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热力学第一定律 能量守恒定律


选修3-3 第十章 热力学定律

3.热力学第一定律
淮中物理组 杨萍 2009-02-10

学习目标:

1、知道热力学第一定律及其表述式。 2、理解能量守恒定律。 3、知道第一类永动机不可能制成。 4、会运用能量转化与守恒的观点解 释有关现象

学习重点:
1、能量守恒定

律。

2、从能量转化的观点理解热力学第一定律, 会用ΔU = Q + W分析和计算有关问题。

学习难点:
1、如何用能量转化和守恒的观点分析 物理现象;

2、热力学第一定律ΔU = Q + W中各 物理量的意义及正负号的确定。

温故知新

思考分析
1下列说法正确吗? A、物体所有分子的动能的总和=物体的动能 B、速度快的分子比速度慢的分子温度高 C、温度高物体中的分子运动速度大于温度低的 物体中的分子运动速度.

2关于内能,下列说法正确的是 C 机械能增大 A、温度相同的物体内能一样多 B、一罐气放在卡车上随卡车做加速运动,罐中 气体动能越来越大,所以内能也越来越大 C、一定质量的物体的内能,由温度和体积决定 D、某物体的内能为E,含分子数为n个,那么每 个分子的内能为E/n

知识复习 改变系统内能的两种方式
做功 热传递

对内
(外界对物 体做功)

对外
(物体对外 界做功)

吸热
(物体从外 界吸热)

放热
(物体对外 界放热)

内能增加

内能减少

内能增加

内能减少

1做功和热传递的区别
(1)做功改变内能:实质上是其它形式 的能和内能 之间转化 (2)热传递:实质上是各物体间内能的转移 (3)做功和热传递在改变内能效果上是等 效的

2内能与热量的区别
1.内能是一个状态量,一个物体在不同的状态下

有不同的内能
2.热量是一个过程量,它表示由于热传递而引 起的变化过程中转移的能量,即内能的改变量。 3.如果没有热传递,就没有热量可言, 但此时仍有内能

新知识学习:
[问题回答]:改变物体内能的方式有哪些?
①做功 ②和热传递

既然做功和热传递都可以改变物体的内 能,那么,功、热量跟内能的改变之间一定有 某种联系,今天我们就来研究这个问题.

问题研究

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?

Δ U 物体内能的增加量 Q 物体吸收的热量

W 外界对物体做的功

ΔU = Q + W

一.热力学第一定律:
1、内容:一个热力学系统的内能增 量等于外界向它传递的热量与外界对 它所做的功的和 2、表达式:

ΔU= Q + W

ΔU= Q + W
3.符号规定: ΔU Q
吸热 放热

W
对内做功 对外做功

+

增加量 减小量

-

巩固练习1:
(10-3)1.在一个标准大气压下,水在沸腾时,1g水由液 态变成同温度的气态,其体积由1.043cm3变为1676cm3。 已知水的汽化热为2263.8J/g。求: (1)体积膨胀时气体对外界作的功W; (2)气体吸收的热量Q; (3)气体增加的内能ΔU。 思考 如何求对外做的功? 什么是汽化热? 汽化热和哪些因素有关?

(1)169.7J,(2)2263.8J,(3)2094.1J

(10-3)2. 如图所示的容器,A、B中各有一个可自由移 动的活塞,活塞下面是水上面是大气、大气压恒定, A、B间带有阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热, 开始时A的水面比B高,开启K,A中的水逐渐向B中 流,最后达到平衡,在这个过程中 ( ) A.大气压力对水作功,水的内能增加 B.水克服大气压力作功,水的内能减少 C.大气压力对水不作功,水的内能不变 D.大气压力对水不作功,水的内能增加

二.能量守恒定律
1.自然界中存在不同形式的能 动能 动能 重力势能 重力势能

弹性势能
电能 内能 . .

弹性势能
电能 内能 . .

2.不同形式的能之间可以发相互转化 由特定的力做多少功来量度有多少能发生了转化

3.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,在转化或转移的过程中其总量保 持不变.
物理史问题: 能量守恒定律的发现?

请阅读课本P56

4.能量守恒定律的重要性 (1)是一个普遍适用的定律 比机械能守恒定律应用更广

(2)将各种现象联系在一起 力学、热学、电学、光学、化学、生物学...
(3)指导着人们的生产、科研 泡利和费米利用能量守恒预言了中微子的存在 宣告了第一类永动机造不成 (4)19世纪自然科学三大发现之一 细胞学说;生物进化论

(5).与热力学第一定律的关系

热力学第一定律是只研究内能与其它形式的能发 生转化时的能量守恒关系.

三.永动机不可能制成
1.第一类永动机 不需要动力或燃料,却能源源不断对外做功的机器 制造永动机的千万次努 力都以失败而告终 2.第一类永动机不可能制成 违背了能量守恒定律

学习了这一节后你有问题提出吗?
对研究制作永动机的看法?

巩固练习2:
(10-3)3. 一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑
水平面上的木块,未从木块中穿出.对于这一过程, 下列说法中正确的是 ( ) A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能 B.子弹减少的动量等于木块增加的动量

C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增
加的内能之和

D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木
块的内能增量之和

(10-3)4. 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 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

(10-3)5. 在太阳光的直射下,地球表面每平方厘米每 分钟可获得4.2J的能量。试估算我国所有江河每年

(525600min)流入海洋的水流总量。假设只考虑海
洋中水的汽化,不考虑内陆的河流中水的汽化;常温 时水的汽化热为2.44×106J/kg。

同学们, 再见

教学后记:
1.


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