高中物理 第4章 能量守恒与热力学定律 1 能量守恒定律的发现 2 热力学第一定律教师用书 教科版选修3-3

1能量守恒定律的发现2热力学第一定律学 习 目 标知 识 脉 络1.了解能量守恒定律的发现过程2理解能量守恒定律，会用能量的观点解释自然现象(难点)3知道第一类永动机不可能制成4理解热力学第一定律(重点)5会用UWQ解决一些简单问题(重点)能量守恒定律1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)意义各种形式的能可以相互转化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2第一类永动机不可能制成(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器(2)第一类永动机不可能制成的原因：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1各种能量之间可以转移或转化，但总量保持不变()2运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了()3第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律()有一种所谓“全自动”机械手表(如图411所示)，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？图411【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动，它就会停下来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3各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的例如：物体的机械能守恒，必须是只有重力或弹力做功4意义：能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而不能无中生有地创造能量不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的1下列关于能量转化现象的说法中，正确的是()A用太阳灶烧水是光能转化为内能B电灯发光是电能转化为光能C核电站发电是电能转化为内能D生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能 E风车发电是风的动能转化为电能【解析】A选项中是光能转化为内能，C选项中是核能转化为电能，D选项中是化学能转化为内能，A、B、E选项正确【答案】ABE2下列对能量的转化和守恒定律的认识正确的是() 【导学号：74320058】A某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加B某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器第一类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E汽车刹车而停止，汽车的动能消失了【解析】A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的，B选项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第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，所以A、B、C正确；D选项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，能量守恒定律表明能量既不会创生，也不会消失，故D、E是错误的【答案】ABC3风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮，设空气密度为，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h的高度，效率为80%.求单位时间内最多可提升的水的质量【解析】在时间t内吹在风车上的空气的质量为m1d2vt，风的动能Ekm1v2d2v3t.根据题意d2v3t50%80%mgh，则.【答案】应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加热力学第一定律1改变物体内能的两种方式做功和热传递2物体内能的改变(1)如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内能增加；若物体对外做功，物体的内能减少(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能增加；物体放出热量时，它的内能减少3热力学第一定律(1)内容：物体内能的增加量U，等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和(2)表达式：UWQ.1热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同()2热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定()3系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热 100 J()物体的内能不变，能否说明外界既没有对物体做功，也没有发生热传递？【提示】不能可能是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)1对UWQ的理解热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，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符号的规定符号WQU正号外界对物体做功物体吸收热量内能增加负号物体对外界做功物体放出热量内能减少3.应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统(2)根据符号法则写出各已知量(W、Q、U)的正、负(3)根据方程UWQ求出未知量(4)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4.判断气体做功正、负的方法(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0.5.几种常见的气体变化过程(1)绝热过程：过程是绝热的，则Q0，WU，外界对气体做的功等于气体内能的增加(2)等容过程：在该过程中气体不做功，即W0，则QU，气体吸收的热量等于气体内能的增加(3)等温过程：在过程的始末状态，气体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ，表示气体吸收的热量全部用来对外做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出4下列过程，可能发生的是()A物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D外界对物体做功，同时物体放热，内能增加E物体对外界做功，同时物体放热，内能增加【解析】根据热力学第一定律UWQ，做功和热传递都可以改变物体的内能，故由此可确定A、B、D正确，C、E错误【答案】ABD5一定量的气体内能增加了3105 J，(1)若吸收了2105 J的热量，则是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少焦耳的功？(2)若气体对外界做了4105 J的功，则是气体放热还是从外界吸热？放出或吸收的热量是多少？【解析】(1)由热力学第一定律UQW得WUQ3105 J2105 J1105 J外界对气体做功(2)由UQW得QUW3105 J(4105 J)7105 J气体从外界吸热【答案】(1)外界对气体做功1105 J(2)气体从外界吸热7105 J气体状态变化与物理量对应方法(1)绝热过程：气体与外界没有热传递(2)导热良好：气体与外界有热交换，且与外界温度保持相同(3)体积减小，外界对气体做功；体积增大(不是对真空膨胀)，气体对外界做功.(4)温度升高，理想气体的内能增加；温度降低，理想气体的内能减少.