《熱力學(xué)第一定律能量守恒定律》人教版高中物理選修3-3課件

講解人：時間：.5.25MENTALHEALTHCOUNSELINGPPT第3節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律第十章熱力學(xué)定律人教版高中物理選修3-3改變內(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）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ΔU與熱量Q及做的功W之間又有什么關(guān)系呢？新課導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)一發(fā)電機(jī)重物實(shí)驗(yàn)二以不同的方式對系統(tǒng)做功時，只要始末兩個狀態(tài)是確定的，做功的數(shù)量就是確定的。另一方面也向我們表明，為了改變系統(tǒng)的狀態(tài)，做功和傳熱這兩種方法是等價的，也就是說，一定數(shù)量的功與確定數(shù)量的熱相對應(yīng)。做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價的。同時做功又加熱時：新課導(dǎo)入一個熱力學(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。ΔU=W+QΔU是物體內(nèi)能的增加量W是外界對物體做的功Q是物體吸收的熱量①ΔU有增加或減少②W有正功或負(fù)功③Q有吸熱或放熱一、熱力學(xué)第一定律思考與討論解：氣體對外界做功在熱力學(xué)第一定律中W表示外界對氣體做功，故此時W為負(fù)。W=-135J向外放熱Q=-85JΔU=W+Q代入得ΔU=-135+（-85）=-2J內(nèi)能變化了2J，減少一、熱力學(xué)第一定律定律中各量的正、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+物體吸熱－物體放熱ΔU+內(nèi)能增加－內(nèi)能減少氣體被壓縮氣體膨脹一、熱力學(xué)第一定律例題1：空氣壓縮機(jī)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？向外傳熱Q=-2.0×105JW=3.5×105J解：以被壓縮的空氣為研究對象做功W=？內(nèi)能增加ΔU=1.5×105JΔU=W+Q代入得1.5×105=W+（-2.0×105）解得：一、熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟④再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負(fù)來確定吸熱、放熱情況或做功和內(nèi)能增減情況。①確定研究對象，見得多的是氣體。②根據(jù)符號法則寫出各已知量（W、Q、?U）的正負(fù)。③代入方程ΔU＝W＋Q求出未知量。一、熱力學(xué)第一定律在必修二的時候已經(jīng)學(xué)過能量守恒定律?，F(xiàn)在我重新沿著科學(xué)家們的思路再來認(rèn)識它。從18世紀(jì)末到19世紀(jì)40代，不同領(lǐng)域的科學(xué)家從不同角度都提出了能量守恒的思想。人類對于能量守恒的認(rèn)識經(jīng)歷、、、、、、任何一個化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成，還是分幾步完放出的總熱量相同。這表明一個系統(tǒng)(即參加化學(xué)反應(yīng)的幾種物質(zhì))存在著一個與熱量關(guān)的物理量，在一個確定的化學(xué)反應(yīng)中這個量是不變的。這一發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是能量守恒定的先驅(qū)。俄國化學(xué)家蓋斯二、能量守恒定律德國醫(yī)生J.R.邁爾任船醫(yī)時，認(rèn)為在熱帶時人體會從外界獲得一些熱量(或說人體向界散發(fā)的熱量較少)，因而機(jī)體需要從食物獲得的熱量較少，食物氧化過程減弱，靜脈中留下較多的氧，顯紅色。他由此想到食物中化學(xué)能與熱能的等效性。提出了“張力（勢能)與“活力”(即動能)的轉(zhuǎn)換。他還分析了在電磁現(xiàn)象和生物機(jī)體中能的守恒問題。此外，還有好幾位科學(xué)家對這條定律做出了貢獻(xiàn)。.......二、能量守恒定律能量守恒定律：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)移到另外的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量不變。意義：1、不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。2、能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的規(guī)律之一，也是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一，被恩格斯稱為“偉大的運(yùn)動基本規(guī)律”。二、能量守恒定律例2、水平馬路上行駛的汽車，在發(fā)動機(jī)熄火后，速度越來越慢，最后停止.這一現(xiàn)象符合能的轉(zhuǎn)化和守恒定律嗎？如果符合,汽車失去的動能變成了什么？符合能的轉(zhuǎn)化和守恒定律地面、輪胎的內(nèi)能動能二、能量守恒定律他們不懈努力反映了人類追求幸福生活的美好愿望。二、能量守恒定律2、永動機(jī)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。1、第一類永動機(jī)概念：不需要任何動力或燃料，卻能源源不斷地對外做功。（不吃草的馬）結(jié)果：無一例外地歸于失敗。原因：違背了能量守恒定律。3、熱力學(xué)第一定律的另一種表達(dá)：第一類永動機(jī)是不可能造成的。三、永動機(jī)不可能制成圖是歷史上有名的一種水機(jī)的設(shè)計(jì)，從圖上看者為什么為這個機(jī)器全水運(yùn)動下去?不用能量的概念，。你能不能說明它不會“永動”。說一說1、用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做了900J的功，同時汽紅向外散熱210J，汽缸里空氣的內(nèi)能改變了多少?向外傳熱Q=-210JΔU=690J解：以被壓縮的空氣為研究對象壓縮空氣W=900J內(nèi)能ΔU=？ΔU=W+Q代入得ΔU=900+（-210）解得：內(nèi)能增加。問題與練習(xí)解答2、在汽缸內(nèi)活塞左邊封閉著一定量的空氣，壓強(qiáng)與大氣壓相同。把汽缸和活家圓定，使汽缸內(nèi)空氣升高一定的溫度，空氣吸收的熱量為Q1。如果讓活塞可以自由滑動(活塞與流缸間無摩擦、不漏氣)，也使汽缸內(nèi)空氣溫度升高相同溫度，其吸收的熱量為Q2(1)Q1和Q2那個大些?(2)氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容為什么會有不同?解：（1）以被壓縮的空氣為研究對象ΔU=W+Q由熱力學(xué)第一定律理想氣體升溫相同，分子平均動能增加也相同，那么內(nèi)能變化ΔU也相等。前者活塞移動固定，為單純吸熱，沒有功，所以Q1=ΔUQ=ΔU-W后者活塞移動，氣體膨脹過程對外界做功，則W為負(fù)值，所以Q2=ΔU-（-W）=ΔU+W、所以Q2大問題與練習(xí)解答（2）氣體在定壓升溫工程體積膨脹，對外界做功，而在定容升溫過程中不需要對外界做功，由Q2>Q1及Q=cm?t可判定升高相同的溫度，吸收熱量多的比熱容大。3、為測算太陽射到地面的幅射能、某?？萍紝?shí)驗(yàn)小組的同學(xué)把一個橫截面積是300cm2的矮圓的內(nèi)壁涂黑，外壁用保溫材色，內(nèi)裝水0.6kg。讓陽光垂直圓筒口照2min后，水的溫度升高了1℃、請此傳算在陽光直射時地面上每平方米每分鐘接受的太陽能量。設(shè)在陽光直射時地面上每平方米每分鐘接受的太陽能量為Q，由能量守恒定律得：QSt=cmΔt

代入數(shù)值得：Q=4.2×104J解：問題與練習(xí)解答4、某風(fēng)景區(qū)區(qū)有一處的層樓高的瀑布，甚為壯觀。請估計(jì):上、下水潭的水溫因瀑布的機(jī)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能而相差多少？解：由能量守恒定律得：mgh=cmΔt解得：Δt=0.14℃代入g=10m/s2，h=3×m=60m,c=4.2×103J/kg℃

5、奶牛的心臟停止跳動后，大的在1h內(nèi)體溫由37.0℃降低到33.5℃.請你由此估算在這種環(huán)境下養(yǎng)奶牛，要維持一個體重400kg奶牛的內(nèi)能不變，每天喂養(yǎng)奶牛的食物至少要能為它提供多少熱量?計(jì)算時，可認(rèn)為奶牛體內(nèi)絕大部分是水。解：要使奶牛的內(nèi)能不變，1h提供的熱量E=cmΔt=4.2×103×400×3.5J=5.88×106J故每天提供的熱量E’=24E=1.4×108J問題與練習(xí)解答6、如果用Q表示物體吸收的能量，用W表示物體對外界所做的功，△U表示物體內(nèi)能的增加，那么熱力學(xué)第一定律可以表達(dá)為Q＝△U+W。怎樣解釋這個表達(dá)式的理意義?解：物體吸收的能量一部分轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能，使物體的內(nèi)能增加，同時另一部分因物體膨脹要對外界做功。問題與練習(xí)解答一、熱力學(xué)第一定律一個熱力學(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。ΔU=W+Q①ΔU是物體內(nèi)能的增加量，ΔU有增加或減少②W是外界對物體做的功，W有正功或負(fù)功③Q是物體吸收的熱量，Q有吸熱或放熱定律中各量的正、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+物體吸熱－物體放熱ΔU+內(nèi)能增加－內(nèi)能減少課堂小結(jié)解題的一般步驟④再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負(fù)來確定吸熱、放熱情況或做功和內(nèi)能增減情況。①確定研究對象，見得多的是氣體。②根據(jù)符號法則寫出各已知量（W、Q、?U）的正負(fù)。③代入方程ΔU＝W＋Q求出未知量。二、能量守恒定律能量守恒定律：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)移到另外的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量不變。意義：1、不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。2、能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的規(guī)律之一，也是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一，被恩格斯稱為“偉大的運(yùn)動基本規(guī)律”。課堂小結(jié)三、永動機(jī)不可能制成2、永動機(jī)給我們的啟示人類利用和改造