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 粤教选修33.ppt

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1、第二第二节热力学第一定律力学第一定律第三第三节能量守恒定律能量守恒定律2021/8/11 星期三1 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2021/8/11 星期三2课标定位课标定位学学习目目标：1.理解理解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2会用会用热力学第一定律分析、解力学第一定律分析、解释有关的物理有关的物理问题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4知道第一知道第一类永永动机不可能制成的原因机不可能制成的原因重点重点难点：点：1.运用运用UWQ分析有关物理分析有

2、关物理问题2会用能量会用能量转化与守恒的化与守恒的观点分析解决有关点分析解决有关问题2021/8/11 星期三3课前自主学案课前自主学案一、一、热力学第一定律力学第一定律1改改变内能的方式：内能的方式：_和和_2功功和和内内能能的的关关系系：若若物物体体不不存存在在热传递，当当_对它它做做功功时，它它的的内内能能_，关关系系式式为W _；若若物物体体对外外做做功功，则W0，U0，表明内能，表明内能_ 做功做功热传递外界外界增加增加U减少减少2021/8/11 星期三43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

3、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物体物体2021/8/11 星期三5思考感悟思考感悟下列现象中能量是怎样转化的？下列现象中能量是怎样转化的？A水电站发电时，水轮机被水流冲击转动，带动水电站发电时，水轮机被水流冲击转动

4、，带动发电机发电发电机发电B利用地热发电利用地热发电提示：提示：A.机械能转化为电能机械能转化为电能B热能转化为电能热能转化为电能2021/8/11 星期三6二、二、热力学第一定律力学第一定律应用用举例例1理想气体的微理想气体的微观模型忽略了分子之模型忽略了分子之间的的_，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运运动的的_总和和2理想气体的内能只跟理想气体的内能只跟_和物和物质的量有关，的量有关，与体与体积_作用力作用力分子分子势能能动能能温度温度无关无关2021/8/11 星期三7三、能量守恒定律三、能量守恒定律1大量事大量事实证明：各种形式的能都可以相互

5、明：各种形式的能都可以相互转化，化，并且在并且在转化化过程中程中_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_到到别的物体；在的物体；在转化和化和转移的移的过程中其程中其总量量_守恒守恒产生生消失消失转化化转移移不不变2021/8/11 星期三83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

6、、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，所以不可能制成动力力燃料燃料做功做功能量守恒定律能量守恒定律2021/8/11 星期三9核心要点突破核心要点突破一、一、对热力学第一定律的理解力学第一定律的理解1热力力学学第第一一定定律律不不仅反反映映了了做做功功和和热传递这两两种种改改变内内能能的的过程程是是等等效效的的，而而且且给出出了了内内能能的的变化化量量和和做做功功与与热传递之之间的的定定量量关关系系，此

7、此定定律律应用用时各量的各量的单位位应统一一2021/8/11 星期三10注注：一一般般情情况况下下外外界界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是否是否变化化(1)若物体体若物体体积增大，表明物体增大，表明物体对外界做功，外界做功，W0.(2)若物体体若物体体积变小，外界小，外界对物体做功，物体做功，W0.符号符号WQU外界外界对物体做功物体做功 物体吸收物体吸收热量量 内能增加内能增加物体物体对外界做功外界做功 物体放出物体放出热量量 内能减少内能减少2公式公式UQW中的有关问题中的有关问题2021/8/11 星期三113几种特殊情况几种特殊情况(1)若若过过程程是是绝绝热

8、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)若若过过程程的的始始末末状状态态物物体体的的内内能能不不变变，即即U0，则则WQ0或或WQ.2021/8/11 星期三124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

9、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)特特别别注注意意的的就就是是物物理理量量的的正正、负负号号及及其其物物理理意意义义2021/8/11 星期三13二二、利利用用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变化化1对于于理理想想气气体体，常常把把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方方程程结合合起起来来分分析析其其状状态变化化规律律，常常见的分析思路如下：的分析思路如下：(1)利利用用体体积的的变化化分分析析做做功功问

10、题气气体体体体积增增大大，对外做功；气体体外做功；气体体积减小，外界减小，外界对气体做功气体做功(2)利利用用温温度度的的变化化分分析析理理想想气气体体内内能能的的变化化，一一定定量量的的理理想想气气体体的的内内能能仅与与温温度度有有关关，温温度度升升高高，内能增加；温度降低，内能减小内能增加；温度降低，内能减小2021/8/11 星期三14(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，若若已已知知气气体体的的做做功功情情况况和和内内能能的的变变化化情情况况，即即可可判判断断气气体体状状态态变变化化是是吸吸热热

11、过过程程还还是放是放热过热过程程2021/8/11 星期三152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)若若理理想想气气体体在在状状态态变变化化过过程程中中是是绝绝热热的的，则则Q

12、0.2021/8/11 星期三16特特别提提醒醒：(1)若若热力力学学过程程中中系系统内内能能不不变，即即U0，则WQ0，外外界界对系系统做做的的功功等等于于系系统放放出出的的热量量，或或者者系系统对外外界界做做的的功功等等于于系系统吸收的吸收的热量量(2)对理理想想气气体体，其其内内能能不不考考虑分分子子势能能，即即只只与与分分子子数数及及分分子子的的平平均均动能能有有关关，根根据据温温度度是是分分子子平平均均动能能的的标志志可可知知，依依据据理理想想气气体体温温度度的的变化化即可确定其内能即可确定其内能总值的的变化情况化情况2021/8/11 星期三17即即时应用用(即即时突破，小突破，小

13、试牛刀牛刀)1.(单选)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的的相相互互作作用用可可以以忽忽略略假假设汽汽缸缸的的导热性性能能很很好好，环境境的的温温度度保保持持不不变若若用用外外力力F将将活活塞塞B缓慢慢地地向向右右拉拉动，如如图322所所示示，则在在拉拉动活活塞塞的的过程程中中，关关于于汽汽缸缸内内气气体体的的下下列列结论，其中正确的是，其中正确的是()A气体气体对外做功，气体内能减小外做功，气体内能减小B气体气体对外做功，气体内能不外做功，气体内能不变C外界外界对气体做功，气体内能不气体做功，气体内能不变D气体向

14、外界放气体向外界放热，气体内能不，气体内能不变图3222021/8/11 星期三18解析：解析：选B.用力用力F缓慢拉活塞慢拉活塞时，气体膨，气体膨胀，对外外做功，但由于汽缸的做功，但由于汽缸的导热性能很好，性能很好，环境温度又境温度又不不变，汽缸会从外界吸收，汽缸会从外界吸收热量而保持与量而保持与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，故，故B选项正确正确2021/8/11 星期三19三、能量守恒定律的理解与三、能量守恒定律的理解与应用用1不同形式的能量之不同形式的能量之间的的转化化(1)自自然然界界中中能能量量的的存存在在形形式式：物物体体运运动具具有有机机械械能能、

15、分分子子热运运动具具有有内内能能、电荷荷具具有有电能能、原原子子核核内内部部的的运运动具具有有原原子子能能等等，可可见，在在自自然然界界中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形式相形式相对应2021/8/11 星期三20(2)不同形式的能量之间的转化：不同形式的能量之间的转化：“摩擦生热摩擦生热”是是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能；汽缸内燃油燃烧

16、释放的内能通电能转化为内能；汽缸内燃油燃烧释放的内能通过燃气推动活塞做功而转化为机械能等这些实过燃气推动活塞做功而转化为机械能等这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的这一转化过程是通过做功来完成的2021/8/11 星期三212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

17、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减列式求解减列式求解2021/8/11 星期三22即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2风沿沿水水平平方方向向以以速速度度v垂垂直直吹吹向向一一直直径径为d的的风车叶叶轮上上，设空空气气密密度度为，风的的动能能有有50%转化化为风车的的动能能，风车带动水水车将将水水提提高高h的的高高度度，效效率率为80%.则单位位时间最最

18、多多可可提提升升的的水水的的质量量是是多少？多少？2021/8/11 星期三232021/8/11 星期三24课堂互动讲练课堂互动讲练例例例例1 1类型一热力学第一定律的力学第一定律的应用用(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

19、不不吸吸热热，也也不不放放热热在在上上述述两两种种变变化化过过程程中中，如如果果V1V2V0，则则()2021/8/11 星期三25Ap1p2，T1T2Bp1p2，T1T2Cp1p2，T1T2 Dp0p2，T1T22021/8/11 星期三26【答案答案】A2021/8/11 星期三27类型二能量守恒定律的能量守恒定律的应用用例例例例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

20、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 J2021/8/11 星期三28【精精讲精精析析】重重力力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错误；电场力力做做正正功功，电势能能应减减小小，B错误；除除重重力力之之外外的的力力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化化，故故空空气气阻阻力力做做的的功功为0.5 J，C正正确确；因因为合合力力做做的的功功为2.5 J，据据动能能定定理理知知，小球小球动能减少能减少2.5 J，D正确正确【

21、答案答案】CD2021/8/11 星期三29【方方法法总结】(1)熟熟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的关的关键(2)对热力力学学变化化过程程，要要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的的转化化(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律律，任任何何能能量量转化化和和转移移过程程都都遵遵循循此此规律律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某个个物物体体的的能能量量减减少少，一一定定存存在在

22、其其他他物物体体的的能能量增加，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2021/8/11 星期三30(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()类型三能量能量转化化过程的分析程的分析例例例例3 3图3222021/8/11 星期三31A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

23、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【思思路路点点拨拨】在在子子弹弹打打入入沙沙箱箱的的过过程程中中，由由于于打打入入一一定定深深度度，阻阻力力做做功功，其其结结果果是是一一部部分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2021/8/11 星期三32【自自主主解解答答】在在子子弹打打入入沙沙箱箱的的过程程中中，沙沙箱箱对子子弹的的阻阻力力使使子子弹动能能减减少少，同同时子子弹对沙沙箱箱的的作作用用力力使使沙沙箱箱获得得动能能而而子子弹打打入

24、入沙沙箱箱有有一一定定深深度度，阻阻力力在在此此过程程中中使使一一部部分分动能能转化化为内内能能；之之后后，子子弹和和沙沙箱箱作作为一一个个整整体体以以某某一一初初动能能升升高高，又又变为重重力力势能能，由由此此可可知知，选项B、D正确正确【答案答案】BD2021/8/11 星期三33变式式训练一一铁球从高球从高H处由静止落到地面上，回由静止落到地面上，回弹速率是落地速率的一半，速率是落地速率的一半，设撞撞击所所转化的内能化的内能全部使全部使铁球温度升高，球温度升高，则铁球的温度升高多少？球的温度升高多少？(设铁的比的比热容容为c，各物理量取国，各物理量取国际制制单位位)2021/8/11 星期三342021/8/11 星期三352021/8/11 星期三36