高中物理《热力学第一定律》课件（人教版选修3-3）

欢迎进入物理课堂 第三节热力学第一定律能量守恒定律 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第三节 课前自主学案 课标定位 课标定位 学习目标 1 理解热力学第一定律 并能运用热力学第一定律分析和计算有关问题 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 重点难点 1 掌握热力学第一定律的符号法则并能进行有关计算 2 能正确分析不同能量之间的转化并能用能量观点解决有关问题 课前自主学案 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等于外界向它传递的 与外界对它所做的 的和 2 表达式 做功 传热 热量 功 U Q W 二 能量守恒定律1 能量守恒定律内容 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 意义 1 各种形式的能可以 转化 转移 相互转化 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 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 核心要点突破 一 热力学第一定律与改变内能的两种方式1 对热力学第一定律的理解 1 对 U W Q的理解 热力学第一定律是对单纯的绝热过程和单纯的传热过程中内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 2 对公式 U Q W符号的规定 2 改变内能的两种方式比较 3 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 4 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 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 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为负答案 C 二 对能量守恒定律的理解1 自然界中能量的存在形式物体运动具有动能 分子运动具有分子动能 电荷具有电能 原子核内部的运动具有原子能等等 可见 在自然界中 不同的能量形式与不同的运动形式相对应 2 不同形式能量之间的转化 摩擦生热 是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能 水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做 功将壶盖顶起 表明内能转化为机械能 电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等 这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化 且这一转化过程是通过做功来完成的 3 能量守恒的两种表述 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年宿迁高二检测 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 选D 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小 说明机械能在减少 故A项错误 C项错误 而减少的机械能通过摩擦转化成了内能 故B项错误 D项正确 课堂互动讲练 一定量的气体从外界吸收了2 6 105J的热量 内能增加了4 2 105J 是气体对外界做了功 还是外界对气体做了功 做了多少功 自主解答 根据热力学第一定律表达式中的符号法则 知Q 2 6 105J U 4 2 105J 由 U W Q 得W U Q 4 2 105J 2 6 105J 1 6 105J W 0 说明是外界对气体做了功 答案 外界对气体做功1 6 105J 方法总结 1 要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统 2 应用热力学第一定律计算时 要依照符号法则代入数据 对结果的正 负 也同样依照符号法则来解释其意义 变式训练1如图10 3 1是封闭的汽缸 内部封有一定质量的理想气体 外力推动活塞P压缩气体 对缸内气体做功800J 同时气体向外界放热200J 则缸内气体的 图10 3 1 A 温度升高 内能增加600JB 温度升高 内能减少200JC 温度降低 内能增加600JD 温度降低 内能减少200J解析 选A 由热力学第一定律 W Q U得 U 800J 200J 600J 一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关 U 600J 0 故温度一定升高 A选项正确 2011年高考新课标全国卷 对于一定量的理想气体 下列说法正确的是 A 若气体的压强和体积都不变 其内能也一定不变B 若气体的内能不变 其状态也一定不变C 若气体的温度随时间不断升高 其压强也一定不断增大 D 气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关E 当气体温度升高时 气体的内能一定增大 精讲精析 A选项 p V不变 则T不变 气体的内能不变 故选项A正确 B选项 内能不变 温度不变 p V可能变 选项B错误 C选项 气体温度升高 压强不一定增大 故选项C错误 D选项 气体温度每升高1K吸收的热量与气体对外做功多少有关 即 与经历的过程有关 故选项D正确 E选项 温度升高 理想气体的内能一定增大 故选项E正确 答案 ADE 变式训练2一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起 若不计气泡内空气分子势能的变化 则 A 气泡对外做功 内能不变 同时放热B 气泡对外做功 内能不变 同时吸热C 气泡内能减少 同时放热D 气泡内能不变 不吸热也不放热 解析 选B 在气泡缓慢上升的过程中 气泡外部的压强逐渐减小 气泡膨胀 对外做功 故气泡中空气分子的内能减小 温度降低 但由于外部恒温 且气泡缓慢上升 故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度 内能不变 故须从外界吸收热量 且吸收的热量等于对外界所做的功 如图10 3 2所示 A B是两个完全相同的铁球 初温相同 A放在绝热板上 B用绝热绳悬挂 现只让它们吸热 当它们升高相同的温度时 吸热分别为QA QB 则 图10 3 2 A QA QBB QAQBD 无法确定 精讲精析 A B升高相同的温度 根据Q cm t可知 升温需要的能量是相同的 由于受热膨胀 A的重心升高 重力势能增加 吸热QA一部分用于升温 一部分用于增加重 力势能 Ep 即QA Q Ep B的重心降低 重力势能减小 吸热QB和减少的重力势能 Ep共同用于升温 即Q QB Ep 显然QA QB 答案 C 方法总结 重力势能的变化是此题的关键 无论能量怎样变化 能量总是守恒的 变式训练3 2011年浙江金华十校联考 如图10 3 3所示的绝热容器中 A B各有一个可自由移动的轻活塞 活塞下面是水 上面是空气 大气压恒定 A B底部由带有阀门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 下面说法正确的是 图10 3 3 A 大气压力对水做功 水的内能不变B 水克服大气压力做功 水的内能减少C 大气压力对水不做功 水的内能不变D 大气压力对水不做功 水的机械能减少 内能增加解析 选D 水的体积未变 故大气压力不做功 故A B错 该过程中水的重心降低 重力势能减少 机械能转化为水的内能 故D对 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全