 欄目鏈接 3 對熱力學第一定律的理解 1 熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內能的過程是等效的 而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系 此定律是標量式 應用時熱量的單位應統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳 2 對公式 U Q W符號的規(guī)定 注意 1 在絕熱過程中 Q 0 W U 外界對物體做的功等于物體內能的增加 2 在應用熱力學第一定律的過程中 應特別分清W Q的正 負 以便更準確地判斷 U 欄目鏈接 例1空氣壓縮機在一次壓縮中 活塞對空氣做了2 105J的功 同時空氣的內能增加了1 5 105J 這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少 解析 選擇被壓縮的空氣為研究對象 根據熱力學第一定律有 U W Q 由題意可知W 2 105J U 1 5 105J 代入上式得 Q U W 1 5 105J 2 105J 5 104J 負號表示空氣向外釋放熱量 即空氣向外界傳遞的熱量為5 104J 答案 5 104J 方法總結 應用熱力學第一定律解題的一般步驟 1 首先應明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng) 2 分別列出物體或系統(tǒng)吸收或放出的熱量 外界對物體或系統(tǒng)所做的功或物體或系統(tǒng)對外所做的功 3 根據熱力學第一定律 U Q W列出方程進行求解 4 應特別注意的就是物理量的正負號及其物理意義 課堂訓練1 如圖為某種椅子與其升降部分的結構示意圖 M N兩筒間密閉了一定質量的氣體 M可沿N的內壁上下滑動 設筒內氣體不與外界發(fā)生熱交換 在M向下滑動的過程中 A A 外界對氣體做功 氣體內能增大B 外界對氣體做功 氣體內能減小C 氣體對外界做功 氣體內能增大D 氣體對外界做功 氣體內能減小解析 因為M N內被封閉氣體體積減小 所以外界對氣體做功 由熱力學第一定律及M N內氣體與外界沒有熱交換可知外界對氣體做功 內能一定增加 故A正確 B C D錯誤 考點二熱力學第一定律的應用 你能應用熱力學第一定律討論理想氣體在等壓膨脹過程的能量轉換關系嗎 提示 設一定質量的理想氣體 保持壓強不變 由 V1 T1 變?yōu)?V2 T2 而且V1 V2 由蓋 呂薩克定律 及V1 V2知T1 T2 因氣體膨脹 V1 V2 則氣體對外做功 W 0 因氣體溫度升高 T1 T2 則氣體的內能增加 U 0 由熱力學第一定律 U W Q可知Q U W 0 即系統(tǒng)由外界吸收熱量 系統(tǒng)吸收的熱量一部分用來增加內能 一部分轉化為氣體對外所做的功 欄目鏈接 1 理想氣體的等壓過程如圖所示是一定質量氣體的等壓線 若氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B 該過程是等壓膨脹過程 V2 V1 T2 T1 體積增大 氣體對外做功 W0 則由熱力學第一定律有Q U W 0 氣體吸收熱量 吸收的熱量一部分用來增加 氣體的內能 一部分轉化為對外所做的功 若氣體從狀態(tài)B變化到狀態(tài)A 該過程為等壓壓縮 應有W 0 U 0 Q U W 0 這說明氣體放出的熱量等于外界對氣體所做的功與氣體內能減小量的和 2 理想氣體的等容過程等容過程中 體積V不變 W 0 則由熱力學第一定律有 U Q 若溫度升高時 氣體吸收的熱量全部用來增加氣體的內能 反之 氣體放出的熱量等于氣體內能的減少 3 理想氣體的等溫過程等溫過程中內能不變 即 U 0 由熱力學第一定律有W Q 若氣體等溫壓縮 則W 0 Q0 氣體吸收熱量 吸收的熱量全部用來對外做功 注意 1 做功情況往往和物體的體積變化相聯系 一般情況下 體積增大時 對外做功 W0 2 氣體的狀態(tài)變化時 往往要用到氣體的實驗定律幫助分析體積和溫度的變化情況 從而得到做功情況和內能的變化情況 例2一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起 若不計氣泡內空氣分子勢能的變化 則 A 氣泡對外做功 內能不變 同時放熱B 氣泡對外做功 內能不變 同時吸熱C 氣泡內能減少 同時放熱D 氣泡內能不變 不吸熱也不放熱 解析 氣泡緩慢上升的過程中 溫度不變 氣體的內能不變 U 0 但壓強逐漸減小 由玻意耳定律pV 恒量可知體積V逐漸增大 氣體對外做功 即W0 故氣體從外界吸收熱量 且吸收的熱量全部用來對外做功 則B項正確 答案 B 課堂訓練2 民間常用 拔火罐 來治療某些疾病 方法是將點燃的紙片放入一個小罐內 當紙片燃燒完時 迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上 火罐就會緊緊地被 吸 在皮膚上 其原因是 當火罐內的氣體 B A 溫度不變時 體積減小 壓強增大B 體積不變時 溫度降低 壓強減小C 壓強不變時 溫度降低 體積減小D 質量不變時 壓強增大 體積減小 解析 將火罐開口端緊壓在皮膚上時 火罐體積不變 隨著溫度降低 火罐內的氣體壓強減小 火罐就會緊緊地被 吸 在皮膚上 考點三能量守恒定律 使熱力學系統(tǒng)內能改變的方式是做功和熱傳遞 做功的過程是其他形式的能轉化為內能的過程 熱傳遞是把其他物體的內能轉移為系統(tǒng)的內能 在能量發(fā)生轉化或轉移時 能量的總量會減少嗎 提示 能量的總量保持不變 1 內容能量既不會憑空產生 也不會憑空消失 它只能從一種形式轉化為另一種形式 或者從一個物體轉移到別的物體 在轉化和轉移的過程中其總量不變 2 對能量守恒定律的理解 1 能量的存在形式及相互轉化 各種運動形式都有對應的能 機械運動有機械能 分子的熱運動有內能 還有諸如電磁能 化學能 原子能等 各種形式的能 通過某種力做功可以相互轉化 例如 利用電爐取暖或燒水 電能轉化為內能 煤燃燒 化學能轉化為內能 列車剎車后 輪子溫度升高 機械能轉化為內能 2 與某種運動形式對應的能是否守恒是有條件的 例如 物體的機械能守恒 必須是只有重力做功 而能量守恒定律是沒有條件的 它是一切自然界現象都遵守的基本規(guī)律 3 能量守恒定律的重要意義 找到了各種自然現象的公共量度 能量 從而把各種自然現象用定量規(guī)律聯系起來 揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性 突破了人們關于物質運動的機械觀念的范圍 從本質上表明了各種運動形式之間相互轉化的可能性 能量守恒定律比機械能守恒定律更普遍 它是物理學中解決問題的重要思維方法 能量守恒定律與細胞學說 達爾文的生物進化論并稱19世紀自然科學中三大發(fā)現 例3 多選 如圖所示 A B兩點表示一定質量的某種理想氣體的兩個狀態(tài) 當氣體自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時 A 體積必然變大B 一定經過體積減小的過程C 外界必然對氣體做正功D 氣體必然從外界吸熱 解析 本題是氣體狀態(tài)變化 圖象與熱力學第一定律結合的綜合分析題 連接OA OB得到兩條等容線 故有VB VA 所以A正確 由于沒有限制自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程 所以可先減小氣體的體積再增大氣體的體積到B狀態(tài) 故B錯誤 因為氣體體積增大 所以是氣體對外做功 C錯誤 因為氣體對外界做功 而氣體的溫度又升高 內能增大 由熱力學第一定律知氣體一定從外界吸熱 D正確 答案 AD 方法總結 1 一定質量的理想氣體的內能只由溫度決定 與體積無關 2 W Q U和 C及圖象的綜合應用是熱學在高考中的熱點 課堂訓練3 如圖所示 A B是兩個完全相同的鐵球 A放在絕熱板上 B用絕熱繩懸掛 現只讓它們吸收熱量 當它們升高相同的溫度時 它們所吸收的熱量分別為QA QB 則 C A QA QBB QAQBD 無法確定QA QB的大小