《2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學定律 1 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2 熱力學第一定律課件 教科版選修3-3.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學定律 1 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2 熱力學第一定律課件 教科版選修3-3.ppt（46頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、1能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)2熱力學第一定律,第四章能量守恒與熱力學定律,學習目標,1.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵循的基本規(guī)律.2.知道第一類永動機是不可能實現(xiàn)的.3.知道做功和熱傳遞是改變內能的兩種方式，理解這兩種方式對改變系統(tǒng)內能是等效的.4.理解熱力學第一定律，能運用它解釋自然界的能量轉化、轉移問題.,內容索引,重點探究啟迪思維探究重點,達標檢測檢測評價達標過關,自主預習預習新知夯實基礎,自主預習,一、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn),1.常見的能量形式自然界中能量形式很多，常見的能量形式有：機械能、核能及太陽能等.各種形式的能在一定條件下，可以相互，且轉化過程中遵循一定規(guī)律.2.能量守恒定
2、律的內容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式為另一種形式，或者從一個物體到另一個物體，在轉化或轉移的過程中其不變.,內能,轉化,轉化,轉移,總量,3.第一類永動機(1)定義：不需要任何動力和，卻能不斷地對外的機器.(2)不可能制成的原因：違背了.,燃料,做功,能量守恒定律,1.改變物體內能的兩種方式：和.2.做功其他形式的能與之間的.外界對物體做功，物體的內能.物體對外界做功，物體的內能.3.熱傳遞不同物體之間或同一物體不同部分之間的.物體吸收熱量，內能.物體放出熱量，內能.4.做功和熱傳遞對物體內能的改變是的，但本質不同.,二、改變物體內能的兩種方式,做功,熱傳遞,內能,轉化
3、,增加,減少,內能,轉移,增加,減少,等效,三、熱力學第一定律,1.熱力學第一定律：功、熱量跟改變之間的定量關系.2.熱力學第一定律的表達式：U.,內能,QW,1.判斷下列說法的正誤.(1)石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了.()(2)能量既可以轉移又可以轉化，故能的總量是可以變化的.()(3)熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體.()(4)做功和熱傳遞都可改變物體的內能，從效果上是等效的.()(5)系統(tǒng)從外界吸收熱量5J，內能可能增加5J.()(6)系統(tǒng)內能減少，一定是系統(tǒng)對外界做了功.(),即學即用,答案,2.各種方法使物體的內能發(fā)生改變：a.電爐通電后發(fā)熱；b.一杯開
4、水放在桌面上冷卻；c.陽光照射下冰塊融化；d.鋸木頭時，鋸片發(fā)燙；e.人坐在火爐旁取暖；f.用打氣筒給自行車打氣后，打氣筒變熱.其中屬于做功使物體內能改變的是_；屬于熱傳遞使物體內能改變的是_.,答案,adf,bce,重點探究,1.圖1為有一種所謂“全自動”的機械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去.這是不是一種永動機？如果不是，維持表針走動的能量是從哪兒來的？,一、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn),導學探究,答案這不是永動機.手表戴在手腕上，通過手臂的運動，機械手表獲得能量，供手表指針走動.若將此手表長時間放置不動，它就會停下來.,圖1,答案,2.觀察課本中的“幾種重要的能量形式及相互之
5、間的轉化”圖，試著說明汽車把汽油的化學能轉化為機械能的過程.在這些能量轉化過程中，遵守的規(guī)律是什么？,答案汽車通過燃燒汽油，把化學能轉化為內能，再通過發(fā)動機做功把內能轉化為機械能.能量守恒定律.,答案,知識深化,1.能量的存在形式及相互轉化(1)各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有諸如電磁輻射能、化學能、核能等.(2)各種形式的能可以相互轉化機械能中的動能和勢能可以相互轉化(如：自由落體運動).機械能可以與內能相互轉化(如：摩擦生熱，消耗了機械能，通過做功的形式轉化為內能；熱機中的氣體推動活塞做功，把氣體內能轉化為機械能).其他形式的能也可以轉化為內能(如：電流
6、通過導體時，把電能轉化為內能；熾熱的燈絲發(fā)光，又把內能轉化為光能；燃料燃燒時，把化學能轉化成內能).,2.對能量守恒定律的理解(1)某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等.(2)某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.3.能量守恒定律的意義：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進一步認識到，任何一部機器，只要對外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而不能無中生有地創(chuàng)造能量.4.第一類永動機不可能制成：任何機器運轉時不可能無中生有地創(chuàng)造能量，即第一類永動機是不可能制造出來的.,例1(多選)
7、一物體獲得一定初速度后，沿著一粗糙斜面上滑，在上滑過程中，物體和斜面組成的系統(tǒng)A.機械能守恒B.總能量守恒C.機械能和內能增加D.機械能減少，內能增加,答案,解析,解析物體沿斜面上滑過程中，有摩擦力對物體做負功，所以物體的機械能減少.由能量守恒定律知，內能應增加，能量總量不變.,利用能量守恒定律解決問題時，首先應明確題目中涉及哪幾種形式的能量，其次分析哪種能量增加了，哪種能量減少了，確定研究的系統(tǒng)后，用能量守恒觀點求解.,二、改變物體內能的兩種方式,答案,1.(1)如圖2，小孩沿滑梯下滑時屁股通常會感到發(fā)熱，這是為什么？,導學探究,答案小孩沿滑梯下滑時克服摩擦力做功，內能增加.,(2)用鐵錘反
8、復敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會升高，把鐵棒放在碳火上燒，鐵棒的溫度也會升高，這說明了什么問題？,答案說明做功和熱傳遞都能改變物體的內能.,圖2,2.在焦耳的許多實驗中，有兩個最具有代表性：一個實驗是讓重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升；另一個實驗是通過電流的熱效應給水加熱.焦耳的這兩個實驗說明了什么問題？,答案做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的.,答案,知識深化,1.功和內能(1)做功與內能變化的關系做功改變物體內能的過程是其他形式的能(如機械能)與內能相互轉化的過程.在絕熱過程中，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉化為內能，物體的內能就增加多少.(2)功與內能的區(qū)別功是過程量，
9、內能是狀態(tài)量.在絕熱過程中，做功一定能引起內能的變化.,物體的內能大，并不意味著做功多.在絕熱過程中，只有內能變化越大時，相應地做功才越多.2.熱和內能(1)在單純傳熱中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內能就增加多少；系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內能就減少多少.即UU2U1Q.(2)傳熱改變物體內能的過程是不同物體之間(或同一物體不同部分之間)內能轉移的過程.,3.熱量、功是過程量，內能是狀態(tài)量內能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內能也隨之確定.要使系統(tǒng)的內能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種方式來完成.熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的
10、能量，是用來衡量物體內能變化的.有過程，才有變化，離開過程則毫無意義.就某一狀態(tài)而言，只有“內能”，不能談到“熱量”或“功”.,例2(多選)關于物體內能的變化情況，下列說法中正確的是A.吸熱的物體，其內能一定增加B.體積膨脹的物體，其內能一定減少C.放熱的物體，其內能也可能增加D.絕熱壓縮的氣體，其內能一定增加,答案,解析,解析做功和熱傳遞都能改變物體的內能，不能依據(jù)一種方式的變化就判斷內能的變化.,例3關于溫度、熱量、功和內能，以下說法正確的是A.同一物體溫度高時，含有的熱量多B.物體的內能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C.外界對系統(tǒng)做功W，內能必定增加D.發(fā)生熱傳遞的條件是兩物體之間存
11、在溫度差,解析熱量是物體間進行熱傳遞時內能的轉移，不能說物體含有多少熱量，故A、B錯；由于做功和熱傳遞都可引起物體內能的變化，只根據(jù)做功無法準確判斷物體內能的變化，故C錯；物體間發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差，故D對.,答案,解析,溫度、內能和熱量的區(qū)別與聯(lián)系1.內能與熱量內能是狀態(tài)量，可以說系統(tǒng)具有多少內能而不能說傳遞多少內能；熱量是過程量，不能說系統(tǒng)具有多少熱量，只能說傳遞了多少熱量.2.熱量與溫度熱量是系統(tǒng)的內能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內部大量分子做無規(guī)則運動的激烈程度的標志.雖然熱傳遞的前提是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是熱量，不是溫度.,3.熱量與功熱量和功，都是系統(tǒng)內能變化的量
12、度，都是過程量，一定量的熱量與一定量的功相當，功是能量變化的量度，但它們之間有著本質的區(qū)別.,三、熱力學第一定律,(1)如圖3所示，快速推動活塞對汽缸內氣體做功10J，氣體內能改變了多少？若保持氣體體積不變，外界對汽缸傳遞10J的熱量，氣體內能改變了多少？,導學探究,答案都增加了10J.,答案,圖3,答案系統(tǒng)內能的增量UQW.,答案,(2)一根金屬絲經(jīng)過某一物理過程，溫度升高了，除非事先知道，否則根本無法判定是通過做功的方法，還是使用了傳熱的方法使它的內能增加.因為單純地對系統(tǒng)做功和單純地對系統(tǒng)傳熱都能改變系統(tǒng)的內能.既然它們在改變系統(tǒng)內能方面是等價的，那么當外界對系統(tǒng)做功為W，又對系統(tǒng)傳熱為
13、Q時，系統(tǒng)內能的增量U應該是多少？,知識深化,1.對公式UQW符號的規(guī)定,2.幾種特殊情況(1)絕熱過程：Q0，則UW，物體內能的增加量等于外界對物體做的功.(2)等容過程：過程中不做功，即W0，則UQ，物體內能的增加量等于物體從外界吸收的熱量.(3)等溫過程：過程的始末狀態(tài)物體的內能不變，即U0，則WQ(或QW)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功).,3.判斷是否做功的方法一般情況下看物體的體積是否變化.若物體體積增大，表明物體對外界做功，W0.特別提醒熱力學第一定律是將單純的絕熱過程和單純的傳熱過程中內能改變的定量表達推廣到一般情況，既有做功又有傳熱
14、的過程，其中U表示內能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量.,例4一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8104J的功，氣體的內能減少了1.2105J，則下列各式中正確的是A.W8104J，U1.2105J，Q4104JB.W8104J，U1.2105J，Q2105JC.W8104J，U1.2105J，Q2104JD.W8104J，U1.2105J，Q4104J,答案,解析,解析因為外界對氣體做功，W取正值，即W8104J；內能減少，U取負值，即U1.2105J；根據(jù)熱力學第一定律UWQ，可知QUW1.2105J8104J2105J，B選項正確.,應用熱力學第一定律解題
15、的一般步驟1.根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、U)的正負；2.根據(jù)方程UWQ求出未知量；3.再根據(jù)未知量結果的正負來確定吸熱、放熱情況或做功情況.,針對訓練空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2105J的功，同時空氣的內能增加了1.5105J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？,答案,解析,解析選擇被壓縮的空氣為研究對象，根據(jù)熱力學第一定律有UWQ.由題意可知W2105J，U1.5105J，代入上式得QUW1.5105J2105J5104J.負號表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5104J.,答案5104J,四、氣體實驗定律和熱力學第一定律的綜合應用,如圖4所示，一定質量的
16、理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，請在圖像基礎上思考以下問題：(1)在變化過程中是氣體對外做功，還是外界對氣體做功？,導學探究,答案由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，氣體體積變大，因此氣體對外界做功，即W0.由UWQ得Q0，即氣體吸熱，內能增加.,知識深化,對于理想氣體，常把熱力學第一定律與氣體實驗定律結合起來分析其狀態(tài)變化規(guī)律，常見的分析思路如下：(1)利用體積的變化分析做功問題.氣體體積增大，氣體對外做功；氣體體積減小，外界對氣體做功.(2)利用溫度的變化分析理想氣體內能的變化.一定質量的理想氣體的內能僅與溫度有關，溫度升高，內能增加；溫度降低，內能減小.(3)利用熱力學第一定律判斷是吸熱還是放熱.由熱力
17、學第一定律UWQ，則QUW，若已知氣體的做功情況和內能的變化情況，即可判斷氣體狀態(tài)變化是吸熱過程還是放熱過程.,例5(多選)如圖5所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)過等容過程ab到達狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到初態(tài)a.下列說法正確的是A.在過程ab中氣體的內能增加B.在過程ca中外界對氣體做功C.在過程ab中氣體對外界做功D.在過程bc中氣體從外界吸收熱量E.在過程ca中氣體從外界吸收熱量,答案,解析,圖5,解析在過程ab中，體積不變，氣體對外界不做功，壓強增大，溫度升高，內能增加，故選項A正確，C錯誤；在過程ca中，氣體的體積縮小，外界對氣體做功，壓強不變，溫
18、度降低，內能變小，氣體向外界放出熱量，故選項B正確，E錯誤；在過程bc中，溫度不變，內能不變，體積增大，氣體對外界做功，由熱力學第一定律可知，氣體要從外界吸收熱量，故選項D正確.,達標檢測,1.(能量守恒定律的理解和應用)(多選)細繩一端固定在天花板上，另一端拴一質量為m的小球，如圖6所示.使小球在豎直平面內擺動，經(jīng)過一段時間后，小球停止擺動.下列說法中正確的是A.小球機械能不守恒B.小球能量正在消失C.小球擺動過程中，只有動能和重力勢能在相互轉化D.總能量守恒，但小球的機械能減少,答案,1,2,3,4,解析,圖6,解析小球在豎直平面內擺動，經(jīng)過一段時間后，小球停止擺動，說明機械能通過克服阻力
19、做功不斷地轉化為內能，即機械能不守恒，故A正確；小球的機械能轉化為內能，能量的種類變了，但能量不會消失，故B錯誤；小球長時間擺動過程中，重力勢能和動能相互轉化的同時，機械能不斷地轉化為內能，故擺動的幅度越來越小，但總能量守恒，故C錯誤，D正確.,1,2,3,4,2.(改變物體內能的兩種方式)關于溫度、內能和熱量，下列說法中正確的是A.物體的溫度升高時，一定吸收熱量B.物體沿斜面下滑時，內能將增大C.物體沿斜面勻速下滑時，內能可能增大D.內能總是從高溫物體傳遞給低溫物體，當內能相等時熱傳遞停止,答案,1,2,3,4,解析,解析改變物體內能的兩種方法：做功和熱傳遞.溫度升高，內能增加，但不一定是吸
20、收熱量，A錯誤；物體沿斜面下滑時，可能不受摩擦力，內能可能不變，B錯誤；物體沿斜面勻速下滑時，物體克服摩擦力做功，摩擦生熱，內能可能增大，C正確；熱傳遞的條件是物體間存在溫度差，熱量從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，溫度相同后熱傳遞停止，D錯誤.,1,2,3,4,3.(熱力學第一定律的理解和應用)一定質量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5104J，氣體對外界做功1.0104J，則該理想氣體的A.溫度降低，密度增大B.溫度降低，密度減小C.溫度升高，密度增大D.溫度升高，密度減小,答案,1,2,3,4,解析,解析由熱力學第一定律UWQ得：U1.0104J2.5104J1.5104J，因
21、此氣體的內能增大，故溫度升高，又因氣體對外做功，體積增大，故密度減小.,4.(氣體實驗定律和熱力學第一定律的綜合應用)(多選)一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其VT圖像如圖7所示.下列說法正確的有A.AB的過程中，氣體對外界做功B.AB的過程中，氣體放出熱量C.BC的過程中，氣體壓強不變D.ABC的過程中，氣體內能增加,答案,解析,1,2,3,4,圖7,1,2,3,4,解析由VT圖像知，從A到B的過程中，氣體被等溫壓縮，外界對氣體做正功，氣體的內能不變.由熱力學第一定律知，氣體放出熱量，A項錯誤，B項正確；從B到C的過程中氣體做等壓變化，溫度降低，氣體內能減少，故C正確，D錯誤.,
2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學定律 1 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2 熱力學第一定律課件 教科版選修3-3.ppt
