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2017-2018学年高中物理:10.3 热力学第一定律 能量守恒定律(人教版选修3-3)课件

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给你一段铁丝,想
让它的温度升高,
 你有哪些方法?
           改变内能的两种方式

        做功                  热传递


   对内        对外          吸热       放热
(外界对物       (物体对外     (物体从外      (物体对外
 体做功)       界做功)       界吸热)       界放热)

  内能增加      内能减少       内能增加       内能减少
     绝热过程                    仅传热过程

   如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中,
内能的变化ΔU与热量Q及做的功W之间又有什么关系呢? 
       一、热力学第一定律一、热力学第一定律

1.一个物体,它既没有吸收热量也没有
放出热量,那么:
①如果外界做的功为W,则它的内能
如何变化?变化了多少?
②如果物体对外界做的功为W,则它
的内能如何变化?变化了多少?￿
1.一个物体,如果它既没有
 吸收热量也没有放出热量
 ,那么,外界对它做多少
 功,它的内能就增加多少
 ;物体对外界做多少功,
 它的内能就减少多少. ￿
2.一个物体,如果外界既没有对物体
做功,物体也没有对外界做功,那么
:
①如果物体吸收热量Q,它的内能如
何变化?变化了多少?
 ②如果放出热量Q,它的内能如何变
化?变化了多少?
2.如果外界既没有对物体做
 功,物体也没有对外界做
 功,那么物体吸收了多少
 热量,它的内能就增加多
 少,物体放出了多少热量
 ,它的内能就减少多少.
3.如果物体在跟外界同时发生
做功和热传递的过程中,内能
的变化ΔU与热量Q及做的功W
之间又有什么关系呢? 
                ΔU 物体内能的增加量  

                 W 外界对物体做的功  

                 Q 物体吸收的热量  

  ΔU=W + Q

一个热力学系统的内能增加量等于外界向
它传递的热量与外界对它所做的功的和,
这个关系叫做热力学第一定律.
思考与讨论:

 一定量的气体,膨胀过程中是外界对气体做
 功还是气体对外界做功?如果膨胀时做的功
 是135J,同时向外放热85J,气体的内能变化
   量是多少?内能是增加了还是减少了?


  请你通过这个例子总结ΔU、 Q、 W几个量取
  正、负值的意义。
定律中各量的正、负号及含义定律中各量的正、负号及含义

                    符
物理量    符号    意义           意义
                    号
            外界对系        系统对外
   W    +           -
            统做功         界做功
            系统吸收        系统放出
   Q    +           -
            热量          热量
  ΔU    +   内能增加    -   内能减少
三、应用三、应用
    例题:一定量的气体从外界吸收了2.6×105J
  的热量,内能增加了4.2 ×105J。
  问:①是气体对外界做了功,还是外界对气体
  做了功?做了多少焦耳的功?
      ②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变
  ,但是内能只增加了1.6×105J,这一过程做功
  情况怎样?
   解:①根据ΔU = W + Q 得          
   W = ΔU - Q = 4.2 ×105J - 2.6×105J= 1.6×105J    W
   为正值,外界对气体做功,做了1.6×105J 的功。
  解:②同理可得:W ' =ΔU '- Q  '= 1.6 ×105J - 
  2.6×105J= - 1.0×105J    W为负值,说明气体对外
  界做功(气体体积变大),做了1.0×105J 的功。
  学以致用

例1、一定量的气体,从外界吸收热量2.7×105J,          
内能增加4.3×105J。在这一过程中,是气体对外做
功,还是外界对气体做功?做了多少功?
解析:              5                 5
       Q=+2.7×10  J﹀ΔU=+4.3×10      J
                ΔU=W + Q
    得: W=1.6×105J >0
四、能量守恒定律四、能量守恒定律

 用热力学第一定律解释柴油机正常工
 作时压燃的原理
 能量既不会凭空产生,也不会凭空消   活塞压缩气体,活塞对气体做功,由于
 失,它只能从一种形式转化为另一种时间很短,散热可以不计,机械能转化为
 形式,或者从一个物体转移到别的物气体的内能,温度升高,达到柴油燃点,
 可“点燃”柴油。
 体;在转化和转移过程中其总量不变
 ,这就是能量守恒定律.
五、永动机不可能制成五、永动机不可能制成
 永动机:永动机:不消耗任何能量,却可以源不消耗任何能量,却可以源
 源不断地对外做功,这种机器叫永动源不断地对外做功,这种机器叫永动
 机机..人们把这种不消耗能量的永动机叫人们把这种不消耗能量的永动机叫
 第一类永动机第一类永动机..(不吃草的马)(不吃草的马)
       根据能量守恒定律,任何一部机器根据能量守恒定律,任何一部机器
 ,只能使能量从一种形式转化为另一,只能使能量从一种形式转化为另一
 种形式,而不能无中生有地制造能量种形式,而不能无中生有地制造能量
 ,因此,因此第一类永动机是不可能制成的第一类永动机是不可能制成的..
第一类永动机

 概念:不需要动力或燃料,却能源源不断
          对外做功的机器

结果:制造永动机的千万次努力都以
          失败而告终

原因:违背了能量守恒定律

能量守恒定律的重要性

<1>、是一个普遍适用的定律

<2>、将各种现象联系在一起

 <3>、指导着人们的生产、科研

 <4>、19世纪自然科学三大发现之一
例2:水平马路上行驶的汽车,在发动机熄火
  后,速度越来越慢,最后停止。这一现象
  符合能的转化和守恒定律吗?如果符合,
  汽车失去的动能变成了什么?

 nn分析:分析:汽车发动机熄火后,汽车要克服阻力做功汽车发动机熄火后,汽车要克服阻力做功
 ,当所克服阻力做的功等于其熄火时的动能时,汽,当所克服阻力做的功等于其熄火时的动能时,汽
 车即停止运动。在这一过程中,汽车克服阻力做的车即停止运动。在这一过程中,汽车克服阻力做的
 功要转变成地面、轮胎的内能,所以在这个过程中功要转变成地面、轮胎的内能,所以在这个过程中
 能量还是守恒的,是机械能转变成内能了。能量还是守恒的,是机械能转变成内能了。

小结小结::

11、、热力学第一定律:热力学第一定律:   ΔU = W + Q  
22、、能量守恒定律:能量守恒定律:
 能量既不会凭空产生,也不会凭空消
 失,它只能从一种形式转化为另一种
 形式,或者从一个物体转移到别的物
 体;在转化和转移过程中其总量不变
 ,这就是能量守恒定律.
小试身手
   1、图中活塞将气缸分成甲、乙两气室,气
   缸、活塞(连同拉杆)是绝热的,且不漏气,以U

   甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能,
   则在将拉杆缓慢向外拉的过程中(  C   )

    (A)U甲不变,U乙减小

    (B)U甲增大,U乙不变

    (C)U甲增大,U乙减小

    (D)U甲不变,U乙不变
2、固定容器及可动活塞P都是绝热的,中间有一导
热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和气体
乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离,已知气体
的温度随其内能的增加而升高,则在移动P的过程
中(     C)
A、外力对乙做功,甲的内能不变。

                                      B
B、外力对乙做功,乙的内能不变。                 甲       乙     P
C、乙传递热量给甲,乙的内能增加。

D、乙的内能增加,甲的内能不变。
3、一定质量的理想气体由状态Ⅰ(p1,V1,T1)
被压缩至状态Ⅱ(p2,V2,T2),已知T2> T1,
则该过程中( AB     )

    A.气体的内能一定是增加的

    B.气体可能向外界放热
    C.气体一定从外界吸收热量

    D.气体对外界做正功
4.一定量的气体吸收热量,体积膨胀并对外做功
,则此过程的末态与初态相比,  (         D  )
A.气体内能一定增加         
B.气体内能一定减小
C.气体内能一定不变     
D.气体内能是增是减不能确定
5.下列说法正确的是             (     D        )
A.外界对气体做功,气体的内能一定增大
B.气体从外界只收热量,气体的内能一定增大
C.气体的温度越低,气体分子无规则运动的平均 
          动能越大
D.气体的温度越高,气体分子无规则运动的平均
          动能越大
6.下列说法正确的是         (       D         )
A.外界对一物体做功,此物体的内能一定增加

B.机械能完全转化成内能是不可能的

C.将热量传给一个物体,此物体的内能一定改变

D.一定量气体对外做功,气体的内能不一定减少
     7.一定质量的理想气体,从某一状态开始,经

过一系列变化后又回一开始的状态,用W1表示外界
对气体做的功,W2表示气体对外界做的功,Q1表示
气体吸收的热量,Q2表示气体放出的热量,则在整
个过程中一定有           (      A        )

A.Q1—Q2=W2—W1          B.Q1=Q2

C.W1=W2                            D.Q1>Q2
 点拨:整个过程的内能不变, ΔE = 0   

  由热力学第一定律   ΔE=W总+Q总=0

  Q总= - W总     ∴  Q1—Q2=W2—W1
8. 如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气
体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧
的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压

缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的
弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往
复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程
(          D                )

A. EP全部转换为气体的内能
B.    E 一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍                  理想
     P                                       气体
       为弹簧的弹性势能

C. EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能

D. EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换
      为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
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