全優(yōu)課堂·物理·選擇性必修第三冊(cè)(人教版) 課件 第3章 2熱力學(xué)第一定律；3能量守恒定律

第三章熱力學(xué)定律2熱力學(xué)第一定律3能量守恒定律

1.掌握熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式(重難點(diǎn)).2.學(xué)會(huì)運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界中能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題(難點(diǎn)).3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界中普遍遵循的規(guī)律(重點(diǎn)).課前·

自主預(yù)習(xí)1．改變內(nèi)能的兩種方式是________和________．2．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的______與外界對(duì)它所________的和．(2)表達(dá)式：ΔU＝________．熱力學(xué)第一定律做功熱傳遞熱量做功Q＋W1．能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式________為其他形式，或者從一個(gè)物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，____________保持不變．(2)意義：①各種形式的能可以____________．②各種物理現(xiàn)象可以用______________聯(lián)系在一起．能量守恒定律和永動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移能量的總量相互轉(zhuǎn)化能量守恒定律2．永動(dòng)機(jī)不可能制成(1)第一類永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地__________的機(jī)器．(2)不可制成的原因：違背了__________定律．對(duì)外做功能量守恒課堂·

重難探究1．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的思路(1)首先應(yīng)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)．(2)分別找出題目中研究對(duì)象吸收或放出的熱量；外界對(duì)研究對(duì)象所做的功或研究對(duì)象對(duì)外界所做的功；研究對(duì)象內(nèi)能的增加量或減少量．(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解．(4)特別注意物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義．熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用2．公式ΔU＝W＋Q中符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少3．幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)物體做的功．(2)若過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量．(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對(duì)外界做的功).4．判斷是否做功的方法一般情況下外界對(duì)物體做功與否，需看氣體的體積是否變化．(1)若氣體的體積增大，表明氣體對(duì)外界做功，W<0.(2)若氣體的體積減小，表明外界對(duì)氣體做功，W>0.例1

(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p-T圖像上從a到b的線段所示．在此過程中 (

)A．氣體一直對(duì)外做功B．氣體的內(nèi)能一直增加C．氣體一直從外界吸熱D．氣體吸收的熱量等于其對(duì)外做的功【答案】BC變式1一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對(duì)氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是

(

)A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J【答案】B【解析】由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，外界對(duì)氣體做功則W為正值，氣體內(nèi)能減少則ΔU為負(fù)值，代入熱力學(xué)第一定律表達(dá)式得Q＝－2×105J，B正確．變式2

(2024年無錫月考)如圖所示，密閉導(dǎo)熱汽缸被活塞分成左、右兩室，起初左室氣體壓強(qiáng)小于右室，現(xiàn)讓活塞緩慢移動(dòng)直至兩室氣體壓強(qiáng)相等，期間環(huán)境溫度始終不變，則此過程中 (

)A．左室氣體吸熱，右室氣體放熱B．左室氣體放熱，右室氣體吸熱C．左、右室氣體均吸熱D．左、右室氣體均放熱【答案】B【解析】對(duì)于左室氣體壓強(qiáng)變大，體積減小，W左>0，對(duì)于右室氣體壓強(qiáng)變小，體積增大，W右<0.環(huán)境溫度始終不變，ΔU＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝W左＋Q左，ΔU＝W右＋Q右，可得Q左<0，Q右>0，即左室氣體放熱，右室氣體吸熱，B正確．1．能量存在的形式及相互轉(zhuǎn)化(1)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．(2)各種形式的能，通過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．對(duì)能量守恒定律的理解及應(yīng)用(3)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．(4)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．2．第一類永動(dòng)機(jī)失敗的原因分析如果沒有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即U2＜U1，則W＜0，系統(tǒng)對(duì)外做功是要以內(nèi)能減少為代價(jià)的．若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下是不可能的．例2如圖所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置，一質(zhì)量為m的子彈以v0射入質(zhì)量為M的沙箱后與沙箱合為一體，共同擺起一定高度h，則整個(gè)過程中子彈和沙箱由于相互作用所產(chǎn)生的內(nèi)能為多少？(不計(jì)空氣阻力)變式3

(2024年重慶月考)如圖所示，是中國(guó)古代玩具飲水鳥，它的神奇之處是，在鳥的面前放上一杯水，鳥就會(huì)俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口水后，鳥將繞著O點(diǎn)不停擺動(dòng)，一會(huì)兒它又會(huì)俯下身去，再“喝”一口水．A、B是鳥上兩點(diǎn)，說法正確的是 (

)A．A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小相同B．A、B兩點(diǎn)的線速度大小不同，角速度大小相同C．此過程雖然不違反能量守恒定律，但不可能發(fā)生D．此過程違反能量守恒定律，但可能發(fā)生，說明第一類永動(dòng)機(jī)可以制成【答案】B【解析】根據(jù)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等知，A、B兩點(diǎn)的角速度大小相同，根據(jù)v＝ωr知A點(diǎn)半徑大，線速度較大，B正確；根據(jù)a＝ω2r知A點(diǎn)半徑大，加速度較大，A錯(cuò)誤；飲水鳥的頭和軀體分別為兩個(gè)薄壁玻璃球，其間以一個(gè)玻璃管連接，內(nèi)部裝有易揮發(fā)的液體．其原理是先在鳥嘴上滴一些水，水分蒸發(fā)會(huì)吸收頭部空氣中的熱量，使得頭部氣壓小于肚子中的氣壓，從而使肚子中的部分液體壓入頭部，使重心上移，鳥的身體變得不穩(wěn)定而發(fā)生傾斜，傾斜的過程中肚子中的玻璃管口脫離液面，從而使頭部的液體又回流到肚子中，使鳥的身體再回到開始的豎直狀態(tài)，而剛才傾斜的過程中鳥嘴剛好又沾到了水，鳥回到豎直狀態(tài)后，鳥嘴的水分蒸發(fā)，重復(fù)之前的運(yùn)動(dòng)，即飲水鳥上下運(yùn)動(dòng)的能量來源于周圍空氣的內(nèi)能，此過程不違反能量守恒定律，可能發(fā)生，C、D錯(cuò)誤．小練·

隨堂鞏固1．下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識(shí)，不正確的是 (

)A．某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加B．某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C．對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能可能減小D．石子從空中落下，最后停止在地面上，說明石子的能量消失了【答案】D【解析】根據(jù)能量守恒定律得知，某種形式的能減少，其他形式的能一定增加，A正確；某個(gè)物體的總能量減少，根據(jù)能量守恒定律得知，必然有其他物體的能量增加，B正確；對(duì)物體做功，但若物體同時(shí)向外界放熱，物體的內(nèi)能可能減小，C正確；石子在運(yùn)動(dòng)和碰撞中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為物體及周圍物體的內(nèi)能，能量并沒有消失，D錯(cuò)誤．2．(多選)下列過程，可能發(fā)生的是 (

)A．物體吸收熱量，對(duì)外做功，同時(shí)內(nèi)能增加B．物體吸收熱量，對(duì)外做功，同時(shí)內(nèi)能減少C．外界對(duì)物體做功，同時(shí)物體吸熱，內(nèi)能減少D．外界對(duì)物體做功，同時(shí)物體放熱，內(nèi)能增加【答案】ABD【解析】根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，故由此可確定A、B、D正確，C錯(cuò)誤．3．一定量的氣體膨脹對(duì)外做功100J，同時(shí)對(duì)外放熱40J，氣體內(nèi)能的增量ΔU是

(

)A．60J

B．－60JC．－140J

D．140J【答案】C【解析】由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100J－40J＝－140J，C正確．4．(多選)下列關(guān)于第一類永動(dòng)機(jī)的說法，正確的是 (

)A．第一類永動(dòng)機(jī)是不消耗任何能量卻能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器B．第一類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違背了熱力學(xué)第一定律C．第一類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是技術(shù)問題D．第一類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違背了能量守恒定律【答案】AD【解析】第一類永動(dòng)機(jī)是不消耗任何能量卻能源源不斷對(duì)外做功的機(jī)器，這是人們的美好愿望，但它違背了能量守恒定律，這也是它不能制成的原因．A、D正確，B、C錯(cuò)誤．5．(2024年長(zhǎng)沙月考)小明去西藏旅行時(shí)，發(fā)現(xiàn)從低海拔地區(qū)買的密封包裝的零食，到了高海拔地區(qū)時(shí)出現(xiàn)了鼓包現(xiàn)象．假設(shè)食品袋里密封的有一定質(zhì)量的理想氣體，全過程溫度保持不變．從低海拔地區(qū)到高海拔地區(qū)的過程，下列分析不正確的是 (

)A．袋內(nèi)氣體壓強(qiáng)增加B．大氣壓強(qiáng)減小C．袋內(nèi)氣體吸收了熱量D．袋內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能不變【答案】A【解析】溫度不變，根據(jù)p1V1＝p2V2，體積增大，壓強(qiáng)減小，A錯(cuò)誤，符合題意；海拔高度升高，壓強(qiáng)減小，B正確，不符合題意；溫度不變，氣體內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q，可知袋內(nèi)空氣從外界吸收熱量，C正確，不符合題意；溫度不變，袋內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能不變，D正確，不符合題意．6．(2024年深圳檢測(cè))物體的內(nèi)能增加了80J，下列說法中正確的是

(

)A．一定是外界對(duì)物體做了80J的功B