10.3 热力学第一定律　能量守恒定律ppt课件

1、3 热力学第一定律能量守恒定律,第十章热力学定律,学科素养与目标要求,1.理解热力学第一定律和能量守恒定律. 2.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因.,物理观念：,1.能利用热力学第一定律进行有关计算. 2.会用能量守恒的观点分析、解决有关问题.,科学思维：,自主预习,01,1.改变内能的两种方式： 与 .两者在改变系统内能方面是等价的. 2.热力学第一定律：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 的和. 3.热力学第一定律的表达式：U .,热力学第一定律,一,热传递,做功,热量,做的功,QW,能量守恒定律,二,1.能量守恒定律 能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能

2、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 . 2.能量守恒定律的意义 (1)各种形式的能可以 . (2)各种物理现象可以用 联系在一起. 3.永动机不可能制成 (1)第一类永动机：人们把设想的不消耗 的机器称为第一类永动机. (2)第一类永动机由于违背了 ，所以不可能制成.,产生,消失,转化,保持不变,相互转化,能量守恒定律,能量,能量守恒定律,转移,1.判断下列说法的正误. (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了热量.() (3)系统内能减少，一定是系统对外界做了功.() (4)违背能量守恒定律

3、的过程是不可能发生的.() 2.一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能_(“增加”或“减少”)_ J.,即学即用,减少,50,重点探究,02,(1)如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？,导学探究,热力学第一定律,一,答案都增加了10 J.,(2)一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是通过做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加.因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能.既然它们在改变系统内能方面是等

4、价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量U应该是多少？,答案QW.,1.对公式UQW符号的规定,知识深化,2.几种特殊情况 (1)绝热过程：Q0，则UW，物体内能的增加量等于外界对物体做的功. (2)等容过程：W0，则UQ，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量. (3)等温过程：始末状态物体的内能不变，即U0，则WQ(或QW)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功).,3.判断是否做功的方法 一般情况下看物体的体积是否变化. 若物体体积增大，表明物体对外界做功，W0. 特别提醒热力学第一定律是将单纯的绝热过程和单纯的传热过程中内

5、能改变的定量表达推广到一般情况，既有做功又有传热的过程，其中U表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量.,例1一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 A.W8104 J，U1.2105 J，Q4104 J B.W8104 J，U1.2105 J，Q2105 J C.W8104 J，U1.2105 J，Q2104 J D.W8104 J，U1.2105 J，Q4104 J,解析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；根据热力学第一定律UWQ，可知Q

6、UW1.2105 J8104 J2105 J，B选项正确.,总结提升,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UWQ求出未知量； 3.再根据未知量结果的正负来确定吸、放热情况、做功情况或内能变化情况.,能量守恒定律的理解和应用,二,(1)在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？,导学探究,答案能量的总量不会减少.,(2)图为一种所谓“全自动”的机械手表，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？,答案这不是永动机.手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，

7、供手表指针走动.若将此手表长时间放置不动，它就会停下来.,1.能量的存在形式及相互转化 (1)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，还有电磁能、化学能、核能等. (2)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. 2.能量守恒的两种表达 (1)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. (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.,知识深化,3.第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量

8、而对外做功，由UWQ知，系统内能将减小.若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的.,例2(2018咸阳实验中学月考)如图1所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片.轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动.离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是 A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量,解析形状记忆合金进入水中后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量

9、守恒知，能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误； 由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确.,图1,气体实验定律和热力学第一定律的综合应用,三,如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图象基础上思考以下问题：,导学探究,答案由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，即W0.,(1)在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？,答案由pV图象知从a状态变化到b状态，温度升高，故U0. 由UWQ得Q0，即气体吸热，内能增加.,(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能如何变化.,热力学第一定律与理想气体状态

10、方程结合问题的分析思路： (1)利用体积的变化分析做功问题.气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功. (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化.一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小. (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热. 由热力学第一定律UWQ，则QUW，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程.,知识深化,例3(多选)(2018全国卷)如图2，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如pV图中从a到b的直线所示.在此过程中 A.气体温度一直降低 B.气体内能一直增加 C.气体一直

11、对外做功 D.气体吸收的热量一直全部用于对外做功,图2,解析在pV图中理想气体的等温线是双曲线的一支，而且离坐标轴越远温度越高，故从a到b温度升高，A错； 一定质量的理想气体的内能由温度决定，温度越高，内能越大，B对； 气体体积膨胀，对外做功，C对； 根据热力学第一定律UQW，得QUW，气体吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加气体的内能，D错.,例4如图3所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0时，活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢

12、下降，该过程中活塞下降了0.1L，汽缸中的气体吸收的热量为Q.求： (1)汽缸内部气体内能的增量U；,答案Q0.1p0SL0.1LG,图3,解析密封气体的压强,密封气体对外做功大小 WpS0.1L 由热力学第一定律得 UQ0.1p0SL0.1LG,(2)最终的环境温度T.,答案1.1T0,解析该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有,解得T1.1T0.,达标检测,03,1.(热力学第一定律的理解和应用)关于内能的变化，以下说法正确的是 A.物体吸收热量，内能一定增大 B.物体对外做功，内能一定减少 C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变,1,2,3

13、,解析根据热力学第一定律UWQ，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A错； 物体对外做功，还有可能吸收热量，内能可能不变或增大，B错，C正确； 物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误.,4,5,2.(能量守恒定律的理解和应用)如图4所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中 A.大气压做正功，重力做负功，水的内能不变 B.大气压不做功，重力做正功，水的内能增大 C.大气压不做功，重力做负功，水的内能增大 D

14、.大气压做负功，重力做正功，水的内能不变,1,2,3,解析由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B对，A、C、D错.,图4,4,5,3.(热力学第一定律的理解和应用)(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其VT图象如图5所示.下列说法正确的有 A.AB的过程中，气体对外界做功 B.AB的过程中，气体放出热量 C.BC的过程中，气体压强不变 D.ABC的过程中，气体内能增加,1,2,3,解析由VT图象知，从A到B的过程中，气体被等温压缩，外界对

15、气体做正功，气体的内能不变.由热力学第一定律知，气体放出热量，A错误，B正确； 从B到C的过程中气体做等压变化，温度降低，气体内能减少，故C正确，D错误.,图5,4,5,4.(气体实验定律和热力学第一定律的综合应用)(2019沙市中学高二下期中)在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢.假设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡 A.压强增大，体积减小，吸收热量 B.压强增大，体积减小，放出热量 C.压强减小，体积增大，吸收热量 D.压强减小，体积增大，放出热量,1,2,3,解析温泉中正在缓慢上升的气泡，压强减小，由理想气体状态方程公式 C，知温度

16、不变，压强减小时体积增大；一定量的理想气体的内能仅与温度有关，故内能不变，体积增大时，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体应吸收热量，故C正确，A、B、D错误.,4,5,5.(气体实验定律和热力学第一定律的综合应用)(2018衡水中学模拟)如图6所示，内壁光滑、足够高的圆柱形汽缸竖直放置，内有一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气,1,2,3,4,5,体.已知活塞横截面积为S，外界大气压强为p0，缸内气体温度为T1.现对汽缸内气体缓慢加热，使气体体积由V1增大到V2，该过程中气体吸收的热量为Q1，停止加热并保持体积V2不变，使其降温到T1，已知重力加速度为g，求： (1)停止加热时缸内气体的温度；,图6,(2)降温过程中气体放出的热量.,解析设加热过程中，封闭气体内能增加U，因气体体积增大，故此过程中气体对外做功，W0. 由热力学第一定律知：UQ1W,由于理想气体内能只与温度有关，故再次降到原温度时气体放出的热量满足Q2U,1,2,3,4,5,