教科版選修33 4.1　能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 4.2熱力學(xué)第一定律 課件（42張）.ppt

第四章 1能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)2熱力學(xué)第一定律 學(xué)習(xí)目標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 知道第一類永動機是不可能實現(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 能運用它解釋自然界的能量轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移問題 內(nèi)容索引 知識探究 題型探究 達標檢測 知識探究 答案這不是永動機 手表戴在手腕上 通過手臂的運動 機械手表獲得能量 供手表指針走動 若將此手表長時間放置不動 它就會停下來 一 能量守恒定律 1 圖1為有一種所謂 全自動 的機械手表 既不需要上發(fā)條 也不用任何電源 卻能不停地走下去 這是不是一種永動機 如果不是 維持表針走動的能量是從哪兒來的 答案 圖1 答案汽車通過燃燒汽油 把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 再通過發(fā)動機做功把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能 能量守恒定律 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 試著說明汽車把汽油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程 在這些能量轉(zhuǎn)化過程中 遵守的規(guī)律是什么 答案 1 能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運動形式都有對應(yīng)的能 機械運動有能 分子的熱運動有能 還有諸如電磁輻射能 化學(xué)能 核能等 各種形式的能通過某種力可以相互轉(zhuǎn)化 2 第一類永動機 1 定義 不需要任何動力和 卻能不斷地對外的機器 2 不可能制成的原因 違背了 機械 內(nèi) 做功 燃料 做功 能量守恒定律 3 能量守恒定律內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生 也不會憑空消失 它只能從一種形式為另一種形式 或者從一個物體到另一個物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其不變 4 對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 2 某個物體的能量減少 一定存在其他物體的能量增加 且減少量和增加量一定 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 總量 相等 相等 判斷下列說法的正誤 1 石子從空中落下 最后停止在地面上 說明機械能消失了 2 用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 3 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 4 違背能量守恒定律的過程是不可能發(fā)生的 二 改變物體內(nèi)能的兩種方式 1 如圖2 小孩沿滑梯下滑時屁股通常會感到發(fā)熱 這是為什么 答案小孩沿滑梯下滑時克服摩擦力做功 內(nèi)能增加 答案 圖2 2 用鐵錘反復(fù)敲擊鐵棒 鐵棒的溫度會升高 把鐵棒放在碳火上燒 鐵棒的溫度也會升高 這說明了什么問題 答案說明做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能 答案 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 外界對物體做功 物體的內(nèi)能 物體對外界做功 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 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 判斷下列說法的正誤 1 轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動水 水溫升高 2 做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能 從效果上是等效的 3 熱傳遞只能發(fā)生在兩個物體間 同一物體不能發(fā)生熱傳遞 4 功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度 三 熱力學(xué)第一定律 1 如圖3所示 快速推動活塞對汽缸內(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 外界對汽缸傳遞10j的熱量 氣體內(nèi)能改變了多少 答案都增加了10j 答案 圖3 2 一根金屬絲經(jīng)過某一物理過程 溫度升高了 除非事先知道 否則根本無法判定是通過做功的方法 還是使用了傳熱的方法使它的內(nèi)能增加 因為單純地對系統(tǒng)做功和單純地對系統(tǒng)傳熱都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能 既然它們在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價的 那么當外界對系統(tǒng)做功為w 又對系統(tǒng)傳熱為q時 系統(tǒng)內(nèi)能的增量 u應(yīng)該是多少 答案系統(tǒng)內(nèi)能的增量 u q w 答案 1 改變內(nèi)能的兩種方式 與 兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價的 2 熱力學(xué)第一定律 功 熱量跟改變之間的定量關(guān)系 3 熱力學(xué)第一定律的表達式 u 做功 熱傳遞 內(nèi)能 q w 判斷下列說法的正誤 1 外界對系統(tǒng)做功 系統(tǒng)的內(nèi)能一定增加 2 系統(tǒng)內(nèi)能增加 一定是系統(tǒng)從外界吸收了熱量 3 系統(tǒng)從外界吸收熱量5j 內(nèi)能可能增加5j 4 系統(tǒng)內(nèi)能減少 一定是系統(tǒng)對外界做了功 題型探究 一 能量守恒定律 例1 多選 一物體獲得一定初速度后 沿著一粗糙斜面上滑 在上滑過程中 物體和斜面組成的系統(tǒng)a 機械能守恒b 總能量守恒c 機械能和內(nèi)能增加d 機械能減少 內(nèi)能增加 答案 解析 解析物體沿斜面上滑過程中 有摩擦力對物體做負功 所以物體的機械能減少 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題時 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 用能量守恒觀點求解 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)能的過程是其他形式的能 如機械能 與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程 在絕熱過程中 外界對物體做多少功 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 功是過程量 內(nèi)能是狀態(tài)量 在絕熱過程中 做功一定能引起內(nèi)能的變化 二 改變內(nèi)能的兩種方式 物體的內(nèi)能大 并不意味著做功多 在絕熱過程中 只有內(nèi)能變化越大時 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 u u2 u1 q 2 傳熱改變物體內(nèi)能的過程是物體間 或一個物體的不同部分 內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程 例2 多選 關(guān)于物體內(nèi)能的變化情況 下列說法中正確的是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 1 對公式 u q w符號的規(guī)定 三 對熱力學(xué)第一定律的理解 2 幾種特殊情況 1 若過程是絕熱的 即q 0 則 u w 物體內(nèi)能的增加量等于外界對物體做的功 2 若過程中不做功 即w 0 則 u q 物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量 3 若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變 即 u 0 則w q 或q w 外界對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 1 若物體體積增大 表明物體對外界做功 w0 例3空氣壓縮機在一次壓縮中 活塞對空氣做了2 105j的功 同時空氣的內(nèi)能增加了1 5 105j 這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少 答案 解析 答案5 104j 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 u w q 由題意可知w 2 105j u 1 5 105j 代入上式得q u w 1 5 105j 2 105j 5 104j 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 104j 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 1 根據(jù)符號法則寫出各已知量 w q u 的正負 2 根據(jù)方程 u w q求出未知量 3 再根據(jù)未知量結(jié)果的正負來確定吸熱 放熱情況或做功情況 針對訓(xùn)練1一定質(zhì)量的氣體在某一過程中 外界對氣體做了8 104j的功 氣體的內(nèi)能減少了1 2 105j 則根據(jù)熱力學(xué)第一定律 下列各式中正確的是a w 8 104j u 1 2 105j q 4 104jb w 8 104j u 1 2 105j q 2 105jc w 8 104j u 1 2 105j q 2 104jd w 8 104j u 1 2 105j q 4 104j 答案 解析 解析因為外界對氣體做功 w取正值 即w 8 104j 氣體的內(nèi)能減少 u取負值 即 u 1 2 105j 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 u w q 可知q u w 1 2 105j 8 104j 2 105j 即b選項正確 1 內(nèi)能與熱量內(nèi)能是狀態(tài)量 可以說系統(tǒng)具有多少內(nèi)能而不能說傳遞多少內(nèi)能 熱量是過程量 不能說系統(tǒng)具有多少熱量 只能說傳遞了多少熱量 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)部大量分子做無規(guī)則運動的激烈程度的標志 雖然熱傳遞的前提是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差 但是傳遞的是熱量 不是溫度 四 溫度 內(nèi)能和熱量的區(qū)別與聯(lián)系 3 熱量與功熱量和功 都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度 都是過程量 一定量的熱量與一定量的功相當 功是能量變化的量度 但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別 例4關(guān)于溫度 熱量 功和內(nèi)能 以下說法正確的是a 同一物體溫度高時 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 答案 解析 解析熱量是物體間進行熱傳遞時內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 不能說物體含有多少熱量 故a錯 物體的吸熱或放熱對應(yīng)物體的內(nèi)能變化 并不對應(yīng)物體內(nèi)能的大小 故b錯 由于做功和熱傳遞都可引起物體內(nèi)能的變化 只根據(jù)做功無法準確判斷物體內(nèi)能的變化 故c錯 物體間發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差 故d對 物理量之間進行比較時 關(guān)鍵是弄清物理量的概念及其意義 特別是容易混淆的一些概念 它們一定有不同之處 如內(nèi)能 功和熱量的區(qū)別關(guān)鍵之處是狀態(tài)量與過程量 針對訓(xùn)練2關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量 下列說法中正確的是a 熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多b 溫度高的物體其熱量必定多 內(nèi)能必定大c 在熱傳遞過程中 內(nèi)能大的物體其內(nèi)能將減小 內(nèi)能小的物體其內(nèi)能將增大 直到兩物體的內(nèi)能相等d 熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度 答案 解析 解析物體的內(nèi)能由溫度 體積及物體的質(zhì)量決定 不是只由溫度決定 故選項a b錯 在熱傳遞過程中 熱量由高溫物體傳給低溫物體 而與物體的內(nèi)能大小無關(guān) 所以完全有可能是內(nèi)能大的物體內(nèi)能繼續(xù)增大 內(nèi)能小的物體內(nèi)能繼續(xù)減小 故選項c錯 關(guān)于熱量的論述 選項d是正確的 達標檢測 1 2 3 4 1 第一類永動機 不可能制成 是因為a 不符合機械能守恒定律b 違背了能量守恒定律c 做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當量d找不到合適的材料和合理的設(shè)計方案 答案 解析空氣團與外界的熱交換忽略不計 隨高度上升大氣壓強逐漸減小 空氣團體積逐漸增大 對外界做功 所以內(nèi)能逐漸減小 則溫度逐漸降低 選項c正確 1 2 3 4 2 地面附近有一正在上升的空氣團 它與外界的熱交換忽略不計 已知大氣壓強隨高度增加而降低 則該空氣團在上升過程中 不計氣團內(nèi)分子間的勢能 a 體積減小 溫度降低b 體積減小 溫度不變c 體積增大 溫度降低d 體積減小 溫度不變 答案 解析 1 2 3 4 3 一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中 從外界吸收熱量2 5 104j 氣體對外界做功1 0 104j 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 解析 解析由熱力學(xué)第一定律 u w q得 u 1 0 104j 2 5 104j 1 5 104j 因此氣體的內(nèi)能增大 故溫度升高 又因氣體對外做功 體積增大 故密度減小 1 2 3 4 4 關(guān)于溫度 內(nèi)能和熱量 下列說法中正確的是a 物體的溫度