1能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)2熱力學(xué)第一定律,第四章能量守恒與熱力學(xué)定律,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵循的基本規(guī)律.2.知道第一類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的.3.知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，理解這兩種方式對(duì)改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的.4.理解熱力學(xué)第一定律，能運(yùn)用它解釋自然界的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題.,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn),1.常見的能量形式自然界中能量形式很多，常見的能量形式有：機(jī)械能、核能及太陽(yáng)能等.各種形式的能在一定條件下，可以相互，且轉(zhuǎn)化過(guò)程中遵循一定規(guī)律.2.能量守恒定律的內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式為另一種形式，或者從一個(gè)物體到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其不變.,內(nèi)能,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,總量,3.第一類永動(dòng)機(jī)(1)定義：不需要任何動(dòng)力和，卻能不斷地對(duì)外的機(jī)器.(2)不可能制成的原因：違背了.,燃料,做功,能量守恒定律,1.改變物體內(nèi)能的兩種方式：和.2.做功其他形式的能與之間的.外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能.物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能.3.熱傳遞不同物體之間或同一物體不同部分之間的.物體吸收熱量，內(nèi)能.物體放出熱量，內(nèi)能.4.做功和熱傳遞對(duì)物體內(nèi)能的改變是的，但本質(zhì)不同.,二、改變物體內(nèi)能的兩種方式,做功,熱傳遞,內(nèi)能,轉(zhuǎn)化,增加,減少,內(nèi)能,轉(zhuǎn)移,增加,減少,等效,三、熱力學(xué)第一定律,1.熱力學(xué)第一定律：功、熱量跟改變之間的定量關(guān)系.2.熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式：U.,內(nèi)能,QW,1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)石子從空中落下，最后停止在地面上，說(shuō)明機(jī)械能消失了.()(2)能量既可以轉(zhuǎn)移又可以轉(zhuǎn)化，故能的總量是可以變化的.()(3)熱量一定從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體.()(4)做功和熱傳遞都可改變物體的內(nèi)能，從效果上是等效的.()(5)系統(tǒng)從外界吸收熱量5J，內(nèi)能可能增加5J.()(6)系統(tǒng)內(nèi)能減少，一定是系統(tǒng)對(duì)外界做了功.(),即學(xué)即用,答案,2.各種方法使物體的內(nèi)能發(fā)生改變：a.電爐通電后發(fā)熱；b.一杯開水放在桌面上冷卻；c.陽(yáng)光照射下冰塊融化；d.鋸木頭時(shí)，鋸片發(fā)燙；e.人坐在火爐旁取暖；f.用打氣筒給自行車打氣后，打氣筒變熱.其中屬于做功使物體內(nèi)能改變的是_；屬于熱傳遞使物體內(nèi)能改變的是_.,答案,adf,bce,重點(diǎn)探究,1.圖1為有一種所謂“全自動(dòng)”的機(jī)械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去.這是不是一種永動(dòng)機(jī)？如果不是，維持表針走動(dòng)的能量是從哪兒來(lái)的？,一、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn),導(dǎo)學(xué)探究,答案這不是永動(dòng)機(jī).手表戴在手腕上，通過(guò)手臂的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手表獲得能量，供手表指針走動(dòng).若將此手表長(zhǎng)時(shí)間放置不動(dòng)，它就會(huì)停下來(lái).,圖1,答案,2.觀察課本中的“幾種重要的能量形式及相互之間的轉(zhuǎn)化”圖，試著說(shuō)明汽車把汽油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程.在這些能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，遵守的規(guī)律是什么？,答案汽車通過(guò)燃燒汽油，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)做功把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.能量守恒定律.,答案,知識(shí)深化,1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有諸如電磁輻射能、化學(xué)能、核能等.(2)各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化機(jī)械能中的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化(如：自由落體運(yùn)動(dòng)).機(jī)械能可以與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化(如：摩擦生熱，消耗了機(jī)械能，通過(guò)做功的形式轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熱機(jī)中的氣體推動(dòng)活塞做功，把氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能).其他形式的能也可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(如：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱的燈絲發(fā)光，又把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為光能；燃料燃燒時(shí)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能).,2.對(duì)能量守恒定律的理解(1)某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等.(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.3.能量守恒定律的意義：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，任何一部機(jī)器，只要對(duì)外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而不能無(wú)中生有地創(chuàng)造能量.4.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成：任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不可能無(wú)中生有地創(chuàng)造能量，即第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制造出來(lái)的.,例1(多選)一物體獲得一定初速度后，沿著一粗糙斜面上滑，在上滑過(guò)程中，物體和斜面組成的系統(tǒng)A.機(jī)械能守恒B.總能量守恒C.機(jī)械能和內(nèi)能增加D.機(jī)械能減少，內(nèi)能增加,答案,解析,解析物體沿斜面上滑過(guò)程中，有摩擦力對(duì)物體做負(fù)功，所以物體的機(jī)械能減少.由能量守恒定律知，內(nèi)能應(yīng)增加，能量總量不變.,利用能量守恒定律解決問(wèn)題時(shí)，首先應(yīng)明確題目中涉及哪幾種形式的能量，其次分析哪種能量增加了，哪種能量減少了，確定研究的系統(tǒng)后，用能量守恒觀點(diǎn)求解.,二、改變物體內(nèi)能的兩種方式,答案,1.(1)如圖2，小孩沿滑梯下滑時(shí)屁股通常會(huì)感到發(fā)熱，這是為什么？,導(dǎo)學(xué)探究,答案小孩沿滑梯下滑時(shí)克服摩擦力做功，內(nèi)能增加.,(2)用鐵錘反復(fù)敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會(huì)升高，把鐵棒放在碳火上燒，鐵棒的溫度也會(huì)升高，這說(shuō)明了什么問(wèn)題？,答案說(shuō)明做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能.,圖2,2.在焦耳的許多實(shí)驗(yàn)中，有兩個(gè)最具有代表性：一個(gè)實(shí)驗(yàn)是讓重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升；另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是通過(guò)電流的熱效應(yīng)給水加熱.焦耳的這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么問(wèn)題？,答案做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的.,答案,知識(shí)深化,1.功和內(nèi)能(1)做功與內(nèi)能變化的關(guān)系做功改變物體內(nèi)能的過(guò)程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程.在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少.(2)功與內(nèi)能的區(qū)別功是過(guò)程量，內(nèi)能是狀態(tài)量.在絕熱過(guò)程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化.,物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多.在絕熱過(guò)程中，只有內(nèi)能變化越大時(shí)，相應(yīng)地做功才越多.2.熱和內(nèi)能(1)在單純傳熱中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少；系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少.即UU2U1Q.(2)傳熱改變物體內(nèi)能的過(guò)程是不同物體之間(或同一物體不同部分之間)內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過(guò)程.,3.熱量、功是過(guò)程量，內(nèi)能是狀態(tài)量?jī)?nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定.要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過(guò)熱傳遞或做功兩種方式來(lái)完成.熱量是熱傳遞過(guò)程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過(guò)程中所遷移的能量，是用來(lái)衡量物體內(nèi)能變化的.有過(guò)程，才有變化，離開過(guò)程則毫無(wú)意義.就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，不能談到“熱量”或“功”.,例2(多選)關(guān)于物體內(nèi)能的變化情況，下列說(shuō)法中正確的是A.吸熱的物體，其內(nèi)能一定增加B.體積膨脹的物體，其內(nèi)能一定減少C.放熱的物體，其內(nèi)能也可能增加D.絕熱壓縮的氣體，其內(nèi)能一定增加,答案,解析,解析做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，不能依據(jù)一種方式的變化就判斷內(nèi)能的變化.,例3關(guān)于溫度、熱量、功和內(nèi)能，以下說(shuō)法正確的是A.同一物體溫度高時(shí)，含有的熱量多B.物體的內(nèi)能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C.外界對(duì)系統(tǒng)做功W，內(nèi)能必定增加D.發(fā)生熱傳遞的條件是兩物體之間存在溫度差,解析熱量是物體間進(jìn)行熱傳遞時(shí)內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，不能說(shuō)物體含有多少熱量，故A、B錯(cuò)；由于做功和熱傳遞都可引起物體內(nèi)能的變化，只根據(jù)做功無(wú)法準(zhǔn)確判斷物體內(nèi)能的變化，故C錯(cuò)；物體間發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差，故D對(duì).,答案,解析,溫度、內(nèi)能和熱量的區(qū)別與聯(lián)系1.內(nèi)能與熱量?jī)?nèi)能是狀態(tài)量，可以說(shuō)系統(tǒng)具有多少內(nèi)能而不能說(shuō)傳遞多少內(nèi)能；熱量是過(guò)程量，不能說(shuō)系統(tǒng)具有多少熱量，只能說(shuō)傳遞了多少熱量.2.熱量與溫度熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的激烈程度的標(biāo)志.雖然熱傳遞的前提是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是熱量，不是溫度.,3.熱量與功熱量和功，都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，都是過(guò)程量，一定量的熱量與一定量的功相當(dāng)，功是能量變化的量度，但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別.,三、熱力學(xué)第一定律,(1)如圖3所示，快速推動(dòng)活塞對(duì)汽缸內(nèi)氣體做功10J，氣體內(nèi)能改變了多少？若保持氣體體積不變，外界對(duì)汽缸傳遞10J的熱量，氣體內(nèi)能改變了多少？,導(dǎo)學(xué)探究,答案都增加了10J.,答案,圖3,答案系統(tǒng)內(nèi)能的增量UQW.,答案,(2)一根金屬絲經(jīng)過(guò)某一物理過(guò)程，溫度升高了，除非事先知道，否則根本無(wú)法判定是通過(guò)做功的方法，還是使用了傳熱的方法使它的內(nèi)能增加.因?yàn)閱渭兊貙?duì)系統(tǒng)做功和單純地對(duì)系統(tǒng)傳熱都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能.既然它們?cè)诟淖兿到y(tǒng)內(nèi)能方面是等價(jià)的，那么當(dāng)外界對(duì)系統(tǒng)做功為W，又對(duì)系統(tǒng)傳熱為Q時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能的增量U應(yīng)該是多少？,知識(shí)深化,1.對(duì)公式UQW符號(hào)的規(guī)定,2.幾種特殊情況(1)絕熱過(guò)程：Q0，則UW，物體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)物體做的功.(2)等容過(guò)程：過(guò)程中不做功，即W0，則UQ，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量.(3)等溫過(guò)程：過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ(或QW)，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對(duì)外界做的功).,3.判斷是否做功的方法一般情況下看物體的體積是否變化.若物體體積增大，表明物體對(duì)外界做功，W0.特別提醒熱力學(xué)第一定律是將單純的絕熱過(guò)程和單純的傳熱過(guò)程中內(nèi)能改變的定量表達(dá)推廣到一般情況，既有做功又有傳熱的過(guò)程，其中U表示內(nèi)能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量.,例4一定量的氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做了8104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2105J，則下列各式中正確的是A.W8104J，U1.2105J，Q4104JB.W8104J，U1.2105J，Q2105JC.W8104J，U1.2105J，Q2104JD.W8104J，U1.2105J，Q4104J,答案,解析,解析因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W8104J；內(nèi)能減少，U取負(fù)值，即U1.2105J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，可知QUW1.2105J8104J2105J，B選項(xiàng)正確.,應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟1.根據(jù)符號(hào)法則寫出各已知量(W、Q、U)的正負(fù)；2.根據(jù)方程UWQ求出未知量；3.再根據(jù)未知量結(jié)果的正負(fù)來(lái)確定吸熱、放熱情況或做功情況.,針對(duì)訓(xùn)練空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中，活塞對(duì)空氣做了2105J的功，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5105J，這一過(guò)程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？,答案,解析,解析選擇被壓縮的空氣為研究對(duì)象，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有UWQ.由題意可知W2105J，U1.5105J，代入上式得QUW1.5105J2105J5104J.負(fù)號(hào)表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5104J.,答案5104J,四、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用,如圖4所示，一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，請(qǐng)?jiān)趫D像基礎(chǔ)上思考以下問(wèn)題：(1)在變化過(guò)程中是氣體對(duì)外做功，還是外界對(duì)氣體做功？,導(dǎo)學(xué)探究,答案由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，氣體體積變大，因此氣體對(duì)外界做功，即W0.由UWQ得Q>0，即氣體吸熱，內(nèi)能增加.,知識(shí)深化,對(duì)于理想氣體，常把熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律結(jié)合起來(lái)分析其狀態(tài)變化規(guī)律，常見的分析思路如下：(1)利用體積的變化分析做功問(wèn)題.氣體體積增大，氣體對(duì)外做功；氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功.(2)利用溫度的變化分析理想氣體內(nèi)能的變化.一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，溫度升高，內(nèi)能增加；溫度降低，內(nèi)能減小.(3)利用熱力學(xué)第一定律判斷是吸熱還是放熱.由熱力學(xué)第一定律UWQ，則QUW，若已知?dú)怏w的做功情況和內(nèi)能的變化情況，即可判斷氣體狀態(tài)變化是吸熱過(guò)程還是放熱過(guò)程.,例5(多選)如圖5所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過(guò)程ca回到初態(tài)a.下列說(shuō)法正確的是A.在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加B.在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功C.在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功D.在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量E.在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量,答案,解析,圖5,解析在過(guò)程ab中，體積不變，氣體對(duì)外界不做功，壓強(qiáng)增大，溫度升高，內(nèi)能增加，故選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；在過(guò)程ca中，氣體的體積縮小，外界對(duì)氣體做功，壓強(qiáng)不變，溫度降低，內(nèi)能變小，氣體向外界放出熱量，故選項(xiàng)B正確，E錯(cuò)誤；在過(guò)程bc中，溫度不變，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體要從外界吸收熱量，故選項(xiàng)D正確.,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(能量守恒定律的理解和應(yīng)用)(多選)細(xì)繩一端固定在天花板上，另一端拴一質(zhì)量為m的小球，如圖6所示.使小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，小球停止擺動(dòng).下列說(shuō)法中正確的是A.小球機(jī)械能不守恒B.小球能量正在消失C.小球擺動(dòng)過(guò)程中，只有動(dòng)能和重力勢(shì)能在相互轉(zhuǎn)化D.總能量守恒，但小球的機(jī)械能減少,答案,1,2,3,4,解析,圖6,解析小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，小球停止擺動(dòng)，說(shuō)明機(jī)械能通過(guò)克服阻力做功不斷地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即機(jī)械能不守恒，故A正確；小球的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，能量的種類變了，但能量不會(huì)消失，故B錯(cuò)誤；小球長(zhǎng)時(shí)間擺動(dòng)過(guò)程中，重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的同時(shí)，機(jī)械能不斷地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故擺動(dòng)的幅度越來(lái)越小，但總能量守恒，故C錯(cuò)誤，D正確.,1,2,3,4,2.(改變物體內(nèi)能的兩種方式)關(guān)于溫度、內(nèi)能和熱量，下列說(shuō)法中正確的是A.物體的溫度升高時(shí)，一定吸收熱量B.物體沿斜面下滑時(shí)，內(nèi)能將增大C.物體沿斜面勻速下滑時(shí)，內(nèi)能可能增大D.內(nèi)能總是從高溫物體傳遞給低溫物體，當(dāng)內(nèi)能相等時(shí)熱傳遞停止,答案,1,2,3,4,解析,解析改變物體內(nèi)能的兩種方法：做功和熱傳遞.溫度升高，內(nèi)能增加，但不一定是吸收熱量，A錯(cuò)誤；物體沿斜面下滑時(shí)，可能不受摩擦力，內(nèi)能可能不變，B錯(cuò)誤；物體沿斜面勻速下滑時(shí)，物體克服摩擦力做功，摩擦生熱，內(nèi)能可能增大，C正確；熱傳遞的條件是物體間存在溫度差，熱量從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，溫度相同后熱傳遞停止，D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,3.(熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用)一定質(zhì)量的理想氣體在某一過(guò)程中，從外界吸收熱量2.5104J，氣體對(duì)外界做功1.0104J，則該理想氣體的A.溫度降低，密度增大B.溫度降低，密度減小C.溫度升高，密度增大D.溫度升高，密度減小,答案,1,2,3,4,解析,解析由熱力學(xué)第一定律UWQ得：U1.0104J2.5104J1.5104J，因此氣體的內(nèi)能增大，故溫度升高，又因氣體對(duì)外做功，體積增大，故密度減小.,4.(氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其VT圖像如圖7所示.下列說(shuō)法正確的有A.AB的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功B.AB的過(guò)程中，氣體放出熱量C.BC的過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變D.ABC的過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加,答案,解析,1,2,3,4,圖7,1,2,3,4,解析由VT圖像知，從A到B的過(guò)程中，氣體被等溫壓縮，外界對(duì)氣體做正功，氣體的內(nèi)能不變.由熱力學(xué)第一定律知，氣體放出熱量，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；從B到C的過(guò)程中氣體做等壓變化，溫度降低，氣體內(nèi)能減少，故C正確，D錯(cuò)誤.,