物理選修33滬科版41熱力學(xué)第一定律課件

1、141熱力學(xué)第一定律42能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程141熱力學(xué)第一定律2課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解物體跟外界做功和熱傳遞的過程及W、Q、U的物理意義2理解熱力學(xué)第一定律UWQ，會(huì)用UWQ分析和計(jì)算有關(guān)問題3掌握能量守恒定律,會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決有關(guān)問題重點(diǎn)難點(diǎn)：1.理解熱力學(xué)第一定律，能量守恒定律的應(yīng)用2理解第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因2課標(biāo)定位3核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練4.2能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程課前自主學(xué)案3核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練4.2課前自主學(xué)案4課前自主學(xué)案一、做功和內(nèi)能的改變1系統(tǒng)只通過對(duì)外界做功或外界對(duì)它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界

2、放熱，這樣的過程叫做_過程2當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的增加量UU2U1就等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W，即U_.這就是說在絕熱過程中內(nèi)能的改變用_來量度，外界對(duì)物體做多少功，物體的內(nèi)能就_多少；物體對(duì)外界做多少功，物體的內(nèi)能就_多少絕熱W功增加減少4課前自主學(xué)案一、做功和內(nèi)能的改變絕熱W功增加減少5二、熱傳遞和內(nèi)能的改變1兩個(gè)_不同的物體相互接觸時(shí)，熱量從_物體傳到_物體這樣的過程叫做_2熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度.當(dāng)系統(tǒng)由狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱過程達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增量UU2U1就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即U_.系統(tǒng)吸收了多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就_多少；系統(tǒng)放出

3、了多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就_多少3做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是_的溫度高溫低溫?zé)醾鬟fQ增加減少等效5二、熱傳遞和內(nèi)能的改變溫度高溫低溫?zé)醾鬟fQ增加減少等效6三、熱力學(xué)第一定律1當(dāng)外界既對(duì)系統(tǒng)做功又對(duì)系統(tǒng)傳熱時(shí)，內(nèi)能的增量應(yīng)該是U_.也就是說，一個(gè)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(duì)它所做的功的和這個(gè)關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律2W、Q、U正負(fù)號(hào)確定(1)外界對(duì)系統(tǒng)做功,W取_值；系統(tǒng)對(duì)外界做功，W取負(fù)值(2)系統(tǒng)吸熱，Q取_值，系統(tǒng)放熱，Q取負(fù)值(3)系統(tǒng)內(nèi)能增加，U取_值；系統(tǒng)內(nèi)能減少，U取負(fù)值QW正正正6三、熱力學(xué)第一定律QW正正正7四、能量守恒定律1能量守恒定律可以表述為：能量既

4、不能_，也不能_，它只能從一種形式_為另一種形式，或者從一個(gè)系統(tǒng)(物體) _到別的系統(tǒng)(物體)，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變憑空產(chǎn)生憑空消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移7四、能量守恒定律憑空產(chǎn)生憑空消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移82能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)史上的重大事件恩格斯把它與細(xì)胞學(xué)說、_一起列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，是人們認(rèn)識(shí)自然，改造自然的有力武器，在20世紀(jì)30年代初，W泡利和E費(fèi)米根據(jù)能量守恒定律預(yù)言了_的存在并在后來得到證實(shí)生物進(jìn)化論中微子82能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)史上的重大事件恩格斯把9思考感悟請(qǐng)仔細(xì)分析這些永動(dòng)機(jī)的設(shè)想，指出它們不可能實(shí)現(xiàn)的原因，并與同學(xué)討論交流圖411

5、提示：違背了能量轉(zhuǎn)化與守恒9思考感悟10核心要點(diǎn)突破一、對(duì)內(nèi)能改變的理解1做功和熱傳遞在改變內(nèi)能上的關(guān)系比較項(xiàng)目做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加物體放出熱量，內(nèi)能減少10核心要點(diǎn)突破一、對(duì)內(nèi)能改變的理解比較項(xiàng)目做功熱傳遞內(nèi)能變11比較項(xiàng)目做功熱傳遞物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的11比較項(xiàng)目做功熱傳遞物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不122.功、熱量和內(nèi)能(1)功和內(nèi)能的區(qū)別功是能量轉(zhuǎn)化的量度，是過程量，而內(nèi)能是狀態(tài)

6、量，做功過程中，能量一定會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化而內(nèi)能不一定變化，但內(nèi)能變化時(shí)，不一定有力做功，也可能是由熱傳遞改變物體的內(nèi)能物體內(nèi)能大，并不意味著做功多，只有內(nèi)能變化大，才可能做功多122.功、熱量和內(nèi)能13(2)熱量和內(nèi)能內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定，要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種方式來完成而熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的有過程，才有變化，離開過程，毫無意義就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，根本不存在什么“熱量”和“功”，因此，不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”13(2)

7、熱量和內(nèi)能14即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀)1.對(duì)于熱量、功和內(nèi)能三者的說法正確的是()A熱量、功、內(nèi)能三者的物理意義等同B熱量、功都可以作為物體內(nèi)能的量度C熱量、功、內(nèi)能的單位不相同D熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體狀態(tài)決定的14即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀)15解析：選D.物體的內(nèi)能是指物體的所有分子動(dòng)能和分子勢能的總和，而要改變物體的內(nèi)能可以通過做功和熱傳遞兩種途徑，這三者的物理意義不同，A項(xiàng)錯(cuò)熱量是表示在熱傳遞過程中物體內(nèi)能變化多少的物理量，而功也是用做功的方式來量度改變物體內(nèi)能多少的物理量，B項(xiàng)錯(cuò)三者單位都是焦耳，C項(xiàng)錯(cuò)熱量和功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量，D項(xiàng)正確15解析：選D

8、.物體的內(nèi)能是指物體的所有分子動(dòng)能和分子勢能的16二、對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解1熱力學(xué)第定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳16二、對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解172對(duì)公式UQW符號(hào)的規(guī)定外界對(duì)系統(tǒng)做功，W0，即W為正值；系統(tǒng)對(duì)外界做功，也就是外界對(duì)系統(tǒng)做負(fù)功，W0，即Q為正值；外界對(duì)系統(tǒng)吸收熱量，也就是系統(tǒng)向外界放出熱量，Q0，即U為正值；系統(tǒng)內(nèi)能減少，U0，即U為正值；符號(hào)WQU外界19即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀)2.(2011年高考廣東理綜卷)圖412為某種椅子與其升

9、降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng),設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換,在M向下滑動(dòng)的過程中()圖41219即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀)20A外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能減小C氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增大D氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小解析：選A.M向下滑動(dòng)的過程中，氣體被壓縮，外界對(duì)氣體做功，又因?yàn)榕c外界沒有熱交換，所以氣體內(nèi)能增大20A外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大21三、能量守恒定律的理解1能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等各種形式的能，通過

10、某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化，例如；利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能21三、能量守恒定律的理解222與某種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的能是否守恒是有條件的，例如，物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它是一切自然界現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律3能量守恒定律的重要意義：能量守恒定律比機(jī)械能守恒定律更普遍，它是物理學(xué)中解決問題的重要思維方法能量守恒定律與電子的發(fā)現(xiàn)、達(dá)爾文的進(jìn)化論并稱19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見222與某種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的能是否守恒是有條件的，例如，物體23即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀)3.行

11、駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的光；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過程是()23即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀)24A物體克服阻力做功B物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量24A物體克服阻力做功25解析：選AD.這四個(gè)現(xiàn)象中物體都受到阻力作用，汽車主要是制動(dòng)阻力，流星、降落傘是空氣阻力，條形磁鐵下落時(shí)受磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，故A正確；四個(gè)物體運(yùn)動(dòng)過程中，汽車是動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢能

12、轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，故D正確25解析：選AD.這四個(gè)現(xiàn)象中物體都受到阻力作用，汽車主要是26 如圖413所示，固定容器及可動(dòng)活塞P都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和乙現(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動(dòng)一段距離，已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高則在移動(dòng)P的過程中()圖413課堂互動(dòng)講練類型一改變內(nèi)能兩種方式的理解例126 如圖413所示，固定容器及可27A外力對(duì)乙做功；甲的內(nèi)能不變B外力對(duì)乙做功；乙的內(nèi)能不變C乙傳遞熱量給甲；乙的內(nèi)能增加D乙的內(nèi)能增加；甲的內(nèi)能不變【精講精析】將活塞P緩慢地向B移動(dòng)的過程中,外力對(duì)乙做功，乙的內(nèi)能增加，溫度升

13、高，由于固定隔板B導(dǎo)熱，所以乙將傳遞熱量給甲，甲、乙兩部分氣體的溫度最終相同，均高于初態(tài)溫度，所以甲、乙內(nèi)能均增加故選C項(xiàng)27A外力對(duì)乙做功；甲的內(nèi)能不變28【答案】C【方法總結(jié)】內(nèi)能的改變與做功和熱傳遞均有關(guān)系，判斷內(nèi)能如何變化，主要是搞清物體對(duì)外界做功還是外界對(duì)物體做功，以及物體是吸熱還是放熱28【答案】C29 在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，1 g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽，其體積由1.043 cm3變?yōu)?676 cm3.已知水的汽化熱為2263.8 J/g.求：(1)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W；(2)氣體吸收的熱量Q；(3)氣體增加的內(nèi)能U.類型二熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用例229 在一個(gè)

14、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸30【精講精析】取1 g水為研究系統(tǒng),把大氣視作外界.1 g沸騰的水變成同溫度的水汽需要吸收熱量，同時(shí)由于體積膨脹，系統(tǒng)要對(duì)外做功，所以有UQ吸(1)氣體在等壓(大氣壓)下膨脹做功：Wp(V2V1)1.013105(16761.043)106J169.7 J.(2)氣體吸熱：QmL(12263.8) J2263.8 J.(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律：UQW2263.8 J(169.7)J2094.1 J.【答案】見精講精析30【精講精析】取1 g水為研究系統(tǒng),把大氣視作外界.1 31【方法總結(jié)】對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解應(yīng)注意：(1)要明確研究的對(duì)象是哪個(gè)物體或者說是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)

15、(2)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計(jì)算時(shí)，要依照符號(hào)規(guī)則代入數(shù)據(jù)，Q、W這兩個(gè)量只要有助于增加系統(tǒng)內(nèi)能均取正值，如吸熱、受壓壓縮，Q、W就取正值；反之就取負(fù)值31【方法總結(jié)】對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解應(yīng)注意：32 水能不產(chǎn)生污染物，是一種清潔能源，位于美國和加拿大交界處的尼亞加拉瀑布流量可達(dá)到每秒6000 m3，而且是一年四季流量穩(wěn)定，瀑布落差50m，若利用這一資源發(fā)電，設(shè)其效率為50%，估算發(fā)電機(jī)的輸出功率(g取 10m/s2)【思路點(diǎn)撥】水下落過程重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，求解時(shí)可取單位時(shí)間內(nèi)的水為研究對(duì)象類型三能量轉(zhuǎn)化過程的分析與計(jì)算例332 水能不產(chǎn)生污染物，是一種清潔能源，33【自主解答】水力發(fā)電的基本原理是水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能每秒鐘流下的水的質(zhì)量為：mV11036000 kg6106kg.每秒鐘水減少的機(jī)械能為：Emgh61061050 J3109J.設(shè)發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，則由能量定律可得：EP.解得：P310950%W1.5109W.【答案】1.5109W33【自主解答】水力發(fā)電的基本原理是水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能34變式訓(xùn)練如圖414所示，一個(gè)小鐵塊沿半徑為R0