广东省江门一中人教版高中物理选修33课件10.3热力学第一定律能量守恒定律共18张PPT

热力学第一定律 能量守恒定律复习提问复习提问1、研究一个热力学系统与外界是绝热的，如果外界对、研究一个热力学系统与外界是绝热的，如果外界对系统做功，系统的内能怎么变化？外界做的功跟系统系统做功，系统的内能怎么变化？外界做的功跟系统内能的变化之间是什么定量关系？内能的变化之间是什么定量关系？2、研究一个热力学系统跟外界只有单纯热传递发生，、研究一个热力学系统跟外界只有单纯热传递发生，如果系统从外界吸热，系统的内能怎么变化？系统从如果系统从外界吸热，系统的内能怎么变化？系统从外界吸收的热量跟系统内能的变化之间是什么定量关外界吸收的热量跟系统内能的变化之间是什么定量关系？系？思考：思考：如果系统与外界的做功和热传递同时发生，那如果系统与外界的做功和热传递同时发生，那么系统的内能增量又等于什么呢？么系统的内能增量又等于什么呢？热力学第一定律热力学第一定律（first law of thermodynamics)1、表述：、表述：一个热力学系统的内能增量等于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外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。和。2、意义：、意义：热力学第一定律反映了功、热量跟热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。系统内能改变之间的定量关系。3、数学表达式：、数学表达式： U= Q +W（一）焦耳实验再讨论（一）焦耳实验再讨论1、“液体液体”系统系统增加内能增加内能 通过热传递通过热传递2、“液体和电阻丝液体和电阻丝”系统系统增加内能增加内能 通过做功通过做功明确明确“系统系统”（二）功和热量（二）功和热量1、广义的功：力学相互作用下的能量、广义的功：力学相互作用下的能量传递传递2、热量、热量:系统与外界之间由于存在温度差系统与外界之间由于存在温度差而传递能量而传递能量定律中各量的正、负号及含义定律中各量的正、负号及含义物理量物理量符号符号意义意义符号符号意义意义W W+ +外界对物外界对物体做功体做功物体对外物体对外界做功界做功Q Q+ +物体吸热物体吸热物体放热物体放热u u+ +内能增加内能增加内能减少内能减少思考与讨论思考与讨论 例题例题：空气压缩机在一次压缩中，空气向空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量外界传递的热量2.0 105J J，同时空气的内能，同时空气的内能增加了增加了1.5 105J. J. 这时，在压缩空气的过程这时，在压缩空气的过程中，外界对空气做了多少功？中，外界对空气做了多少功？解：根据热力学第一定律U = Q + W 知：W= UQ = +1.5 105J -J -（- - 2.0 105J J） = = +3+3.5 105J J所以此过程中外界对空气做了所以此过程中外界对空气做了3 3.5 105J J的功的功 。二、能量守恒定律二、能量守恒定律实验录像：能的转化和守恒定律实验录像：能的转化和守恒定律能量守恒定律能量守恒定律 1、内容：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其总量保持不变 2、能量守恒定律的历史意义、能量守恒定律的历史意义能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭。能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言。三、永动机三、永动机不可能制成不可能制成 2 2、永动机给我们的启示、永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。 1 1、 第一类永动机第一类永动机 概念概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。 结果结果：无一例外地归于失败。 原因原因：违背了能量守恒定律。录像：永动机不可能制成录像：永动机不可能制成动画：失败的永动机动画：失败的永动机著名科学家达 芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图1所示， 在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！” 图图1 达达芬奇设想的永动机芬奇设想的永动机 滚球永动机滚球永动机 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图2所示。 转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。 图图2 滚球永动机滚球永动机 软臂永动机软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如图3所示。 它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。 图图3 软臂永动机软臂永动机 阿基米得螺旋永动机阿基米得螺旋永动机 1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋（图4） 把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出 现了热潮。 1.水沟 2.阿基米得螺旋 3.水轮 4.水磨 图图4 阿基米得螺旋永动机阿基米得螺旋永动机 磁力永动机磁力永动机 大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计如图5所示， A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。 图图5 磁力永动机磁力永动机 如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就是人们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律等自然规律的“创造”都是注定要失败的 亲爱的读者，你们读了这些发明永动机的故事有什么感想？科学规律不容违反，违反了就要碰壁，大家千万不要做那种徒劳无功的事啊！ 就在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的客观规律性。继达芬奇之后，斯蒂文于1568年写了一本静力学基础，其中讨论斜面上力的分解问题时，明确地提出了永动机不可能实现的观点。 他所用的插图画在该书扉页上，见图6，图的上方写着：“神奇其实并不神奇。”将14个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链，放在斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”，所以两侧应平衡。 右图右图6为为 “神奇其实并不神奇神奇其实并不神奇”