热力学第一定律 能量守恒定律

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1、高中物理选修3-3课件 3热力学第一定律 能量守恒定 律高中物理选修3-3课件高中物理选修3-3课件高中物理选修3-3课件高中物理选修3-3课件 一、热力学第一定律 1定律内容：一个热力学系统的内能增量等 于外界向它传递的 与外界对它所做的功 的和 2数学表达式：U .热热量QW高中物理选修3-3课件 二、能量守恒定律 1能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不 会凭空消失，它只能从一种形式 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 保持不变 2意义 (1)各种形式的能可以 (2)各种物理现象可以用 联系在 一起转转化 转转移 能量的总总量相互转转化能量转转化守恒定

2、律高中物理选修3-3课件 三、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. 对对外做功能量守恒高中物理选修3-3课件高中物理选修3-3课件 一、对热力学第一定律的理解 1热力学第一定律不仅反映了做功和热传递 这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内 能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为 国际单位制中的焦耳 2对公式UQW符号的规定符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少高中物理选修3-3课件 3.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q

3、0，WU，外界 对物体做的功等于物体内能的增加 (2)若过程中不做功，即W0，则QU，物 体吸收的热量等于物体内能的增加 (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即U 0，则WQ0或WQ，外界对物体做的 功等于物体放出的热量高中物理选修3-3课件 【特别提醒】(1)应用热力学第一定律时要 明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力 学系统 (2)应用热力学第一定律计算时，要依照符 号法则代入数据对结果的正、负也同样依 照规则来解释其意义高中物理选修3-3课件 一定量的气体在某一过程中，外界 对气体做了8104 J的功，气体的内能减少了 1.2105 J，则下列各式中正确的是( ) AW8104 J，

4、U1.2105 J，Q 4104 J BW8104 J，U1.2105 J，Q 2105 J CW8104 J，U1.2105 J，Q 2104 J DW8104 J，U1.2105 J，Q 4104 J高中物理选修3-3课件 解析： 本题主要考查热力学第一定律的 应用，因为外界对气体做功，W取正值，即W 8104 J；内能减少，U取负值负值 ，即U 1.2105 J；根据UWQ，可知QU W1.210581042105 J，即B选选 项项正确 答案： B高中物理选修3-3课件 二、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：机械运动对应机械能， 分子的热运动对应

5、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 2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 守的基本规律高中物理选修3-3课件 3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

6、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与电子的 发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发 现，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 高中物理选修3-3课件 4第一类永动机失败的原因分析 如果没有外界热源供给热量，则有U2U1W ，就是说，如果系统内能减少，即U2U1，则 W0，系统对外做功是要以内能减少为代价的 ，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回 到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是 不可能的高中物理选修3-3课件下列对能量的转化和守恒定律的认识 不正确的是( ) A某种形式的能量减

7、少，一定存在其他形式 能量的增加 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 明机械能消失了高中物理选修3-3课件 解析： A选项是指不同形式的能量间的转化 ，转化过程中能量是守恒的B选项是指能量在 不同的物体间发生转移，转移过程中是守恒的 这正好是能量守恒定律的两个方面转化 与转移任何永动机都是不可能制成的，它违 背了能量守恒守律所以A、B、C正确D选项 中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用 ，机械能可能减少，但机械能并没有消失，能 量守恒定律表明能量既不会创生，也不会消失 ，

8、故D是错的 答案： D高中物理选修3-3课件 教材资料分析 说一说教材P56 如图所示是历史上有名的一种永动机的设 计从图上看，设计者为什么认为这个机器 会永远运动下去？不用能量的概念，你能不 能说明它不会永远运动下去？高中物理选修3-3课件 【点拨】 这种永动机是在一个轮子的边缘等距地安 装12根活动短杆，杆端分别套上一个重球无论轮子 转到什么位置，右边的各个重球总比左边的各个重球 离轴心更远一些设想，右边更大的作用特别是右边 甩过去的重球作用在离轴较远的距离上，根据杠杆平 衡原理可知，就会使轮子按照箭头所示的方向永不停 息地旋转下去，至少转到轮轴磨坏时为止但是，实 际上轮子转动一两圈后就停

9、了下来在这种永动机的 设计中，我们总可以找到一个平衡位置，在这个位置 上，各个力恰好相互抵消，不再有任何推动力使它运 动，永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，成为 不动机. 高中物理选修3-3课件高中物理选修3-3课件空气压缩机在一次压缩中，活塞对空 气做了2105 J的功，同时空气的内能增加了 1.5105 J，这一过程中空气向外界传递的热量 是多少？高中物理选修3-3课件 解析： 选择被压缩的空气为研究对象，根据 热力学第一定律 有UWQ. 由题意可知W2105 J，U1.5105 J，代 入上式得 QUW1.5105 J2105 J5104 J. 负负号表示空气向外释释放热热量，即空气

10、向外界 传递传递 的热热量为为5104 J. 答案： 5104 J高中物理选修3-3课件 【反思总结】 应用热力学第一定律解题的一 般步骤 (1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪 个热力学系统 (2)分别列出物体或系统吸收或放出的热量； 外界对物体或系统所做的功或物体或系统对外 所做的功 (3)根据热力学第一定律UQW列出方程进 行求解 (4)特别应注意的就是物理量的正负号及其物 理意义高中物理选修3-3课件 【跟踪发散】 11：一定质量的气体，从状 态A变化到状态B的过程中，内能增加了160 J， 下列是关于内能变化的可能原因的说法，其中 不可能的是( ) A从A到B的绝热过程中，外界对

11、气体做功 160 J B从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传 递了160 J的热量 C从A到B的过程中吸热280 J，并对外界做 功120 J D从A到B的过程中放热280 J，外界对气体 做功120 J高中物理选修3-3课件 解析： 由热力学第一定律UWQ可 知，A、B、C正确，D错误 答案： D高中物理选修3-3课件2011山东卷36(2)气体温度计结构 如图所示玻璃测温泡A内充有理想气体，通过 细玻璃管B和水银压强计相连开始时A处于冰 水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D 中水银面高出O点h114 cm，后将A放入待测恒 温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处 ，测得D中水银

12、面高出O点h244 cm.(已知外界 大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于 76 cmHg)高中物理选修3-3课件 (1)求恒温槽的温度 (2)此过程A内气体内能_(填“增大” 或“减小”)，气体不对外做功，气体将 _(填“吸热”或“放热”)高中物理选修3-3课件 答案： (1)91 (2)增大 吸热高中物理选修3-3课件高中物理选修3-3课件 【跟踪发散】 21：带有活塞的汽缸内封闭 一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后 经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c， b、c状态温度相同，如VT图所示设气体在 状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和 ac中吸收的热量

13、分别为Qab和Qac，则(填入选项 前的字母，有填错的不得分)( ) Apbpc，QabQac Bpbpc，QabQac Cpbpc，QabQac Dpbpc，QabQac高中物理选修3-3课件 解析： 一定量的理想气体内能只与温度有关 ，从状态a到状态b，和到状态c，两过程温度升 高相同，即内能增加相同，但b状态体积比a状 态大，所以从a状态到b状态要对外界做功，由 热力学第一定律知QabQac，由于b、c状态温度 相同，由玻意耳定律，pbpc，故C正确 答案： C高中物理选修3-3课件如图所示，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

14、高度为50 cm，现在活塞上方加一15 kg的物体 ，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm.求在这一过 程中气体的内能增加多少(g取10 m/s2，不考虑活塞受 到的大气压力及摩擦阻力)高中物理选修3-3课件 思路点拨： 绝热过程 外界对气体做功 内能增加 UW 解析： 由能量守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体 重力势能的减少，UE(Mm)gh(155)10(50 40)102 J20 J. 答案： 20 J高中物理选修3-3课件 【跟踪发散】 31：水能不产生污染物，是 一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼 亚加拉瀑布流量可达每秒6 000 m3，而且一年四 季流量稳定，瀑布落差为50 m若利用这一资 源发电，设其发电效率为50%，估算发电机的 输出功率(g取10 m/s2)高中物理选修3-3课件 解析： 每秒流下的水的质量mV 11036 000 kg6106 kg 减少的机械能Emgh61061050 J 3109 J 设发电设发电 机的输输出功率为为P，则则由能量守恒定 律可得EPt 解得P310950% W1.5109 W. 答案： 1.5109 W 高中物理选修3-3