1、-1-3 热力学第一定律 能量守恒定律-2-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 学习目标 思维脉络 1.能够从能量守恒的观点理解热力学第一定律,会利用热力学第一定律分析有关问题。2.理解能量守恒定律,知道它是自然界普遍遵循的基本规律。3.会用能量守恒定律分析计算有关问题。4.知道什么是第一类永动机,以及知道第一类永动机不可能制成的原因。-3-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究
2、 首页 一 二 三 一、热力学第一定律1.改变内能的两种方式:做功与热传递。(1)联系:两者在改变系统内能方面是等效的,一定数量的功与确定数量的热相对应。(2)区别:做功是内能与其他形式能量的相互转化,而热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。2.热力学第一定律。(1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。(2)表达式:U=Q+W。(3)W、Q、U 正负号的确定:W:外界对系统做功,W 取正值;系统对外界做功,W 取负值。Q:系统从外界吸热,Q 取正值;系统向外界放热,Q 取负值。U:系统内能增加,U 取正值;系统内能减少,U 取负值。-
3、4-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 一 二 三 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,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。2.意义(1)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。(2)各种互不相关的物理现象力学的、热学的、电学的、磁学的、光学的、化学的、生物学的等可以用能量守恒定律联系在一起。-5-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTA
4、NGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 一 二 三 三、永动机不可能制成1.第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器。2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。3.意义:正是历史上设计永动机的失败,才使后人的思考走上了正确的道路。-6-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 一 二 三 测一测下列各物体在所经历的过程中,内能增加的有()A.在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体B.水平飞行并射穿木块的子弹C.在绝热的条
5、件下被压缩的气体D.在空中匀速下落的雨滴解析:在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体,机械能守恒;子弹穿过木块的过程中克服摩擦力做功,机械能转化为内能;在绝热的条件下压缩气体,对气体做功,使其内能增加;雨滴匀速下落,重力势能减少,转化为内能。由此判断选项 B、C、D 正确。答案:BCD-7-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 热力学第一定律问题导引1.一个物体,它既没有吸收热量也没有放出热量,那么:(1)如果外界对物体做的功为 W,则它的内能如何变化?变化了多少?(2)
6、如果物体对外界做的功为 W,则它的内能如何变化?变化了多少?提示(1)一个物体,如果它既没有吸收热量也没有放出热量,那么外界对它做功为 W,它的内能就增加 W;(2)物体对外界做功为 W,它的内能就减少 W。2.一个物体,外界既没有对它做功,它也没有对外界做功,那么:(1)如果物体从外界吸收热量 Q,它的内能如何变化?变化了多少?(2)如果物体向外界放出热量 Q,它的内能如何变化?变化了多少?提示(1)如果外界既没有对物体做功,物体也没有对外界做功,那么物体从外界吸收热量 Q,它的内能就增加 Q;(2)物体向外界放出热量 Q,它的内能就减少 Q。-8-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZ
7、HIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 3.如果某一过程中,物体跟外界同时发生了做功和热传递,那么,该物体内能的变化 U 与热量 Q 及做的功 W 之间又满足怎样的关系呢?提示 U=W+Q。该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系,在物理学中叫作热力学第一定律。-9-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 名师精讲1.热力学第一定律的意义热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变
8、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.热力学第一定律的符号法则 做功 W 热量 Q 内能的变化 U 取正值“+”外界对系统做功 系统从外界吸收热量 系统的内能增加 取负值“-”系统对外界做功 系统向外界放出热量 系统的内能减少 -10-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 3.几种特殊情况(1)若过程是绝热的,则 Q=0,W=U,外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)
9、若过程中不做功,即 W=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 U=0,则 W+Q=0 或 W=-Q,外界对物体做的功等于物体放出的热量。4.判断是否做功的方法一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W0。5.应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、U)的正负;(2)根据方程 U=W+Q 求出未知量;(3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况。-11-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIA
10、NCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 例题 1外界对一定质量的气体做了 200 J 的功,同时气体又向外界放出了 80 J的热量,则气体的内能 (选填“增加”或“减少”)了 J。解析:外界对气体做了 200J 的功,则 W=200J,气体向外界放出了 80J的热量,则 Q=-80J,根据热力学第一定律 U=W+Q 得 U=200J-80 J=120J0,故内能增加,增加了 120J。答案:增加 120题后反思应用热力学第一定律计算时,要依据符号法则代入数据,对运算结果的正、负,也同样依照符号法则来解释其意义。-12-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XIN
11、ZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 变式训练 1一定量的理想气体在某一过程中,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()A.W=8104 J,U=1.2105 J,Q=4104 JB.W=8104 J,U=-1.2105 J,Q=-2105 JC.W=-8104 J,U=1.2105 J,Q=2104 JD.W=-8104 J,U=1.2105 J,Q=-4104 J解析:由符号法则可知,外界对气体做功 W取正,气体内能减少,U为负值,代入热力学第一定律
12、表达式得 Q=-2105 J。故选项 B 正确。答案:B-13-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 能量守恒定律问题导引1.不耗油的汽车能不能制成,为什么?不消耗能量的汽车呢?提示前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等能源代替石油能源制造出太阳能汽车、电动汽车等,但是不消耗任何能量的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。2.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?提示能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保持不变,它包括各个领域,其
13、范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移,是能量守恒定律的具体体现。-14-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 名师精讲1.能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能:机械运动有机械能,分子的热运动有内能,还有诸如电磁能、化学能、原子能等。各种形式的能,通过某种力做功可以相互转化。例如:利用电炉取暖或烧水,电能转化为内能;煤燃烧,化学能转化为内能;列车刹车后,轮子温度升高,机械能转化为内能等。2.能量守恒的条件与某种运动形式对应的能
14、是否守恒是有条件的。例如:物体的机械能守恒,必须是只有重力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然现象都普遍遵守的基本规律。-15-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 3.能量守恒定律的重要意义(1)找到了各种自然现象的公共量度能量,从而把各种自然现象用定量的规律联系起来,揭示了自然规律的多样性和统一性。(2)突破了人们关于物质运动的认识范围,从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物理学中解决问题的重要思维方法
15、。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论并称 19 世纪自然科学中三大发现,其重要意义由此可见。(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。4.能量守恒定律中的“转化”和“转移”(1)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等。(2)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。温馨提醒虽然功和能量具有相同的单位,但两者是完全不同的两个概念,所以在能量守恒的表达式中,只存在能量,不存在功。-16-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究
16、 首页 探究一 探究二 例题 2如图所示为冲击摆实验装置,一质量为 m 的子弹以 v0 射入质量为 M的沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定高度 h,则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少?(不计空气阻力)解析:子弹和沙箱相互作用的过程中,损失动能,产生内能,由能量守恒定律得 U=12 02 12(M+m)v2由于子弹和沙箱相互作用的时间极短,它们一起从最低点以 v 做圆周运动,满足机械能守恒,即12(M+m)v2=(M+m)gh由解得 U=1202-(M+m)gh。答案:12 02-(M+m)gh-17-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANG
17、TANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 题后反思应用能量守恒定律解决问题时,首先应明确题目中涉及了哪几种形式的能量,然后分析哪种形式的能量增加,哪种形式的能量减少,确定了研究的系统后,用能量守恒的观点即可求解。-18-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 变式训练 2下列对能量守恒定律的认识中,不正确的是()A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加C.不需要任何
18、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D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了解析:选项 A 是指不同形式的能量间的转化,转化过程中能量是守恒的。选项 B 是指能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的,这正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移。选项 C中任何永动机都是不可能制成的,它违背了能量守恒定律。选项 D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,只是转化成了其他形式的能量。答案:D-19-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJ
19、IU重难探究 首页 1 2 3 4 5 1.在热力学第一定律的表达式 U=W+Q 中,关于 U、W、Q 各个物理量的正、负,下列说法中正确的是()A.外界对物体做功时 W 为正,吸热时 Q 为负,内能增加时 U 为正B.物体对外界做功时 W 为负,吸热时 Q 为正,内能增加时 U 为负C.物体对外界做功时 W 为负,吸热时 Q 为正,内能增加时 U 为正D.外界对物体做功时 W 为负,吸热时 Q 为负,内能增加时 U 为负解析:根据公式 U=W+Q 中的符号法则知选项 C 正确。答案:C-20-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂
20、检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 1 2 3 4 5 2.下列说法正确的是()A.液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动B.液体分子的无规则运动称为布朗运动C.物体从外界吸收热量,其内能一定增加D.物体对外界做功,其内能一定减少解析:布朗运动指的是悬浮在液体或气体中的固体微粒的无规则运动,而非液体分子的运动,选项 A正确,B错误;根据热力学第一定律,物体的内能的改变取决于做功和热传递两个方面,故选项 C、D 错误。答案:A-21-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页
21、1 2 3 4 5 3.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,下列说法正确的是()A.机械能守恒B.能量正在消失C.只有动能和重力势能的相互转化D.减少的机械能转化为内能,但总能量守恒解析:自由摆动的秋千摆动幅度减小,说明机械能在减少,减少的机械能克服阻力做功,增加了内能。答案:D-22-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 1 2 3 4 5 4.下列关于第一类永动机的说法正确的是()A.第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器B.第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学
22、第一定律C.第一类永动机不能制成的原因是技术问题D.第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律解析:第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器,这是人们的美好愿望,但它违背了能量守恒定律,这也是它不能制成的原因。故A、D 两项正确,B、C 两项错误。答案:AD-23-3 热力学第一定律 能量守恒定律 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 1 2 3 4 5 5.一定量的气体从外界吸收热量2.66105J,内能增加 4.25105 J,是气体对外界做功还是外界对气体做功?做了多少功?解析:由热力学第一定律U=W+Q 得W=U-Q=4.25105 J-2.66105 J=1.59105 J。W 为正值,说明是外界对气体做功,做了 1.59105J 的功。答案:外界对气体做功 1.59105 J