热力学第一定律能量守恒定律新人教选修.pptx

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1、会计学1热力学第一定律能量守恒定律新人教选修热力学第一定律能量守恒定律新人教选修第1页/共42页n n一、热力学第一定律n n1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n n2数学表达式：U .热量热量QW第2页/共42页n n二、能量守恒定律二、能量守恒定律n n1 1能能量量守守恒恒定定律律内内容容：能能量量既既不不会会凭凭空空产产生生，也也不不会会凭凭空空消消失失，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 到到别别的的物物体体，在在转转化化或转移的过程中或转移的过程中 保持不变保持

2、不变n n2 2意义意义n n(1)(1)各种形式的能可以各种形式的能可以 n n(2)(2)各各种种物物理理现现象象可可以以用用 联联系系在在一起一起转化转化转移转移能量的总量能量的总量相互转化相互转化能量转化守恒定律能量转化守恒定律第3页/共42页n n三、永动机不可能制成n n1第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地 的机器n n2第一类永动机不可能制成的原因：违背了 定律.对外做功对外做功能量守恒能量守恒第4页/共42页n n一、对热力学第一定律的理解n n1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

3、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n n2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第5页/共42页n n3.几种特殊情况n n(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加n n(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n n(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量第6页/共42页n n【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n n(2)应用热力学第一定律计算时，要依

4、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第7页/共42页n n 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()n nAW8104 J，U1.2105 J，Q4104 Jn nBW8104 J，U1.2105 J，Q2105 Jn nCW8104 J，U1.2105 J，Q2104 Jn nD W 8104 J，U 1.2105 J，Q4104 J第8页/共42页n n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W8104 J；内能减少，U取负值，即U1.2105 J；根据UWQ，

5、可知QUW1.210581042105 J，即B选项正确n n答案：B第9页/共42页n n二、能量守恒定律的理解二、能量守恒定律的理解n n1 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n n各各种种运运动动形形式式都都有有对对应应的的能能：机机械械运运动动对对应应机机械械能能，分分子子的的热热运运动动对对应应内内能能，还还有有诸诸如如电电磁磁能能、化化学学能能、原子能等原子能等n n各各种种形形式式的的能能，通通过过某某种种力力做做功功可可以以相相互互转转化化，例例如如：利利用用电电炉炉取取暖暖或或烧烧水水，电电能能转转化化为为内内能能；煤煤燃燃烧烧，化化学学能能转转化化为为内内能

6、能；列列车车刹刹车车后后，轮轮子子温温度度升升高，机械能转化为内能高，机械能转化为内能n n2 2与与某某种种运运动动形形式式对对应应的的能能是是否否守守恒恒是是有有条条件件的的，例例如如，物物体体的的机机械械能能守守恒恒，必必须须是是只只有有重重力力做做功功；而而能能量量守守恒恒定定律律是是没没有有条条件件的的，它它是是一一切切自自然然现现象象都遵守的基本规律都遵守的基本规律第10页/共42页n n3 3能量守恒定律的重要意义能量守恒定律的重要意义n n(1)(1)找找到到了了各各种种自自然然现现象象的的公公共共量量度度能能量量，从从而而把把各各种种自自然然现现象象用用定定量量规规律律联联系

7、系起起来来，揭揭示示了了自自然然规规律的多样性和统一性律的多样性和统一性n n(2)(2)突突破破了了人人们们关关于于物物质质运运动动的的机机械械观观念念的的范范围围，从从本本质质上上表表明明了了各各种种运运动动形形式式之之间间相相互互转转化化的的可可能能性性能能量量守守恒恒定定律律比比机机械械能能守守恒恒定定律律更更普普遍遍，它它是是物物理理学学中中解解决决问问题题的的重重要要思思维维方方法法能能量量守守恒恒定定律律与与电电子子的的发发现现、达达尔尔文文的的进进化化论论并并称称1919世世纪纪自自然然科科学学中三大发现，其重要意义由此可见中三大发现，其重要意义由此可见n n(3)(3)具具有

8、有重重大大实实践践意意义义，即即彻彻底底粉粉碎碎了了永永动动机机的的幻幻想想第11页/共42页n n4第一类永动机失败的原因分析n n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，是不可能的第12页/共42页n n下列对能量的转化和守恒定律的认识不正确的是()n nA某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加n nB某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加n nC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n nD石子

9、从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了第13页/共42页n n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，故D是错的n n答案：D第14页/共42页n n 教材资料分析n n说一说教材P56n n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？

10、不用能量的概念，你能不能说明它不会永远运动下去？第15页/共42页n n【点点拨拨】这这种种永永动动机机是是在在一一个个轮轮子子的的边边缘缘等等距距地地安安装装1212根根活活动动短短杆杆，杆杆端端分分别别套套上上一一个个重重球球无无论论轮轮子子转转到到什什么么位位置置，右右边边的的各各个个重重球球总总比比左左边边的的各各个个重重球球离离轴轴心心更更远远一一些些设设想想，右右边边更更大大的的作作用用特特别别是是右右边边甩甩过过去去的的重重球球作作用用在在离离轴轴较较远远的的距距离离上上，根根据据杠杠杆杆平平衡衡原原理理可可知知，就就会会使使轮轮子子按按照照箭箭头头所所示示的的方方向向永永不不停

11、停息息地地旋旋转转下下去去，至至少少转转到到轮轮轴轴磨磨坏坏时时为为止止但但是是，实实际际上上轮轮子子转转动动一一两两圈圈后后就就停停了了下下来来在在这这种种永永动动机机的的设设计计中中，我我们们总总可可以以找找到到一一个个平平衡衡位位置置，在在这这个个位位置置上上，各各个个力力恰恰好好相相互互抵抵消消，不不再再有有任任何何推推动动力力使使它它运运动动，永永动动机机必必然然会会在在这这个个平平衡位置上静止下来，成为不动机衡位置上静止下来，成为不动机.第16页/共42页n n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

12、量是多少？第17页/共42页n n解析：选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律n n有UWQ.n n由题意可知W2105 J，U1.5105 J，代入上式得n nQUW1.5105 J2105 J5104 J.n n负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5104 J.n n答案：5104 J第18页/共42页n n【反思总结】应用热力学第一定律解题的一般步骤n n(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n n(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n n(3)根据热力学第一定律UQW列出方程进行求解n n(4)

13、特别应注意的就是物理量的正负号及其物理意义第19页/共42页n n【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()n nA从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 Jn nB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n nC从A到B的过程中吸热280 J，并对外界做功120 Jn nD从A到B的过程中放热280 J，外界对气体做功120 J第20页/共42页n n解析：由热力学第一定律UWQ可知，A、B、C正确，D错误n n答案：D第21页/共42页n n2011山东卷36(2)气体温

14、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)第22页/共42页n n(1)求恒温槽的温度n n(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”)第23页/共42页n n答案：(1)91(2)增大吸热第24页/共42页第25页/共42页n n【跟踪发散】21：带有活塞

15、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中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(填入选项前的字母，有填错的不得分)()n nApbpc，QabQacn nBpbpc，QabQacn nCpbpc，QabQac n nDpbpc，QabQac第26页/共42页n n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

16、QabQac，由于b、c状态温度相同，由玻意耳定律，pbpc，故C正确n n答案：C第27页/共42页n n如如图图所所示示，一一个个质质量量为为20 20 kgkg的的绝绝热热汽汽缸缸竖竖直直放放置置，绝绝热热活活塞塞的的质质量量为为5 5 kgkg，处处于于静静止止状状态态时时被被封封闭闭气气体体的的高高度度为为50 50 cmcm，现现在在活活塞塞上上方方加加一一15 15 kgkg的的物物体体，待待稳稳定定后后，被被封封闭闭气气体体的的高高度度变变为为40 40 cm.cm.求求在在这这一一过过程程中中气气体体的的内内能能增增加加多多少少(g g取取10 10 m/sm/s2 2，不考

17、虑活塞受到的大气压力及摩擦阻力，不考虑活塞受到的大气压力及摩擦阻力)第28页/共42页n n思路点拨：思路点拨：n n绝热过程绝热过程 外界对气体做功外界对气体做功 内能增加内能增加 U UWWn n解解析析：由由能能量量守守恒恒定定律律可可知知，内内能能的的增增加加等等于于活活塞塞和和物物体体重重力力势势能能的的减减少少，U U E E(MMm m)ghgh(15(155)5)1010(50(5040)40)10102 2 J J20 J.20 J.n n答案：答案：20 J20 J第29页/共42页n n【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

18、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)第30页/共42页n n解析：每秒流下的水的质量mV11036 000 kg6106 kgn n减 少 的 机 械 能 E mgh61061050 J3109 Jn n设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得EPtn n解得P310950%W1.5109 W.n n答案：1.5109 W 第31页/共42页n n1 1第第一一类类永永动动机机是是不不可可能能制制成成的的，这这是是因因为为永永动动机机()n nA A不符合机械能守恒定律不

19、符合机械能守恒定律n nB B违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律n nC C做功产生的热不符合热功当量做功产生的热不符合热功当量n nD D找不到合适的材料和合理的设计方案找不到合适的材料和合理的设计方案 n n解解析析：第第一一类类永永动动机机是是指指不不需需要要消消耗耗任任何何能能量量就就能能对对外外做做功功的的机机器器，因因此此第第一一类类永永动动机机不不可可能能制制成成不不是是找找不不到到合合适适的的材材料料和和合合理理的的设设计计方方案案的的问问题题，而而是是它它不不符符合合自自然然界界中中的的能能量量守守恒恒定定律律故故正正确确答答案为案为B.B.n n答案：答案：B B第32页

20、/共42页n n2.2.图图是是密密闭闭的的气气缸缸，外外力力推推动动活活塞塞P P压压缩缩气气体体，对对缸缸内内气气体体做做功功800 800 J J，同同时时气气体体向向外外界界放放热热200 200 J J缸缸内内气体的气体的()n nA A温度升高，内能增加温度升高，内能增加600 J600 Jn nB B温度升高，内能减少温度升高，内能减少200 J200 Jn nC C温度降低，内能增加温度降低，内能增加600 J600 Jn nD D温度降低，内能减少温度降低，内能减少200 J200 Jn n解解析析：由由热热力力学学第第一一定定律律WWQ Q U U，代代入入数数据据解解得得

21、：U U600 600 J J，故故气气体体内内能能增增加加600 600 J J，同同时时可判定气体的温度一定升高，选可判定气体的温度一定升高，选A.A.n n答案：答案：A A第33页/共42页n n3 3(2011(2011 广广东东卷卷 14)14)如如图图为为某某种种椅椅子子与与其其升升降降部部分分的的结结构构示示意意图图，MM、N N两两筒筒间间密密闭闭了了一一定定质质量量的的气气体体，MM可可沿沿N N的的内内壁壁上上下下滑滑动动，设设筒筒内内气气体体不不与与外外界界发发生生热热交交换换，在在MM向向下下滑滑动动的的过过程程中中()第34页/共42页n nA外界对气体做功，气体内

22、能增大n nB外界对气体做功，气体内能减小n nC气体对外界做功，气体内能增大n nD气体对外界做功，气体内能减小n n解析：M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内能增大n n答案：A第35页/共42页n n4 4如如图图所所示示，绝绝热热汽汽缸缸中中间间用用固固定定栓栓将将可可无无摩摩擦擦移移动动的的导导热热隔隔板板固固定定，隔隔板板质质量量不不计计，左左右右两两室室中中分分别别充充有有一一定定量量的的氢氢气气和和氧氧气气(视视为为理理想想气气体体)初初始始时时，两两室室中中气气体体的的温温度度相相等等，氢氢气气的的压压强强大大于于氧氧气气的的压压

23、强强，松松开开固固定定栓栓直直至至系系统统重重新新达到平衡下列说法中正确的是达到平衡下列说法中正确的是()第36页/共42页n nA初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能n nB系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小n nC松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，有热量从氧气传递到氢气n nD松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小第37页/共42页n n解析：温度是分子平均动能大小的标志，初始时，氢气和氧气的温度相同，分子平均动能相同，A错误；汽缸绝热，气体与汽缸外部没有传热，汽缸内气体的内能不会变化，B错误；在刚松开固定拴时氢气膨胀，对氧气做功，氢气内能减小，

24、温度降低，氧气内能增加，温度升高，由于隔板是导热的，热量从氧气传到氢气，直至温度相同，氧气的内能又减小，C、D正确n n答案：CD第38页/共42页n n5对一定质量的气体，下列说法中正确的是()n nA温度升高，压强一定增大n nB温度升高，分子热运动的平均动能一定增大n nC压强增大，体积一定减小n nD吸收热量，可能使分子热运动加剧、气体体积增大第39页/共42页n n答案：BD第40页/共42页n n6 6(2010(2010 江江苏苏卷卷)在在将将空空气气压压缩缩装装入入气气瓶瓶的的过过程程中中，温温度度保保持持不不变变，外外界界做做了了24 24 kJkJ的的功功现现潜潜水水员员背

25、背着着该该气气瓶瓶缓缓慢慢地地潜潜入入海海底底，若若在在此此过过程程中中，瓶瓶中中空空气气的的质质量量保保持持不不变变，且且放放出出了了5 5 kJkJ的的热热量量在在上上述述两两个个 过过 程程 中中，空空 气气 的的 内内 能能 共共 减减 小小 _kJ_kJ，空空 气气_(_(选选 填填“吸吸 收收”或或“放放 出出”)的的 总总 热热 量量 为为_kJ._kJ.n n解解析析：由由热热力力学学第第一一定定律律 U UWWQ Q知知气气体体放放热热Q Q1 124 24 kJkJ但但内内能能不不变变，第第二二过过程程放放热热Q Q2 25 5 kJkJ，两两过过程程内内能能减减少少5 5 kJkJ，两两过过程程共共放放出出热热量量Q QQ Q1 1Q Q2 229 kJ29 kJn n答案：答案：5 5放出放出 第41页/共42页