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1、第第1节节热热力学第一定律力学第一定律第第2节节能量的能量的转转化与守恒化与守恒 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第2节节课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.了解热力学第一定律了解热力学第一定律2会用会用UWQ解决一些简单问题解决一些简单问题3知道第一类永动机不可能制成知道第一类永动机不可能制成4了解能量守恒定律的发现过程了解能量守恒定律的发现过程5理解能的转化与守恒定律，会用能量的观点解理解能的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象释自然现象课标定位课标定位重点难点：重点难点：1.应用应用UWQ定性分析和定量计定性分析
2、和定量计算算2第一类永动机不可能制成的分析及探究过程第一类永动机不可能制成的分析及探究过程的理解的理解3理解和掌握能量守恒定律，并能应用定律进理解和掌握能量守恒定律，并能应用定律进行分析、解决相关问题行分析、解决相关问题课前自主学案课前自主学案一、热力学第一定律及其应用一、热力学第一定律及其应用1改变物体内能的两种方式：改变物体内能的两种方式：_和和_2物体内能的改变物体内能的改变(1)如如果果物物体体与与外外界界无无热热传传递递，若若外外界界对对物物体体做做功功，则则物物体体的的内内能能_；若若物物体体对对外外做做功功，物体的内能物体的内能_做功做功热传递热传递增加增加减少减少(2)如果物体
3、既不对外做功，外界也不对物体做如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能功，则物体吸收热量时，它的内能_；物体放出热量时，它的内能物体放出热量时，它的内能_3热力学第一定律热力学第一定律(1)内内容容：物物体体内内能能的的增增加加量量U_外外界界对对物物体体所所_与与物物体体从从外外界界_之和之和(2)表达式：表达式：U_增加增加减少减少等于等于做的功做的功W吸收的吸收的热热量量QWQ(3)符符号号规规则则：物物体体从从外外界界吸吸热热时时Q为为_，即即Q_0，物物体体向向外外界界放放热热时时Q为为_值值，即即Q_0；外外界界对对物物体体做做功功时时W为为_值值，即即
4、W_0，物体对外界做功时，物体对外界做功时W为为_值，即值，即W_0；物物体体的的内内能能增增加加时时U为为_值值，即即U_0，物物体体的的内内能能减减少少时时U为为_值值，即即U_0.正正值值负负负负负负(4)意意义义：一一个个物物体体内内能能增增加加，必必定定有有其其他他物物体体对对它它_，或或向向它它_与与此此同同时时，对此物体做功或向它传热的其他物体要对此物体做功或向它传热的其他物体要_的的能能量量，而而系系统统的的总总能能量量保保持持不不变变在在一一切切涉涉及及热热现现象象的的宏宏观观过过程程中中，能能量量可可以以发发生生转转移移或或转转化化，在在转转移移或或转转化化过过程程中中总总
5、能能量量_做功做功传递热传递热量量减少等量减少等量守恒守恒二、第一类永动机二、第一类永动机1概念：不消耗任何能量而能永远概念：不消耗任何能量而能永远_的机器的机器2结结果果：1718世世纪纪，人人们们提提出出了了许许多多永永动动机机设计方案，但都以设计方案，但都以_而告终而告终3原原因因：设设想想能能量量能能够够无无中中生生有有地地创创造造出出来来，违背了违背了_4启启示示：人人类类利利用用和和改改造造自自然然时时，必必须须遵遵循循自自然规律然规律对对外做功外做功失失败败热热力学第一定律力学第一定律三、能量守恒定律的发现三、能量守恒定律的发现1迈迈尔尔的的发发现现：体体力力和和体体热热必必定定
6、来来源源于于食食物物中中的的_，内内能能、化化学学能能、机机械械能能都都是是等等价价的的，是是可可以以_的的，如如果果动动物物体体的的能能量量输输入入与与支支出出是是平平衡衡的的，那那么么，所所有有这这些些形形式式的能在量上必定是的能在量上必定是_的的2焦耳的研究焦耳的研究(1)确定了电能向内能转化的确定了电能向内能转化的_关系关系(2)用了近用了近40年的时间，不懈地钻研年的时间，不懈地钻研_问问题题，为为能能量量守守恒恒定定律律提提供供了了无无可置疑的证据可置疑的证据化学能化学能相互相互转转化化守恒守恒定量定量热热功功转换转换3亥姆霍兹的贡献亥姆霍兹的贡献从从理理论论上上把把力力学学中中的
7、的能能量量守守恒恒原原理理推推广广到到热热、光光、电电、磁磁、化化学学反反应应等等过过程程，揭揭示示了了它它们们之之间的间的_四、能量守恒定律及其应用四、能量守恒定律及其应用1内容：能量既不会内容：能量既不会_，也不会，也不会_，它它只只能能从从一一种种形形式式_为为另另一一种种形形式式，或或者者从从一一个个物物体体_到到另另一一个个物物体，而能量的总值体，而能量的总值_统统一性一性消失消失创创生生转转化化转转移移保持不保持不变变2意义：揭示了自然科学各个分支之间的意义：揭示了自然科学各个分支之间的_，是是自自然然界界内内在在_的的第第一一个个有力证据有力证据3应用应用(1)各各种种形形式式的
8、的能能可可以以相相互互转转化化但但能能量量转转化化过过程程中总伴有中总伴有_的损失的损失(2)各种互不相关的物理现象，可以用各种互不相关的物理现象，可以用_联系在一起联系在一起普遍普遍联联系系统统一性一性内能内能能量守恒定律能量守恒定律核心要点突破核心要点突破一、一、热热力学第一定律的理解力学第一定律的理解1热热力力学学第第一一定定律律不不仅仅反反映映了了做做功功和和热热传传递递这这两两种种改改变变内内能能过过程程是是等等效效的的，而而且且给给出出了了内内能能的的变变化化量量和和做做功功与与热热传传递递之之间间的的定定量量关关系系此此定定律律应应用用时时各量的各量的单单位位应统应统一一2对对公
9、式公式UQW符号的符号的规规定定符号符号WQU外界外界对对物体物体做功做功物体吸收物体吸收热热量量内能增内能增加加物体物体对对外界外界做功做功物体放出物体放出热热量量内能减内能减少少3.几种特殊情况几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对，外界对物体做的功等于物体内能的增加物体做的功等于物体内能的增加(2)若过程中不做功，即若过程中不做功，即W0，则，则QU，物体，物体吸收的热量等于物体内能的增加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，即若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则，则WQ0或或WQ.特特别别提提醒醒：(1)不不是是所所有
10、有的的力力做做功功都都改改变变物物体体的的内内能能，例例如如自自由由落落体体运运动动，重重力力对对物物体体做做正正功功，但不改变物体的内能但不改变物体的内能(2)判断对气体是否做功的方法判断对气体是否做功的方法一一般般情情况况下下外外界界对对气气体体做做功功与与否否，需需看看气气体体的的体积是否变化体积是否变化若若气气体体体体积积增增大大，表表明明气气体体对对外外界界做做功功，W0.二、能量守恒定律的理解二、能量守恒定律的理解1能量的存在形式及相互转化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、
11、能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等化学能、原子能等各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，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；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，它是力做功；而能量守恒定律是没
12、有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律一切自然界现象都遵守的基本规律3能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中问题的机械能守恒定律更普遍，它是物理学中问题的重要思维方法能量守恒定律与电子的发现、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达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见现，其重要意义由此可见特别提醒：特别提醒：热力学第一定律实际是其他形式的热力学第一定律实际是其他形式的能量与内能转化时的能量守恒定律能量与内能转化时的能量守恒定律三、应用能量守恒定律分析解决
13、问题的思路方三、应用能量守恒定律分析解决问题的思路方法法能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式程式1某种形式的能量增加，一定存在着其他形式某种形式的能量增加，一定存在着其他形式的能量减少，且增加量等于减少量的能量减少，且增加量等于减少量2某个物体的能量增加，一定存在着其他物体某个物体的能量增加，一定存在着其他物体
14、的能量减少，且增加量等于减少量的能量减少，且增加量等于减少量用能量的转化和守恒解决物理问题是物理学中用能量的转化和守恒解决物理问题是物理学中的一种重要方法的一种重要方法课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一热力学第一定律的理解与应用热力学第一定律的理解与应用一一定定质质量量的的气气体体，在在从从一一个个状状态态变变化化到到另另一一个个状状态态的的过过程程中中，吸吸收收热热量量280J，并并对对外外做功做功120J，试问试问：(1)这这些气体的内能些气体的内能发发生了怎生了怎样样的的变变化？化？(2)如如果果这这些些气气体体又又返返回回原原来来的的状状态态，并并放放出出了了240J热热量量，那那么
15、么在在返返回回的的过过程程中中是是气气体体对对外外界界做功，做功，还还是外界是外界对对气体做功？做功多少？气体做功？做功多少？例例例例1 1【思路点拨思路点拨】根据热力学第一定律进行计算根据热力学第一定律进行计算【精讲精析精讲精析】(1)由热力学第一定律可得由热力学第一定律可得UWQ120J280J160J，即气体内能增加了即气体内能增加了160J.(2)由由于于气气体体的的内内能能仅仅与与状状态态有有关关，所所以以气气体体从从状状态态回回到到状状态态过过程程中中内内能能的的变变化化应应等等于于从从状状态到态到状态过程中内能的变化，则从状态过程中内能的变化，则从状状态到态到状态的内能应减少状态
16、的内能应减少160J，即，即U160J，又又Q240J，根根据据热热力力学学第第一定律得：一定律得：UWQ所以所以WUQ160J(240J)80J即外界对气体做功即外界对气体做功80J.【答答案案】(1)内内能能增增加加了了160J(2)外外界界对对气气体体做功做功80J【方方法法总总结结】本本题题考考查查热热力力学学第第一一定定律律的的表表达达式式，应应首首先先根根据据符符号号法法则则，判判断断已已知知量量的的正正负负号号，再再将将其其代代入入热热力力学学第第一一定定律律的的表表达达式式UWQ中求第三个量中求第三个量变变式式训训练练1(2011年年高高考考福福建建卷卷)一一定定量量的的理理想
17、想气气体体在在某某一一过过程程中中，从从外外界界吸吸收收热热量量2.5104J，气气体对外界做功体对外界做功1.0104J，则该理想气体的，则该理想气体的()A温度降低，密度增大温度降低，密度增大B温度降低，密度减小温度降低，密度减小C温度升高，密度增大温度升高，密度增大D温度升高，密度减小温度升高，密度减小解析：解析：选选D.由热力学第一定律由热力学第一定律UWQ得：得：U1.0104J2.5104J1.5104J，因此气，因此气体的内能增大，故温度升高，又因气体对外做体的内能增大，故温度升高，又因气体对外做功，体积增大，故密度减小功，体积增大，故密度减小类型二类型二能量守恒定律的理解能量守
18、恒定律的理解有有上上下下摆摆动动且且摆摆动动高高度度越越来来越越低低的的滚滚摆摆，则则下列关于下列关于滚摆滚摆能量的能量的说说法中，正确的是法中，正确的是()A滚摆滚摆的机械能守恒的机械能守恒B能量正在消失能量正在消失C只有只有动动能和能和势势能的相互能的相互转转化化D减少的机械能减少的机械能转转化化为为内能，但内能，但总总能量守恒能量守恒例例例例2 2【精精讲讲精精析析】滚滚摆摆摆摆动动高高度度越越来来越越低低，说说明明有有重重力力之之外外的的力力(阻阻力力)做做功功机机械械能能逐逐渐渐减减小小，减减少少的的机机械械能能通通过过克克服服阻阻力力做做功功，转转化化成成了了内内能，总能量守恒能，
19、总能量守恒【答案答案】D【方法总结方法总结】机械能守恒是有条件的机械能守恒是有条件的(只有重只有重力做功力做功)，能量守恒是没有条件的，能量守恒是没有条件的变变式式训训练练2(2011年年高高考考江江苏苏卷卷)如如图图511所所示示，一一演演示示用用的的“永永动动机机”转转轮轮由由5根根轻轻杆杆和和转转轴轴构构成成，轻轻杆杆的的末末端端装装有有用用形形状状记记忆忆合合金金制制成成的的叶叶片片轻轻推推转转轮轮后后，进进入入热热水水的的叶叶片片因因伸伸展展而而“划水划水”，推动转轮转动，推动转轮转动离开热水后，叶片形状迅速离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间恢复，转轮因此能较长时间转动
20、下列说法正确的是转动下列说法正确的是()图图511A转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量量B转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C转动的叶片不断搅动热水，水温升高转动的叶片不断搅动热水，水温升高D叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量释放的热量解解析析：选选D.形形状状记记忆忆合合金金进进入入水水后后受受热热形形状状发发生生改改变变而而搅搅动动热热水水，由由能能量量守守恒恒知知能能量量来来源源于于热热水水，故故A、B、C错错；由由能能量量守守恒恒知知，叶叶片片吸吸收收的
21、的能能量量一一部部分分转转化化成成叶叶片片的的动动能能，一一部部分分释释放于空气中，故放于空气中，故D对对类型三类型三能量守恒定律的能量守恒定律的应应用用水水能能不不产产生生污污染染物物，是是一一种种清清洁洁能能源源，位位于于美美国国和和加加拿拿大大交交界界处处的的尼尼亚亚加加拉拉瀑瀑布布流流量量可可达达每每秒秒6000m3，而而且且一一年年四四季季流流量量稳稳定定，瀑瀑布布落落差差50m，若若利利用用这这一一资资源源发发电电，设设其其效效率率为为50%，估算，估算发电发电机的机的输输出功率出功率(g取取10N/kg)例例例例3 3【思思路路点点拨拨】水水力力发发电电是是水水的的机机械械能能转
22、转为为电电能能【自主解答自主解答】每秒钟流下的水的质量为：每秒钟流下的水的质量为：mV1.01036000kg6.0106kg每秒钟水减少的机械能为：每秒钟水减少的机械能为：Emgh6.01061050J3.0109J设设发发电电机机的的输输出出功功率率为为P，则则由由能能量量守守恒恒定定律律可可得：得：PE解得：解得：P3.010950%W1.5109W.【答案答案】1.5109W【方方法法总总结结】能能量量守守恒恒定定律律是是普普遍遍适适用用的的定定律律，在在解解决决有有关关能能量量转转化化问问题题时时，注注意意分分析析能能量转化前后各种形式的能及其相互关系量转化前后各种形式的能及其相互关系变变式式训训练练3如如图图512所所示示，一一个个小小铁铁块块沿沿半半径径为为R0.2m的的半半球球内内壁壁自自上上端端由由静静止止下下滑滑，当当滑滑至至半半球球底底部部时时，速速度度为为1m/s，设设此此过过程程中中损损失失的的机机械械能能全全部部变变为为内内能能，并并有有40%被被铁铁块块吸吸收收已已知知铁铁的的比比热热容容c0.46103J/(kg)，重力加速度重力加速度g取取10m/s2.求铁块升高的温度求铁块升高的温度图图512答案：答案：1.3103同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
