1、第十章 热力学定律第三节 热力学第一定律 能量守恒定律第十章 热力学定律学习目标 明目标 知重点 1.理解热力学第一定律,掌握它的表达式并能进行有关计算.2.理解能量守恒定律,会用能量守恒的观点分析、解决有关问题.3.知道第一类永动机是不可能制成的.一、热力学第一定律1.改变内能的两种方式:_和_2.热力学第一定律(1)内容:一个热力学系统的内能增量_外界向它传递的热量与外界对它所做的功的_(2)表达式:_做功传热等于和 UQW二、能量守恒定律1.内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式_为另一种形式,或者从一个物体_到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变2.意
2、义(1)各种形式的能可以_(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起转化转移相互转化三、永动机不可能制成1.第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地_的机器2.第一类永动机不可能制成的原因:违背了_定律对外做功能量守恒提示:(1)(2)(3)(4)1判断正误(1)外界对系统做功,系统的内能一定增加.()(2)系统内能增加,一定是系统从外界吸收热量()(3)系统从外界吸收热量 5 J,系统的内能可能增加 5 J()(4)石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了()提示:这不是永动机手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量,供手表指针走动若将此手表长时间放置不
3、动,它就会停下来2.有一种所谓“全自动”机械手表,既不需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去这是不是一种永动机?如果不是,维持表针走动的能量是从哪儿来的?热力学第一定律1对热力学第一定律的理解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的过程是等效的,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2公式 UQW 中符号的规定符号WQ U 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3.几种特殊情况(1)若过程是绝热的,则 Q0,W U,外界对物体做的功等于物体内能的增加(2)若过程中不做功,即 W
4、0,则 Q U,物体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 U0,则 WQ0或 WQ,外界对物体做的功等于物体放出的热量4应用热力学第一定律解题的一般思路(1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统(2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量;外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功;研究对象内能的增加量或减少量(3)根据热力学第一定律 UQW 列出方程进行求解(4)特别注意物理量的正负号及其物理意义考查维度 1 热力学第一定律的应用一定质量的气体从外界吸收了 4.2105 J 的热量,同时气体对外做了 6105 J 的功,问:(1)气体的内能是增加还是
5、减少?变化量是多少?(2)分子势能是增加还是减少?(3)分子的平均动能是增加还是减少?思路点拨(1)利用热力学第一定律,W、Q 各为多少?(2)分子势能如何判断?(3)分子的平均动能如何判断?解析(1)气体从外界吸热为 Q4.2105J 气体对外做功:W6105J 由热力学第一定律:UWQ(6105J)(4.2105 J)1.8105J U 为负,说明气体的内能减少了所以,气体内能减少了1.8105 J.(2)因为气体对外做功,所以气体的体积膨胀,分子间的距离增大了,分子力做负功,气体分子势能增加了(3)因为气体内能减少,同时气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少了 答案(1)减少
6、1.8105J(2)增加(3)减少考查维度 2 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用(2016清远高二检测)如图所示,A、B 两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态,当气体从状态 A 变化到状态 B时()A气体内能一定增加 B气体压强变大C气体对外界做功D气体对外界放热思路点拨(1)一定质量理想气体的内能由温度决定(2)由 pVC 判断压强变化(3)根据体积变化判断做功情况(4)由热力学第一定律判断吸热还是放热 解析 由题图可知,理想气体的变化为等温膨胀,气体压强减小,故气体的内能不变,气体对外做功;由热力学第一定律可知,气体一定从外界吸收热量综上可知,C 对,A、B、D 错 答案 C1做
7、功正负的判断方法(1)若气体体积增大,表明气体对外界做功,W0.(3)若气体向真空中自由膨胀,W0.2内能变化的判断方法(1)内能定义:Un E knEp.(2)热力学第一定律,UWQ.(3)能量守恒 1(2015高考北京卷)下列说法正确的是()A物体放出热量,其内能一定减小B物体对外做功,其内能一定减小C物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加D物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变解析:选 C.根据热力学第一定律(公式 UQW)可知,做功和热传递都可以改变物体的内能,当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时,物体的内能增加,选项 A、B 错误,选项 C
8、 正确;物体放出热量同时对外做功,则 QW0,内能减小,选项 D 错误2.(2016高考全国卷甲)一定量的理想气体从状态 a 开始,经历等温或等压过程 ab、bc、cd、da 回到原状态,其 pT 图象如图所示,其中对角线 ac 的延长线过原点 O.下列判断正确的是()A气体在 a、c 两状态的体积相等B气体在状态 a 时的内能大于它在状态 c 时的内能C在过程 cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D在过程 da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E在过程 bc 中外界对气体做的功等于在过程 da 中气体对外界做的功解析:选 ABE.由pVT k 可知,pT 图象中过原点的
9、一条倾斜的直线是等容线,A 项正确;气体从状态 c 到状态 d 的过程温度不变,内能不变,从状态 d 到状态 a 的过程温度升高,内能增加,B 项正确;由于过程 cd 中气体的内能不变,根据热力学第一定律可知,气体向外放出的热量等于外界对气体做的功,C 项错误;在过程da 中气体内能增加,气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功,D 项错误;过程 bc 中,外界对气体做的功 Wbcpb(VbVc)pbVbpcVc,过程 da 中气体对外界做的功 Wdapd(VaVd)paVapdVd,由于 pbVbpaVa,pcVcpdVd,因此过程 bc 中外界对气体做的功与过程 da 中气体对外界做的功相
10、等,E 项正确 能量守恒定律能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程1在自然界中,不同的能量形式与不同的运动形式相对应,如物体做机械运动具有机械能、分子运动物体具有内能等2某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等3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考查维度 1 对能量守恒定律的理解如图所示,直立容器的内部有被隔板隔开的A、B 两部分气体,A 的密度小,B 的密度大抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀混合设在此过程中气体吸热 Q,气体内能的增量为 E,则()A EQB EQD E0思路点拨 先分析系统中哪些形式的能量发生变化,再由能
11、量守恒定律判断 解析 因 A 部分气体密度小,B 部分气体密度大,以整体为研究对象,开始时,气体的重心在中线以下,混合均匀后,气体的重心应在中线上,所以有重力做负功,使气体的重力势能增大,由能量守恒定律可知,吸收的热量 Q 有一部分增加气体的重力势能,另一部分增加内能故正确答案为 B.答案 B考查维度 2 有关能量守恒定律的计算(2016海口高二检测)有一个 10 m 高的瀑布,水流在瀑布顶端时速度为 2 m/s,在瀑布底与岩石的撞击过程中,有 10%的动能转化为水的内能,请问水的温度上升了多少摄氏度?已知水的比热容为 4.2103 J/(kg),g 取 10 m/s2思路点拨 撞击前的动能转
12、化的内能上升的温度 解析 根据机械能守恒定律知,水流到达瀑布底时的动能 Ek12mv2mgh 水吸收热量 Q 与温度变化 t 满足关系 Qcm t 由题意知,有 10%的动能转化为水的内能,所以 12mv2mgh 10%cm t 代入数据得:t2.4103.答案 2.4103 应用能量守恒定律解题的基本思路(1)明确研究对象,对研究对象进行正确的受力分析,弄清物理过程,考察做功情况(2)分析物理过程中能量转化的形式和转化方向(3)根据分析选择正确的物理定律,并写出相应的数学表达式进行求解3如图,容器 A、B 各有一个可以自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面是大气,大气压恒定A、B 的底部由带阀
13、门K 的管道相连,整个装置与外界绝热原先 A 中水面比 B 中的高,打开阀门,使 A 中的水逐渐向 B 中流动,最后达到平衡在这个过程中()A大气压对水不做功,水的内能减少B水克服大气压做功,水的内能减少C大气压对水不做功,水的内能不变D大气压对水不做功,水的内能增加解析:选 D.打开阀门 K,使 A 中的水逐渐流向 B 中,最后水面持平,A 中水面下降 hA,B 中水面上升 hB,相当于 A 端 SAhA体积的水移到 B 端,且 SAhASBhB,这部分水的重心降低,重力对水做正功,重力势能减小了大气压力做功情况是大气压对 A 容器中的水做正功,对 B 容器中的水做负功所以,大气压力对水做的
14、总功为 p0SAhAp0SBhB,由于 SAhASBhB,所以大气压对水做的总功为零,又由于系统绝热,与外界没有热交换,只有水重力做功,重力势能转化为内能,故选项 D 正确4重 1 000 kg 的气锤从 2.5 m 高处落下,打在质量为 200 kg 的铁块上,要使铁块的温度升高 40,气锤至少应落下多少次?设气锤撞击铁块时 60%的机械能损失用来升高铁块的温度取 g10 m/s2,铁的比热容 c0.462103 J/(kg)解析:气锤从 2.5 m 高处下落到铁块上损失的机械能 Emgh1 000102.5 J2.5104 J 气锤每次撞击铁块后用来升高铁块温度的能量为 W E60%1.5104 J 使铁块温度升高 40 所需的热量 Qcm t0.46210320040 J3.696106 J 设气锤应下落 n 次,才能使铁块温度升高 40,则由能的转化和守恒定律得 nWQ 所以 n QW3.6961061.5104 246.4 故 n 应取 247.答案:247 次本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放