－人教版選修33 10.3 熱力學第一定律 課件（20張）.ppt

10 3熱力學第一定律能量守恒定律 復習提問 1 分子動理論的內(nèi)容是什么 2 改變物體內(nèi)能的方式是什么 3 改變物體內(nèi)能的方式有何本質(zhì)的區(qū)別 本節(jié)課來討論做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的過程中所遵守的規(guī)律 一 熱力學第一定律 1 熱力學第一定律的研究對象 研究功 熱量和內(nèi)能的變化之間的定量關系 記住 寫成公式為 w q u 理解 公式中w表示做功 q表示熱量 u表示內(nèi)能的變化 說明 上式所表示的功 熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關系 在物理學中叫做熱力學第一定律 2 熱力學第一定律的表達式 知道 改變物體內(nèi)能的方式有兩種 做功和熱傳遞 3 熱力學第一定律的內(nèi)容 一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和 這個關系叫做熱力學第一定律 寫成表達式為 w q u 記住 運用此公式時 需要注意各物理量的符號 物體內(nèi)能增加時 u為正 物體內(nèi)能減少時 u為負 外界對物體做功時 w為正 物體對外界做功時 w為負 物體吸收熱量時 q為正 物體放出熱量時 q為負 例1 下列說法中正確的是 a 物體吸收熱量 其內(nèi)能必增加 b 外界對物體做功 物體內(nèi)能必增加 c 物體吸收熱量 同時對外做功 其內(nèi)能可能減少 d 物體溫度不變 其內(nèi)能也一定不變 評析 在分析問題時 要求考慮比較周全 既要考慮到內(nèi)能包括分子動能和分子勢能 又要考慮到改變內(nèi)能也有兩種方式 做功和熱傳遞 c 例題2 空氣壓縮機在一次壓縮中 空氣向外界傳遞的熱量2 0 105j 同時空氣的內(nèi)能增加了1 5 105j 這時 在壓縮空氣的過程中 外界對空氣做了多少功 解 根據(jù)熱力學第一定律w q u知 w u q 1 5 105j 2 0 105j 3 5 105j 所以此過程中外界對空氣做了3 5 105j的功 二 能量守恒定律 1 復習各種能量的相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移 1 各種機器的作用是什么 各種機械都是能量轉(zhuǎn)化器 2 風力發(fā)電是什么能轉(zhuǎn)化為什么能 3 化學上電解食鹽的過程中是什么能轉(zhuǎn)化為什么能 2 能量守恒定律 記住 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 它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式 或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變 3 能量守恒定律的歷史意義 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是分析解決問題的一個極為重要的方法 它比機械能守恒定律更普遍 例如 物體在空中下落受到阻力作用時 物體的機械能不守恒 但包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量是守恒的 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是19世紀自然科學中三大發(fā)現(xiàn)之一 也莊嚴宣告了永動機幻想的徹底破滅 能量守恒定律是認識自然 改造自然的有力武器 這個定律將廣泛的自然科學技術(shù)領域聯(lián)系起來 使不同領域的科學工作者有一系列的共同語言 三 永動機不可能制成 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 下面讓我們來看看幾種永動機模型 見識一下人們對永動機的研究情況 1 第一類永動機概念 不消耗能量的機器 結(jié)果 無一例外地歸于失敗 原因 違背了能量守恒定律 著名科學家達 芬奇早在15世紀就提出過永動機不可能的思想 他曾設計過一種轉(zhuǎn)輪 如圖1所示 在轉(zhuǎn)輪邊沿安裝一系列的容器 容器中充了一些水銀 他想水銀在容器中移動有可能使轉(zhuǎn)輪永遠地轉(zhuǎn)動 但是經(jīng)過仔細研究之后 得出了否定的結(jié)論 他從許多類似的設計方案中認識到永動機的嘗試是注定要失敗的 他寫道 永恒運動的幻想家們 你們的探索何等徒勞無功 還是去做淘金者吧 圖1達 芬奇設想的永動機 滾球永動機17世紀 英國有一個被關在倫敦塔下叫馬爾基斯的犯人 他做了一臺可以轉(zhuǎn)動的 永動機 如圖2所示 轉(zhuǎn)輪直徑達4 3米 有40個各重23千克的鋼球沿轉(zhuǎn)輪輻翼外側(cè)運動 使力矩加大 待轉(zhuǎn)到高處時 鋼球會自動地滾向中心 據(jù)說 他曾向英國國王查理一世表演過這一裝置 國王看了很是高興 就特赦了他 其實這臺機器是靠慣性來維持短時運動的 圖2滾球永動機 軟臂永動機19世紀有人設計了一種特殊機構(gòu) 如圖3所示 它的臂可以彎曲 臂上有槽 小球沿凹槽滾向伸長的臂端 使力矩增大 轉(zhuǎn)到另一側(cè) 軟臂開始彎曲 向軸心靠攏 設計者認為這樣可以使機器獲得轉(zhuǎn)矩 然而 他沒有想到力臂雖然縮短了 阻力卻增大了 轉(zhuǎn)輪只能停止在原地 圖3軟臂永動機 阿基米得螺旋永動機1681年 英國有一位著名的醫(yī)生弗拉德提出一個建議 利用阿基米得螺旋 圖4 把水池的水提到高處 再讓升高的水推動水輪機 水輪機除了帶動水磨做功以外 還可使阿基米得螺旋轉(zhuǎn)不斷提水 如此周而復始 不就可以無需擔心天旱水枯了嗎 一時間 響應他的人大有人在 形形色色的自動水輪機陸續(xù)提出 竟出現(xiàn)了熱潮 1 水溝2 阿基米得螺旋3 水輪4 水磨 圖4阿基米得螺旋永動機 磁力永動機大約在1570年 意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯 提出用磁石的吸力可以實現(xiàn)永動機 他的設計如圖5所示 a是一個磁石 鐵球g受磁石吸引可沿斜面滾上去 滾到上端的e處 從小洞b落下 經(jīng)曲面bfc返回 復又被磁石吸引 鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運動下去 大概他那時還沒有建立庫侖定律 不知道磁力大小是與距離的平方成反比變化的 只要認真想一想 其荒謬處就一目了然了 圖5磁力永動機 如果說永動機的 發(fā)明 對人類有點益處的話 那就是人們可以從中吸取教訓 一切違背能量轉(zhuǎn)化與守恒定律等自然規(guī)律的 創(chuàng)造 都是注定要失敗的 親愛的讀者 你們讀了這些發(fā)明永動機的故事有什么感想 科學規(guī)律不容違反 違反了就要碰壁 大家千萬不要做那種徒勞無功的事啊 就在一些人熱衷于制造永動機的同時 科學家們從力學基本理論的研究中逐步認識到了自然界的客觀規(guī)律性 繼達 芬奇之后 斯蒂文于1568年寫了一本 靜力學基礎 其中討論斜面上力的分解問題時 明確地提出了永動機不可能實現(xiàn)的觀點 他所用的插圖畫在該書扉頁上 見圖6 圖的上方寫著 神奇其實并不神奇 將14個等重的小球均勻地用線穿起組成首尾相連的球鏈 放在斜面上 他認為鏈的 運動沒有盡頭是荒謬的 所以兩側(cè)應平衡 右圖6為 神奇其實并不神奇 典型例題 如圖所示容器 a b中各有一個可以自由移動的活塞 活塞下面是水 上面為大氣 大氣壓恒定 a b間用帶有閥門的管道相連 整個裝置與外界隔熱 a容器的橫截面積大于b容器的橫截面積 開始時a的液面高于b的液面 開啟閥門后 a中的水逐漸流向b 直至兩邊液面相平 在這個過程中 a 大氣壓力對水做功 水的內(nèi)能增加 b 水克服大氣壓力做功 水的內(nèi)能減小 c 大氣壓力對水不做功 水的內(nèi)能不變 d 大氣壓力對水不做功 水的內(nèi)能增加 d 習題 1 一定質(zhì)量的理想氣體 如果體積膨脹 同時吸收熱量 下列關于該氣體內(nèi)能變化的說法中正確的是 a 如果氣體對外做的功大于吸收的熱量 氣體內(nèi)能將減少b 如果氣體對外做的功小于吸收的熱量 氣體內(nèi)能將減少c 如果氣體對外做的功等于吸收的熱量 氣體內(nèi)能將不變d 如果氣體對外做的功等于吸收的熱量 氣體內(nèi)能可能改變 a c 2 關于能的轉(zhuǎn)化與守恒定律的下列說法錯誤的是 a 能量能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的能 但不能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體b 能量的形式多種多樣 它們之間可以相互轉(zhuǎn)化c 一個物體能量增加了 必然伴隨著別的物體能量減少d 能的轉(zhuǎn)化與守恒定律證明了第一類永動機是不可能存在的 a 3 一個物體沿粗糙斜面勻速滑下 則下列說法正確的是 a 物體機械能不變 內(nèi)能也不變b 物體機械能減小 內(nèi)能不變c 物體機械能減小 內(nèi)能增大 機械能與內(nèi)能總量減小d 物體機械能減小 內(nèi)能增大 機械能與內(nèi)能總量不變 d 4 質(zhì)量m 4kg的重錘鍛打鐵器 鐵器質(zhì)量m 0 6kg 已知重錘打擊前的速度為v 10m s 設