高中物理 第3章 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律课件 粤教版选修3-3.ppt

第二节热力学第一定律第三节能量守恒定律 考点一热力学第一定律 栏目链接 一根金属丝经过某一物理过程 温度升高了 除非事先知道 否则根本不能判定是经过对它做功的方法 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效的 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 提示 系统内能的增量 U Q W 栏目链接 1 热力学第一定律的研究对象研究功 热量跟内能的变化之间的定量关系 2 热力学第一定律的内容及公式 1 内容 如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程 那么 物体内能的增加 U就等于物体吸收的热量Q和外界对物体做的功W之和 2 公式 U W Q 栏目链接 3 对热力学第一定律的理解 1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变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 对公式 U Q W符号的规定 注意 1 在绝热过程中 Q 0 W U 外界对物体做的功等于物体内能的增加 2 在应用热力学第一定律的过程中 应特别分清W Q的正 负 以便更准确地判断 U 栏目链接 例1空气压缩机在一次压缩中 活塞对空气做了2 105J的功 同时空气的内能增加了1 5 105J 这一过程中空气向外界传递的热量是多少 解析 选择被压缩的空气为研究对象 根据热力学第一定律有 U W Q 由题意可知W 2 105J U 1 5 105J 代入上式得 Q U W 1 5 105J 2 105J 5 104J 负号表示空气向外释放热量 即空气向外界传递的热量为5 104J 答案 5 104J 方法总结 应用热力学第一定律解题的一般步骤 1 首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 2 分别列出物体或系统吸收或放出的热量 外界对物体或系统所做的功或物体或系统对外所做的功 3 根据热力学第一定律 U Q W列出方程进行求解 4 应特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义 课堂训练1 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图 M N两筒间密闭了一定质量的气体 M可沿N的内壁上下滑动 设筒内气体不与外界发生热交换 在M向下滑动的过程中 A A 外界对气体做功 气体内能增大B 外界对气体做功 气体内能减小C 气体对外界做功 气体内能增大D 气体对外界做功 气体内能减小解析 因为M N内被封闭气体体积减小 所以外界对气体做功 由热力学第一定律及M N内气体与外界没有热交换可知外界对气体做功 内能一定增加 故A正确 B C D错误 考点二热力学第一定律的应用 你能应用热力学第一定律讨论理想气体在等压膨胀过程的能量转换关系吗 提示 设一定质量的理想气体 保持压强不变 由 V1 T1 变为 V2 T2 而且V1 V2 由盖 吕萨克定律 及V1 V2知T1 T2 因气体膨胀 V1 V2 则气体对外做功 W 0 因气体温度升高 T1 T2 则气体的内能增加 U 0 由热力学第一定律 U W Q可知Q U W 0 即系统由外界吸收热量 系统吸收的热量一部分用来增加内能 一部分转化为气体对外所做的功 栏目链接 1 理想气体的等压过程如图所示是一定质量气体的等压线 若气体从状态A变化到状态B 该过程是等压膨胀过程 V2 V1 T2 T1 体积增大 气体对外做功 W0 则由热力学第一定律有Q U W 0 气体吸收热量 吸收的热量一部分用来增加 气体的内能 一部分转化为对外所做的功 若气体从状态B变化到状态A 该过程为等压压缩 应有W 0 U 0 Q U W 0 这说明气体放出的热量等于外界对气体所做的功与气体内能减小量的和 2 理想气体的等容过程等容过程中 体积V不变 W 0 则由热力学第一定律有 U Q 若温度升高时 气体吸收的热量全部用来增加气体的内能 反之 气体放出的热量等于气体内能的减少 3 理想气体的等温过程等温过程中内能不变 即 U 0 由热力学第一定律有W Q 若气体等温压缩 则W 0 Q0 气体吸收热量 吸收的热量全部用来对外做功 注意 1 做功情况往往和物体的体积变化相联系 一般情况下 体积增大时 对外做功 W0 2 气体的状态变化时 往往要用到气体的实验定律帮助分析体积和温度的变化情况 从而得到做功情况和内能的变化情况 例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 气泡缓慢上升的过程中 温度不变 气体的内能不变 U 0 但压强逐渐减小 由玻意耳定律pV 恒量可知体积V逐渐增大 气体对外做功 即W0 故气体从外界吸收热量 且吸收的热量全部用来对外做功 则B项正确 答案 B 课堂训练2 民间常用 拔火罐 来治疗某些疾病 方法是将点燃的纸片放入一个小罐内 当纸片燃烧完时 迅速将火罐开口端紧压在皮肤上 火罐就会紧紧地被 吸 在皮肤上 其原因是 当火罐内的气体 B A 温度不变时 体积减小 压强增大B 体积不变时 温度降低 压强减小C 压强不变时 温度降低 体积减小D 质量不变时 压强增大 体积减小 解析 将火罐开口端紧压在皮肤上时 火罐体积不变 随着温度降低 火罐内的气体压强减小 火罐就会紧紧地被 吸 在皮肤上 考点三能量守恒定律 使热力学系统内能改变的方式是做功和热传递 做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程 热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能 在能量发生转化或转移时 能量的总量会减少吗 提示 能量的总量保持不变 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 在转化和转移的过程中其总量不变 2 对能量守恒定律的理解 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 2 与某种运动形式对应的能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 它是一切自然界现象都遵守的基本规律 3 能量守恒定律的重要意义 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规律联系起来 揭示了自然规律的多样性和统一性 突破了人们关于物质运动的机械观念的范围 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 能量守恒定律与细胞学说 达尔文的生物进化论并称19世纪自然科学中三大发现 例3 多选 如图所示 A B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态 当气体自状态A变化到状态B时 A 体积必然变大B 一定经过体积减小的过程C 外界必然对气体做正功D 气体必然从外界吸热 解析 本题是气体状态变化 图象与热力学第一定律结合的综合分析题 连接OA OB得到两条等容线 故有VB VA 所以A正确 由于没有限制自状态A变化到状态B的过程 所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到B状态 故B错误 因为气体体积增大 所以是气体对外做功 C错误 因为气体对外界做功 而气体的温度又升高 内能增大 由热力学第一定律知气体一定从外界吸热 D正确 答案 AD 方法总结 1 一定质量的理想气体的内能只由温度决定 与体积无关 2 W Q U和 C及图象的综合应用是热学在高考中的热点 课堂训练3 如图所示 A B是两个完全相同的铁球 A放在绝热板上 B用绝热绳悬挂 现只让它们吸收热量 当它们升高相同的温度时 它们所吸收的热量分别为QA QB 则 C A QA QBB QAQBD 无法确定QA QB的大小