10.3熱力學(xué)第一定律-能量守恒定律課件

1、10.3熱力學(xué)第一定律能 量 守 恒 定 律7/24/20221改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對內(nèi)對外吸熱放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少（外界對物體做功）（物體對外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對外界放熱）知識復(fù)習(xí)7/24/20222（3）做功和熱傳遞在改變內(nèi)能效果上是等效的1、做功和熱傳遞的區(qū)別（1）做功改變內(nèi)能：實質(zhì)上是其它形式的能和內(nèi)能 之間轉(zhuǎn)化（2）熱傳遞：實質(zhì)上是各物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移7/24/20223 1.內(nèi)能是一個狀態(tài)量，一個物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能2、內(nèi)能與熱量的區(qū)別 2.熱量是一個過程量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量。 3.如果沒

2、有熱傳遞，就沒有熱量可言，但此時仍有內(nèi)能7/24/20224 既然做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，那么，功、熱量跟內(nèi)能的改變之間一定有某種聯(lián)系，今天我們就來研究這個問題.改變物體內(nèi)能的方式有哪些？ 做功和熱傳遞引入新課7/24/202251.一個物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：如果外界做的功為，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？如果物體對外界做的功為，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？問題研究7/24/202261.一個物體，如果它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么，外界對它做多少功，它的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功，它的內(nèi)能就減少多少. U = W 7/24/202272.一

3、個物體，如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么：如果物體吸收熱量，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？ 如果放出熱量，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？7/24/202282.如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么物體吸收了多少熱量，它的內(nèi)能就增加多少，物體放出了多少熱量，它的內(nèi)能就減少多少. U = Q 7/24/202293.如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化U與熱量及做的功之間又有什么關(guān)系呢？ 7/24/202210 U = Q + WU 物體內(nèi)能的增加量 W 外界對物體做的功 Q 物體吸收的熱量 該式表示的是內(nèi)能的變化量跟功、熱量的定量關(guān)系，在物

4、理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律.7/24/202211一.熱力學(xué)第一定律：1、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熱量與外界對它所做的功的和2、表達(dá)式：U Q + W7/24/2022123.符號規(guī)定：U Q + WUQW+-增加量減小量對內(nèi)做功對外做功吸熱放熱7/24/202213 定律中各量的正、負(fù)號及含義物理量符號意義符號意義W+外界對物體做功物體對外界做功Q+物體吸收熱量物體放出熱量U+內(nèi)能增加內(nèi)能減少7/24/202214（4）判斷是否做功的方法一般情況下外界對物體做功與否需要看物體體積是否變化。若物體體積增大，表明物體對外界做功，W0；若物體體積減小，表明外界對物體做功，07

5、/24/202215（5）、應(yīng)用 例題：一定量的氣體從外界吸收了2.6105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2 105J。問：是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？解：根據(jù)U = W + Q 得W = U Q = 4.2 105J 2.6105J= 1.6105J W為正值，外界對氣體做功，做了1.6105J 的功。解：同理可得：W =U Q = 1.6 105J 2.6105J= 1.0105J W為負(fù)值，說明氣體對外界做功（氣體體積變大），做了1.0105J 的功。 如果氣體吸收的熱量仍為2.6105J不變，但是內(nèi)能只增加了1.6105J，這一過程做功情況怎樣？7/24/20

6、22161.自然界中存在不同形式的能動能重力勢能彈性勢能電能內(nèi)能.動能重力勢能彈性勢能電能內(nèi)能.2.不同形式的能之間可以發(fā)相互轉(zhuǎn)化由特定的力做多少功來量度有多少能發(fā)生了轉(zhuǎn)化二.能量守恒定律7/24/2022173.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)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變.物理史問題：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)？7/24/202218 能量守恒定律是建立在自然科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上的，從16世紀(jì)到18世紀(jì)，經(jīng)過伽利略、牛頓、惠更斯、萊布尼茲以及伯努利等許多物理學(xué)家的認(rèn)真研究，使動力學(xué)得到了較大的發(fā)展，機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和

7、守恒的初步思想，在這一時期已經(jīng)萌發(fā)。能量守恒定律的建立過程 7/24/20221918世紀(jì)末和19世紀(jì)初，各種自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系相繼被發(fā)現(xiàn)。倫福德和戴維的摩擦生熱實驗否定了熱質(zhì)說，把物體內(nèi)能的變化與機(jī)械運(yùn)動聯(lián)系起來。1800年發(fā)明伏打電池之后不久，又發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)，磁效應(yīng)和其它的一些電磁現(xiàn)象。這一時期，電流的化學(xué)效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)，并被用來進(jìn)行電鍍。在生物學(xué)界，證明了動物維持體溫和進(jìn)行機(jī)械活動的能量跟它所攝取的食物的化學(xué)能有關(guān)，自然科學(xué)的這些成就，為建立能量守恒定律做了必要的準(zhǔn)備。能量守恒定律的建立過程 7/24/202220能量守恒定律的最后確定，是在19世紀(jì)中葉由邁爾，焦耳和亥姆霍茲等人完成

8、。德國醫(yī)生邁爾是從生理學(xué)的角度開始對能量進(jìn)行研究的。1842年，他從“無不生有，有不變無”的哲學(xué)觀念出發(fā)，表達(dá)了對能量轉(zhuǎn)化和守恒思想，他分析了25種能量的轉(zhuǎn)化和守恒現(xiàn)象，成為世界上最先闡述能量守恒思想的人。英國物理學(xué)家焦耳從1840年到1878年將近40年的時間里，研究了電流的熱效應(yīng)，壓縮空氣的溫度升高以及電，化學(xué)和機(jī)械作用之間的聯(lián)系，做了400多次實驗，用各種方法測定了熱和功之間的當(dāng)量關(guān)系，為能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)。 7/24/202221 在1847年，當(dāng)焦耳宣布他的能量觀點(diǎn)的時候，德國學(xué)者亥姆霍茲在柏林也宣讀了同樣課題的論文。在這篇論文里，他分析了化學(xué)能，機(jī)械能，電磁能，

9、光能等不同形式的能的轉(zhuǎn)化和守恒，并且把結(jié)果跟永動機(jī)不可能制造成功的聯(lián)系起來，他認(rèn)為不可能無中生有的創(chuàng)造一個永久的推動力，機(jī)器只能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)造和消滅能量。亥姆霍茲在論文里對能量守恒定律作了一個清晰，全面而且概括的論述，使這一定律為人們廣泛接受。能量守恒定律的建立過程 7/24/202222在19世紀(jì)中葉，還有一些人也致力于能量守恒的研究。他們從不同的角度出發(fā)，彼此獨(dú)立的研究，卻幾乎同時發(fā)現(xiàn)了這一偉大的定律。因此，能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。此時，能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)。這一原理指出：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，對應(yīng)于不同的運(yùn)動形式，能量也有不同的形式，如機(jī)械運(yùn)

10、動的動能和勢能，熱運(yùn)動的內(nèi)能，電磁運(yùn)動的電磁能，化學(xué)運(yùn)動的化學(xué)能等，他們分別以各種運(yùn)動形式特定的狀態(tài)參量來表示。當(dāng)運(yùn)動形式發(fā)生變化或運(yùn)動量發(fā)生轉(zhuǎn)移時，能量也從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個系統(tǒng)傳遞給另一個系統(tǒng)；在轉(zhuǎn)化和傳遞中總能量始終不變。 能量守恒定律的建立過程 7/24/202223恩格斯曾經(jīng)把能量轉(zhuǎn)化和守恒定律稱為“偉大的運(yùn)動基本規(guī)律”，認(rèn)為它的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。（另兩個發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞學(xué)說，達(dá)爾文的生物進(jìn)化論） 能量守恒定律的建立過程 7/24/202224（1）是一個普遍適用的定律4.能量守恒定律的重要性比機(jī)械能守恒定律應(yīng)用更廣（2）將各種現(xiàn)象聯(lián)系在一起力學(xué)、熱學(xué)、電

11、學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、生物學(xué).（3）指導(dǎo)著人們的生產(chǎn)、科研泡利和費(fèi)米利用能量守恒預(yù)言了中微子的存在（4）19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一細(xì)胞學(xué)說；生物進(jìn)化論；能量守恒定律宣告了第一類永動機(jī)造不成7/24/202225熱力學(xué)第一定律是只研究內(nèi)能與其它形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能量守恒關(guān)系.（5）.與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系7/24/202226制造永動機(jī)的千萬次努力都以失敗而告終不需要動力或燃料，卻能源源不斷對外做功的機(jī)器1.第一類永動機(jī)2.第一類永動機(jī)不可能制成違背了能量守恒定律三.永動機(jī)不可能制成學(xué)習(xí)了這一節(jié)后你有問題提出嗎？對研究制作永動機(jī)的看法？7/24/202227人們把不消耗能量而能做功的永動機(jī)叫第一類

12、永動機(jī).（不吃草的馬） 根據(jù)能量守恒定律，任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動機(jī)是不可能制成的.7/24/2022287/24/202229 總結(jié)1、熱力學(xué)第一定律： U = W + Q 2、能量守恒定律：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)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變，這就是能量守恒定律.3、永動機(jī)不可能制成7/24/202230下列說法中正確的是:A、做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種不同的物理過程B、做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此對物體做功就是對物體傳熱C、熱

13、量是在熱傳遞中，從一個物體向另一個物體或物體一部分向另一部分轉(zhuǎn)移的內(nèi)能的多少D、高溫的物體具有熱量多，低溫的物體具有熱量少E、冷和熱的物體混合時，熱的物體把溫度傳給冷的物體，最后溫度相同（A，C）7/24/202231關(guān)于物體內(nèi)能，下列說法中正確的是:A、手感到冷時，搓搓手就會感到暖些，這是利用做功來改變物體內(nèi)能B、將物體舉高或使它們的速度增大，是利用作功來使物體內(nèi)能增大C、陽光照曬衣服，衣服的溫度升高，是利用熱傳遞來改變物體內(nèi)能的D、用打氣筒打氣，筒內(nèi)氣體變熱，是利用熱傳遞來改變物體的內(nèi)能（A，C）7/24/2022323.10Kg1000C水的內(nèi)能_10Kg1000C的水蒸氣的內(nèi)能10Kg

14、 00C 水的內(nèi)能_10Kg 00C 的冰的內(nèi)能小于大于 對于物態(tài)發(fā)生變化的過程，由吸熱或放熱來分析物體內(nèi)能的增減是一種很簡便的判斷方法. 7/24/202233一定量的氣體從外界吸收了2.6105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2 105J。問：是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？解：根據(jù)U = W + Q 得W = U Q = 4.2 105J 2.6105J= 1.6105J W為正值，外界對氣體做功，做了1.6105J 的功。解：同理可得：W =U Q = 1.6 105J 2.6105J= 1.0105J W為負(fù)值，說明氣體對外界做功（氣體體積變大），做了1.0105

15、J 的功。 如果氣體吸收的熱量仍為2.6105J不變，但是內(nèi)能只增加了1.6105J，這一過程做功情況怎樣？7/24/202234一定量的氣體吸收熱量，體積膨脹并對外做功，則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比， （ ）A氣體內(nèi)能一定增加 B氣體內(nèi)能一定減小C氣體內(nèi)能一定不變 D氣體內(nèi)能是增是減不能確定D7/24/202235下列說法正確的是（ ）A外界對氣體做功，氣體的內(nèi)能一定增大B氣體從外界吸收熱量，氣體的內(nèi)能一定增大C氣體的溫度越低，氣體分子無規(guī)則運(yùn)動的平均 動能越大D氣體的溫度越高，氣體分子無規(guī)則運(yùn)動的平均 動能越大D7/24/202236下列說法正確的是 （ ）A外界對一物體做功，此物體的內(nèi)能一定增加B機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能是不可能的C將熱量傳給一個物體，此