2013年高中物理 第3章 第2节 热力学第一定律 第三节 能量守恒定律精品课件 粤教版选修3-3.ppt

第二第二节节热热力学第一定律力学第一定律第三第三节节能量守恒定律能量守恒定律 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三节第三节课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位课标定位课标定位学学习习目目标标：1.理解理解热热力学第一定律的内容及物理意力学第一定律的内容及物理意义义2会用会用热热力学第一定律分析、解力学第一定律分析、解释释有关的物理有关的物理问问题题3理解能量守恒定律及其重要意理解能量守恒定律及其重要意义义4知道第一知道第一类类永永动动机不可能制成的原因机不可能制成的原因重点重点难难点：点：1.运用运用UWQ分析有关物理分析有关物理问题问题2会用能量会用能量转转化与守恒的化与守恒的观观点分析解决有关点分析解决有关问题问题课前自主学案课前自主学案一、一、热热力学第一定律力学第一定律1改改变变内能的方式：内能的方式：_和和_2功和内能的关系：若物体不存在功和内能的关系：若物体不存在热传递热传递，当，当_对对它做功它做功时时，它的内能，它的内能_，关系，关系式式为为W _；若物体；若物体对对外做功，外做功，则则W0，U0，表明内能，表明内能_ 做功做功热传递热传递外界外界增加增加U减少减少3热传递热传递和内能的关系：若物体既不和内能的关系：若物体既不对对外做功，外做功，外界外界对对物体也不做功，当物体从外界吸收物体也不做功，当物体从外界吸收热热量量Q时时，它的内能它的内能_关系式关系式为为Q_；若物；若物体向外放出体向外放出热热量，量，则则Q0，U0，表明内能，表明内能_4热热力学第一定律力学第一定律如果物体跟外界同如果物体跟外界同时发时发生做功和生做功和热传递热传递的的过过程，程，那么，物体内能的增加那么，物体内能的增加U就等于物体就等于物体_的的热热量量Q和和_做的功做的功W之和之和增加增加U减少减少吸收吸收外界外界对对物体物体思考感悟思考感悟下列下列现现象中能量是怎象中能量是怎样转样转化的？化的？A水水电电站站发发电电时时，水水轮轮机机被被水水流流冲冲击击转转动动，带带动动发电发电机机发电发电B利用地利用地热发电热发电提示：提示：A.机械能机械能转转化化为电为电能能B热热能能转转化化为电为电能能二、二、热热力学第一定律力学第一定律应应用用举举例例1理想气体的微理想气体的微观观模型忽略了分子之模型忽略了分子之间间的的_，忽略了，忽略了_，所以理想，所以理想气体的内能等于分子气体的内能等于分子热热运运动动的的_总总和和2理想气体的内能只跟理想气体的内能只跟_和物和物质质的量有关，的量有关，与体与体积积_作用力作用力分子分子势势能能动动能能温度温度无关无关三、能量守恒定律三、能量守恒定律1大量事大量事实证实证明：各种形式的能都可以相互明：各种形式的能都可以相互转转化，化，并且在并且在转转化化过过程中程中_2能量守恒定律：能量既不会凭空能量守恒定律：能量既不会凭空_，也不会凭空也不会凭空_，它只能从一种形式，它只能从一种形式_为为另一种形式，或者从一个物体另一种形式，或者从一个物体_到到别别的物体；在的物体；在转转化和化和转转移的移的过过程中其程中其总总量量_守恒守恒产产生生消失消失转转化化转转移移不不变变3能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的规规律律之一它和之一它和细细胞学胞学说说、达、达尔尔文的生物文的生物进进化化论论一起一起称称为为19世世纪纪自然科学的三大自然科学的三大发现发现四、第一四、第一类类永永动动机是不可能造成的机是不可能造成的1第一第一类类永永动动机：机：不需要任何不需要任何_或或_却能不断却能不断对对外外_的机器的机器2第一第一类类永永动动机的机的设设想由于想由于违违背了背了_，所以不可能制成，所以不可能制成动动力力燃料燃料做功做功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、对热对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的的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注注：一一般般情情况况下下外外界界对对物物体体做做不不做做功功，需需看看物物体体的的体体积积是否是否变变化化(1)若物体体若物体体积积增大，表明物体增大，表明物体对对外界做功，外界做功，W0.(2)若物体体若物体体积变积变小，外界小，外界对对物体做功，物体做功，W0.符号符号WQU外界外界对对物体做功物体做功 物体吸收物体吸收热热量量 内能增加内能增加物体物体对对外界做功外界做功 物体放出物体放出热热量量 内能减少内能减少2公式公式UQW中的有关中的有关问题问题3几种特殊情况几种特殊情况(1)若若过过程程是是绝绝热热的的，则则Q0，WU，外外界界对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)若若过过程程中中不不做做功功，即即W0，则则QU，物物体体吸收的吸收的热热量等于物体内能的增加量等于物体内能的增加(3)若若过过程的始末状程的始末状态态物体的内能不物体的内能不变变，即，即U0，则则WQ0或或WQ.4应应用用热热力学第一定律解力学第一定律解题题的思路与步的思路与步骤骤(1)首首先先应应明明确确研研究究对对象象是是哪哪个个物物体体或或者者是是哪哪个个热热力学系力学系统统(2)分分别别列列出出物物体体(或或系系统统)吸吸收收或或放放出出的的热热量量；外外界界对对物物体体(或或系系统统)所所做做的的功功或或物物体体(或或系系统统)对对外外所所做的功做的功(3)根根据据热热力力学学第第一一定定律律UQW列列出出方方程程进进行行求解求解(4)特特别别注意的就是物理量的正、注意的就是物理量的正、负负号及其物理意号及其物理意义义二二、利利用用热热力力学学第第一一定定律律判判断断理理想想气气体体的的状状态态变变化化1对对于于理理想想气气体体，常常把把热热力力学学第第一一定定律律与与理理想想气气体体状状态态方方程程结结合合起起来来分分析析其其状状态态变变化化规规律律，常常见见的分析思路如下：的分析思路如下：(1)利利用用体体积积的的变变化化分分析析做做功功问问题题气气体体体体积积增增大大，对对外做功；气体体外做功；气体体积积减小，外界减小，外界对对气体做功气体做功(2)利用温度的利用温度的变变化分析理想气体内能的化分析理想气体内能的变变化，一化，一定量的理想气体的内能定量的理想气体的内能仅仅与温度有关，温度升高，与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小内能增加；温度降低，内能减小(3)利用利用热热力学第一定律判断是吸力学第一定律判断是吸热还热还是放是放热热由由热热力学第一定律力学第一定律UWQ.则则QUW，若已知气体的做功情况和内能的，若已知气体的做功情况和内能的变变化情况，即可判断气体状化情况，即可判断气体状态变态变化是吸化是吸热过热过程程还还是放是放热过热过程程2理理想想气气体体状状态态变变化化过过程程中中，存存在在着着能能量量的的转转化化与与转转移移，应应用用热热力力学学第第一一定定律律解解决决理理想想气气体体状状态态变变化化过过程中的能量程中的能量转换问题时转换问题时要明确：要明确：(1)一定一定质质量的理想气体的内能只与温度有关量的理想气体的内能只与温度有关(2)一一般般情情况况下下外外界界对对理理想想气气体体做做功功与与否否，要要看看气气体的体体的体积积是否是否变变化，体化，体积积不不变变，则则W0.(3)若理想气体在状若理想气体在状态变态变化化过过程中是程中是绝热绝热的，的，则则Q0.特特别别提提醒醒：(1)若若热热力力学学过过程程中中系系统统内内能能不不变变，即即U0，则则WQ0，外外界界对对系系统统做做的的功功等等于于系系统统放放出出的的热热量量，或或者者系系统统对对外外界界做做的的功功等等于于系系统统吸收的吸收的热热量量(2)对对理想气体，其内能不考理想气体，其内能不考虑虑分子分子势势能，即只与能，即只与分子数及分子的平均分子数及分子的平均动动能有关，根据温度是分子能有关，根据温度是分子平均平均动动能的能的标标志可知，依据理想气体温度的志可知，依据理想气体温度的变变化化即可确定其内能即可确定其内能总值总值的的变变化情况化情况即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1.(单单选选)固固定定的的水水平平汽汽缸缸内内由由活活塞塞B封封闭闭着着一一定定量量的的理理想想气气体体，气气体体分分子子之之间间的的相相互互作作用用可可以以忽忽略略假假设设汽汽缸缸的的导导热热性性能能很很好好，环环境境的的温温度度保保持持不不变变若若用用外外力力F将将活活塞塞B缓缓慢慢地地向向右右拉拉动动，如如图图322所所示示，则则在在拉拉动动活活塞塞的的过过程程中中，关关于于汽汽缸缸内内气气体体的的下下列列结结论论，其中正确的是，其中正确的是()A气体气体对对外做功，气体内能减小外做功，气体内能减小B气体气体对对外做功，气体内能不外做功，气体内能不变变C外界外界对对气体做功，气体内能不气体做功，气体内能不变变D气体向外界放气体向外界放热热，气体内能不，气体内能不变变图图322解析：解析：选选B.用力用力F缓缓慢拉活塞慢拉活塞时时，气体膨，气体膨胀胀，对对外外做功，但由于汽缸的做功，但由于汽缸的导热导热性能很好，性能很好，环环境温度又境温度又不不变变，汽缸会从外界吸收，汽缸会从外界吸收热热量而保持与量而保持与环环境温度境温度相同，因而气体的内能不相同，因而气体的内能不变变，故，故B选项选项正确正确三、能量守恒定律的理解与三、能量守恒定律的理解与应应用用1不同形式的能量之不同形式的能量之间间的的转转化化(1)自然界中能量的存在形式：物体运自然界中能量的存在形式：物体运动动具有机械具有机械能、分子能、分子热热运运动动具有内能、具有内能、电电荷具有荷具有电电能、原子能、原子核内部的运核内部的运动动具有原子能等，可具有原子能等，可见见，在自然界中，在自然界中不同的能量形式与不同的运不同的能量形式与不同的运动动形式相形式相对应对应(2)不同形式的能量之不同形式的能量之间间的的转转化：化：“摩擦生摩擦生热热”是是通通过过克服摩擦力做功将机械能克服摩擦力做功将机械能转转化化为为内能；水内能；水壶壶中的水沸中的水沸腾时腾时水蒸气水蒸气对壶对壶盖做功将盖做功将壶壶盖盖顶顶起，表起，表明内能明内能转转化化为为机械能；机械能；电电流通流通过电热丝过电热丝做功可将做功可将电电能能转转化化为为内能；汽缸内燃油燃内能；汽缸内燃油燃烧释烧释放的内能通放的内能通过过燃气推燃气推动动活塞做功而活塞做功而转转化化为为机械能等机械能等这这些些实实例例说说明了不同形式的能量之明了不同形式的能量之间间可以相互可以相互转转化，且化，且这这一一转转化化过过程是通程是通过过做功来完成的做功来完成的2能量守恒定律的能量守恒定律的应应用用(1)能能量量守守恒恒定定律律是是支支配配整整个个自自然然界界运运动动、发发展展、变变化化的的普普遍遍规规律律，热热力力学学第第一一定定律律、机机械械能能守守恒恒定定律律都是能量守恒定律的具体体都是能量守恒定律的具体体现现(2)能量守恒定律适用于任何物理能量守恒定律适用于任何物理现现象和物理象和物理过过程程(3)用能量守恒定律解用能量守恒定律解题题的方法的方法首首先先分分析析有有哪哪几几种种形形式式的的能能在在参参与与转转化化分分别别列列出增加的能量与减少能量的表达式出增加的能量与减少能量的表达式利用利用E增增E减减列式求解列式求解即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2风风沿水平方向以速度沿水平方向以速度v垂直吹向一直径垂直吹向一直径为为d的的风风车车叶叶轮轮上，上，设设空气密度空气密度为为，风风的的动动能有能有50%转转化化为风车为风车的的动动能，能，风车带动风车带动水水车车将水提高将水提高h的高度，的高度，效率效率为为80%.则单则单位位时间时间最多可提升的水的最多可提升的水的质质量是量是多少？多少？课堂互动讲练课堂互动讲练例例例例1 1类类型一型一热热力学第一定律的力学第一定律的应应用用(单单选选)分分别别以以p、V、T表表示示气气体体的的压压强强、体体积积、温温度度一一定定质质量量的的理理想想气气体体，其其初初始始状状态态表表示示为为(p0、V0、T0)，若若分分别别经经历历如如下下两两种种变变化化过过程程：从从(p0、V0、T0)变变为为(p1、V1、T1)的的过过程程中中，温温度度保保持持不不变变(T1T0)；从从(p0、V0、T0)变变为为(P2、V2、T2)的的过过程程中中，既既不不吸吸热热，也也不不放放热热在在上上述述两种两种变变化化过过程中，如果程中，如果V1V2V0，则则()Ap1p2，T1T2 Bp1p2，T1T2Cp1p2，T1T2 Dp0p2，T1T2【答案答案】A类类型二型二能量守恒定律的能量守恒定律的应应用用例例例例2 2(双双选选)一一带带电电小小球球在在空空中中由由a点点运运动动到到b点点的的过过程程中中，受受重重力力、电电场场力力和和空空气气阻阻力力三三个个力力的的作作用用，若若运运动动过过程程中中重重力力势势能能增增加加3 J，机机械械能能增增加加0.5 J，电场电场力做功力做功1 J，则则小球小球()A重力做功重力做功3 J B电势电势能增加能增加1 JC克服空气阻力做功克服空气阻力做功0.5 J D动动能减少能减少2.5 J【精精讲讲精精析析】重重力力势势能能的的增增加加等等于于小小球球克克服服重重力力所所做做功功，A错错误误；电电场场力力做做正正功功，电电势势能能应应减减小小，B错错误误；除除重重力力之之外外的的力力对对小小球球做做的的功功等等于于小小球球机机械械能能的的变变化化，故故空空气气阻阻力力做做的的功功为为0.5 J，C正正确确；因因为为合合力力做做的的功功为为2.5 J，据据动动能能定定理理知知，小球小球动动能减少能减少2.5 J，D正确正确【答案答案】CD【方方法法总总结结】(1)熟熟练练掌掌握握功功与与能能的的关关系系是是解解答答此此类问题类问题的关的关键键(2)对对热热力力学学变变化化过过程程，要要结结合合力力做做功功理理解解不不同同形形式的能之式的能之间间的的转转化化(3)能能量量守守恒恒定定律律是是自自然然界界中中普普遍遍适适用用的的规规律律，任任何何能能量量转转化化和和转转移移过过程程都都遵遵循循此此规规律律对对能能量量守守恒定律的理解；恒定律的理解；某某种种形形式式的的能能减减少少，一一定定有有其其他他形形式式的的能能增增加加，且减少量和增加量一定相等且减少量和增加量一定相等某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等量增加，且减少量和增加量一定相等(双双选选)如如图图322所所示示为为冲冲击击摆摆实实验验装装置置，一一飞飞行行子子弹弹射射入入沙沙箱箱后后合合为为一一体体，共共同同摆摆起起一一定定高高度，度，则则下面有关能的下面有关能的转转化的化的说说法中正确的是法中正确的是()类类型三型三能量能量转转化化过过程的分析程的分析例例例例3 3图图322A子子弹弹的的动动能能转变转变成了沙箱和子成了沙箱和子弹弹的的势势能能B子子弹弹的的动动能一部分能一部分转变转变成了沙箱和子成了沙箱和子弹弹的的势势能能C子子弹弹的的动动能能转变转变成了沙箱和子成了沙箱和子弹弹的的动动能能D子子弹弹的的动动能一部分能一部分转变转变成了沙箱和子成了沙箱和子弹弹的内能的内能【思路点思路点拨拨】在子在子弹弹打入沙箱的打入沙箱的过过程中，由于程中，由于打入一定深度，阻力做功，其打入一定深度，阻力做功，其结结果是一部分果是一部分动动能能转转化化为为内能，然后由能量守恒定律分析判断内能，然后由能量守恒定律分析判断【自自主主解解答答】在在子子弹弹打打入入沙沙箱箱的的过过程程中中，沙沙箱箱对对子子弹弹的的阻阻力力使使子子弹弹动动能能减减少少，同同时时子子弹弹对对沙沙箱箱的的作作用用力力使使沙沙箱箱获获得得动动能能而而子子弹弹打打入入沙沙箱箱有有一一定定深深度度，阻阻力力在在此此过过程程中中使使一一部部分分动动能能转转化化为为内内能能；之之后后，子子弹弹和和沙沙箱箱作作为为一一个个整整体体以以某某一一初初动动能能升升高高，又又变变为为重重力力势势能能，由由此此可可知知，选选项项B、D正确正确【答案答案】BD变变式式训练训练一一铁铁球从高球从高H处处由静止落到地面上，回由静止落到地面上，回弹弹速率是落地速率的一半，速率是落地速率的一半，设设撞撞击击所所转转化的内能化的内能全部使全部使铁铁球温度升高，球温度升高，则铁则铁球的温度升高多少？球的温度升高多少？(设铁设铁的比的比热热容容为为c，各物理量取国，各物理量取国际际制制单单位位)