,第三章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律 第三節(jié) 能量守恒定律,高中物理·選修3-3·粵教版,目標定位 1.理解熱力學(xué)第一定律，并掌握其表達式 2.能運用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題 3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律 4.知道第一類永動機是不可能制成的.,一、熱力學(xué)第一定律 1定律內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的 與外界對它所做的 的和 2數(shù)學(xué)表達式：U .,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),熱量,功,QW,二、能量守恒定律 1大量事實表明，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中總量保持 2能量既不能憑空 ，也不能憑空 ，它只能從一種 形式 成另一種形式，或者從一個物體 到別的物體， 在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量 3能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的規(guī)律之一,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),不變,產(chǎn)生,消失,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,保持不變,三、永動機不可能制成 1第一類永動機：人們把設(shè)想的不消耗 的機器稱為第一類永動機 2第一類永動機由于違背了 ，所以不可能制成.,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),能量,能量守恒定律,一、熱力學(xué)第一定律 1對熱力學(xué)第一定律的理解 (1)對UWQ的理解：做功和熱傳遞都可以改變內(nèi)能，如果系統(tǒng)跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么外界對系統(tǒng)所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加U，即UQW.,課堂講義,課堂講義,(2)對U、Q、W符號的規(guī)定 功W：外界對系統(tǒng)做功，W0，即W為正值； 系統(tǒng)對外界做功，W0； 系統(tǒng)放熱為負：Q0，即U為正值； 系統(tǒng)內(nèi)能減少，U0，即U為負值,課堂講義,2判斷是否做功的方法 一般情況下外界對系統(tǒng)做功與否，需看系統(tǒng)的體積是否變化 (1)若系統(tǒng)體積增大，表明系統(tǒng)對外界做功，W0.,課堂講義,例1 空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2×105 J的功，同時空氣的內(nèi)能增加了1.5×105 J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？ 答案 5×104 J 解析 選擇被壓縮的空氣為研究對象，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有UWQ. 由題意可知W2×105 J，U1.5×105 J，代入上式得 QUW1.5×105 J2×105 J5×104 J. 負號表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5×104 J.,課堂講義,借題發(fā)揮 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 (1)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)系統(tǒng) (2)分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量；外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外所做的功 (3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律UQW列出方程進行求解 (4)特別應(yīng)注意的就是物理量的正負號及其物理意義,課堂講義,針對訓(xùn)練 一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J，則下列各式中正確的是 ( ) AW8×104 J，U1.2×105 J，Q4×104 J BW8×104 J，U1.2×105 J，Q2×105 J CW8×104 J，U1.2×105 J，Q2×104 J DW8×104 J，U1.2×105 J，Q4×104 J,課堂講義,答案 B 解析 因為外界對氣體做功，W取正值，即W8×104 J；內(nèi)能減少，U取負值，即U1.2×105 J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，可知QUW1.2×105 J8×104 J2×105 J，B選項正確,課堂講義,二、能量守恒定律 1不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化 (1)各種運動形式都有對應(yīng)的能，如機械運動對應(yīng)機械能，分子熱運動對應(yīng)內(nèi)能等 (2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，如“摩擦生熱”機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，“電爐取熱”電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等,課堂講義,2能量守恒定律及意義 各種不同形式的能之間相互轉(zhuǎn)化時保持總量不變 意義：一切物理過程都適用，比機械能守恒定律更普遍，是19世紀自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一,課堂講義,3第一類永動機是不可能制成的 (1)不消耗能量能源源不斷地對外做功的機器，叫第一類永動機，其前景是誘人的但因為第一類永動機違背了能量守恒定律，所以無一例外地歸于失敗 (2)永動機給我們的啟示 人類利用和改造自然時，必須遵循自然規(guī)律,課堂講義,例2 如圖32、31所示，直立容器內(nèi)部被隔板隔開的A，B兩部分氣體，A的密度小，B的密度大，加熱氣體，并使兩部分氣體混合均勻，設(shè)此過程中氣體吸熱為Q，氣體內(nèi)能的增量為U，則 ( ) AUQ BUQ D無法比較 答案 B,圖32、31,課堂講義,解析 因A部分氣體密度小，B部分氣體密度大，以整體氣體為研究對象，開始時，氣體的重心在中線以下，混合 均勻后，氣體的重心應(yīng)在中線上，所以有重力做負功，使氣體的重力勢能增大，由能量守恒定律可知，吸收的熱量Q有一部分增加氣體的重力勢能，另一部分增加內(nèi)能故正確答案為B.,課堂講義,例3 第一類永動機是不可能制成的，這是因為第一類永動機 ( ) A不符合機械能守恒定律 B違背了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 C沒有合理的設(shè)計方案 D找不到合適的材料 答案 B,課堂講義,三、氣體實驗定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 氣體實驗定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合點是溫度和體積注意三種特殊過程的特點： 1等溫過程：內(nèi)能不變，U0 2等容過程：體積不變，W0 3絕熱過程：Q0,課堂講義,例4 如圖32、32所示，倒懸的導(dǎo)熱氣缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，輕質(zhì)活塞可無摩擦地上下移動，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個重為G的物體，大氣壓強恒為p0，起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0時，活塞到氣缸底面的距離為L.當(dāng)環(huán)境溫度逐漸升高，導(dǎo)致活塞緩慢下降，該過程中活塞下降了0.1L，氣缸中的氣體吸收的熱量為Q.求： (1)氣缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量U； (2)最終的環(huán)境溫度T. 答案 (1)Q0.1p0SL0.1LG (2)1.1T0,圖32、32,課堂講義,