高中物理熱力學(xué)第一定律課件人教版選修3-3

1、熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律,復(fù)習(xí)提問,1：分子動(dòng)理論的內(nèi)容是什么？,2：改變物體內(nèi)能的方式是什么？,3：改變物體內(nèi)能的方式有何本質(zhì)的區(qū)別？,本節(jié)課來討論做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的過程中所遵守的規(guī)律。,一、熱力學(xué)第一定律,1、熱力學(xué)第一定律的研究對(duì)象,研究功、熱量和內(nèi)能的變化之間的定量關(guān)系。,記住：寫成公式為：W + Q = ΔU,理解；公式中W表示做功，Q表示熱量，ΔU表示內(nèi)能的變化。,說明：上式所表示的功、熱量

2、跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律。,2、熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式,知道：改變物體內(nèi)能的方式有兩種：做功和熱傳遞．,3、熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容,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。,寫成表達(dá)式為：W + Q = ΔU,記?。哼\(yùn)用此公式時(shí)，需要注意各物理量的符號(hào)：物體內(nèi)能增加時(shí)， ΔU 為正，物體內(nèi)能減少時(shí)， ΔU 為負(fù)；外界對(duì)物體做功時(shí)，W 為正

3、，物體對(duì)外界做功時(shí)，W為負(fù)；物體吸收熱量時(shí)，Q為正，物體放出熱量時(shí)，Q為負(fù)．,例1：下列說法中正確的是：（ ）,A、物體吸收熱量，其內(nèi)能必增加,B、外界對(duì)物體做功，物體內(nèi)能必增加,C、物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能減少,D、物體溫度不變，其內(nèi)能也一定不變,評(píng)析：在分析問題時(shí)，要求考慮比較周全，既要考慮到內(nèi)能包括分子動(dòng)能和分子勢(shì)能，又要考慮到改變內(nèi)能也有兩種方式：做功和熱傳遞,C,例題2：空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中，

4、空氣向外界傳遞的熱量2.0 ×105J，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5 ×105J. 這時(shí)，在壓縮空氣的過程中，外界對(duì)空氣做了多少功？,解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律W + Q = ΔU 知：,W= ΔU－Q = +1.5 ×105J -（- 2.0 ×105J） = +3.5 ×105J,所以此過程中外界對(duì)空氣做了3.5 ×105J的功 。,二、能量守恒定律,1、復(fù)習(xí)各種能量的相互轉(zhuǎn)化

5、和轉(zhuǎn)移,（1）各種機(jī)器的作用是什么？,各種機(jī)械都是能量轉(zhuǎn)化器。,（2）風(fēng)力發(fā)電是什么能轉(zhuǎn)化為什么能？,（3）化學(xué)上電解食鹽的過程中是什么能轉(zhuǎn)化為什么能？,2、能量守恒定律：,記住能量守恒定律內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變．,3、能量守恒定律的歷史意義 。,能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是分析解決問題的一個(gè)極為重要的方法，它比機(jī)械能守恒定律更普遍。

6、例如：物體在空中下落受到阻力作用時(shí)，物體的機(jī)械能不守恒，但包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量是守恒的。,能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)現(xiàn)之一，也莊嚴(yán)宣告了永動(dòng)機(jī)幻想的徹底破滅。,三、永動(dòng)機(jī)不可能制成,2、永動(dòng)機(jī)給我們的啟示人類利用和改造自然時(shí)，必須遵循自然規(guī)律。,下面讓我們來看看幾種永動(dòng)機(jī)模型 。見識(shí)一下人們對(duì)永動(dòng)機(jī)的研究情況：,能量守恒定律是認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力武器，這個(gè)定律將廣泛的自然科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域聯(lián)系起來，使不同領(lǐng)域的科學(xué)工作

7、者有一系列的共同語言。,1、 第一類永動(dòng)機(jī)概念：不消耗能量的機(jī)器。結(jié)果：無一例外地歸于失敗。原因：違背了能量守恒定律。,著名科學(xué)家達(dá)· 芬奇早在15世紀(jì)就提出過永動(dòng)機(jī)不可能的思想，他曾設(shè)計(jì)過一種轉(zhuǎn)輪，如圖1所示，,在轉(zhuǎn)輪邊沿安裝一系列的容器，容器中充了一些水銀，他想水銀在容器中移動(dòng)有可能使轉(zhuǎn)輪永遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，但是經(jīng)過仔細(xì)研究之后，得出了否定的結(jié)論。他從許多類似的設(shè)計(jì)方案中認(rèn)識(shí)到永動(dòng)機(jī)的嘗試是注定要失敗的。他寫道：“永恒運(yùn)動(dòng)的

8、幻想家們！你們的探索何等徒勞無功！還是去做淘金者吧！”,圖1 達(dá)·芬奇設(shè)想的永動(dòng)機(jī),滾球永動(dòng)機(jī) 17世紀(jì)，英國有一個(gè)被關(guān)在倫敦塔下叫馬爾基斯的犯人，他做了一臺(tái)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的“永動(dòng)機(jī)”，如圖2所示。,轉(zhuǎn)輪直徑達(dá)4.3米，有40個(gè)各重23千克的鋼球沿轉(zhuǎn)輪輻翼外側(cè)運(yùn)動(dòng)，使力矩加大，待轉(zhuǎn)到高處時(shí)，鋼球會(huì)自動(dòng)地滾向中心。據(jù)說，他曾向英國國王查理一世表演過這一裝置。國王看了很是高興，就特赦了他。其實(shí)這臺(tái)機(jī)器是靠慣性來維持短時(shí)運(yùn)動(dòng)的。,圖2　

9、 滾球永動(dòng)機(jī),軟臂永動(dòng)機(jī) 19世紀(jì)有人設(shè)計(jì)了一種特殊機(jī)構(gòu)，如圖3所示。,它的臂可以彎曲。臂上有槽，小球沿凹槽滾向伸長的臂端，使力矩增大。轉(zhuǎn)到另一側(cè)，軟臂開始彎曲，向軸心靠攏。設(shè)計(jì)者認(rèn)為這樣可以使機(jī)器獲得轉(zhuǎn)矩。然而，他沒有想到力臂雖然縮短了，阻力卻增大了，轉(zhuǎn)輪只能停止在原地。,圖3　 軟臂永動(dòng)機(jī),阿基米得螺旋永動(dòng)機(jī) 1681年，英國有一位著名的醫(yī)生弗拉德提出一個(gè)建議，利用阿基米得螺旋（圖4）,把水池的水提到高處，再讓升高的水推動(dòng)水輪機(jī)

10、，水輪機(jī)除了帶動(dòng)水磨做功以外，還可使阿基米得螺旋轉(zhuǎn)不斷提水，如此周而復(fù)始，不就可以無需擔(dān)心天旱水枯了嗎？一時(shí)間，響應(yīng)他的人大有人在，形形色色的自動(dòng)水輪機(jī)陸續(xù)提出，竟出 現(xiàn)了熱潮。,1.水溝 2.阿基米得螺旋 3.水輪 4.水磨,圖4 　阿基米得螺旋永動(dòng)機(jī),磁力永動(dòng)機(jī) 大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實(shí)現(xiàn)永動(dòng)機(jī)。他的設(shè)計(jì)如圖5所示，,A是一個(gè)磁石，鐵球G受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端的E

11、處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復(fù)又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。大概他那時(shí)還沒有建立庫侖定律，不知道磁力大小是與距離的平方成反比變化的，只要認(rèn)真想一想，其荒謬處就一目了然了。,圖5　 磁力永動(dòng)機(jī),如果說永動(dòng)機(jī)的“發(fā)明”對(duì)人類有點(diǎn)益處的話，那就是人們可以從中吸取教訓(xùn)：一切違背能量轉(zhuǎn)化與守恒定律等自然規(guī)律的“創(chuàng)造”都是注定要失敗的,親愛的讀者，你們讀了這些發(fā)明永動(dòng)機(jī)的故事有什么感想？科學(xué)規(guī)律不容違反，違反了就要碰壁，大

12、家千萬不要做那種徒勞無功的事?。?就在一些人熱衷于制造永動(dòng)機(jī)的同時(shí)，科學(xué)家們從力學(xué)基本理論的研究中逐步認(rèn)識(shí)到了自然界的客觀規(guī)律性。繼達(dá)·芬奇之后，斯蒂文于1568年寫了一本《靜力學(xué)基礎(chǔ)》，其中討論斜面上力的分解問題時(shí)，明確地提出了永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)。,他所用的插圖畫在該書扉頁上，見圖6，圖的上方寫著：“神奇其實(shí)并不神奇?！睂?4個(gè)等重的小球均勻地用線穿起組成首尾相連的球鏈，放在斜面上，他認(rèn)為鏈的“運(yùn)動(dòng)沒有盡頭是荒謬的”，所

13、以兩側(cè)應(yīng)平衡。,右圖6為 “神奇其實(shí)并不神奇”,典型例題,如圖所示容器，A、B 中各有一個(gè)可以自由移動(dòng)的活塞，活塞下面是水，上面為大氣，大氣壓恒定。 A、B 間用帶有閥門的管道相連，整個(gè)裝置與外界隔熱．A 容器的橫截面積大于 B 容器的橫截面積，開始時(shí) A 的液面高于 B 的液面，開啟閥門后，A 中的水逐漸流向 B，直至兩邊液面相平．在這個(gè)過程中（ ）,A、大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加,B、水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減小

14、,C、大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變,D、大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加,D,習(xí)題精選,1、一定質(zhì)量的理想氣體，如果體積膨脹，同時(shí)吸收熱量，下列關(guān)于該氣體內(nèi)能變化的說法中正確的是（ ）,A、如果氣體對(duì)外做的功大于吸收的熱量，氣體內(nèi)能將減少B、如果氣體對(duì)外做的功小于吸收的熱量，氣體內(nèi)能將減少C、如果氣體對(duì)外做的功等于吸收的熱量，氣體內(nèi)能將不變D、如果氣體對(duì)外做的功等于吸收的熱量，氣體內(nèi)能可能改變,A、C,

15、2、關(guān)于能的轉(zhuǎn)化與守恒定律的下列說法錯(cuò)誤的是（ ）,A、能量能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的能，但不能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一物體B、能量的形式多種多樣，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化C、一個(gè)物體能量增加了，必然伴隨著別的物體能量減少D、能的轉(zhuǎn)化與守恒定律證明了第一類永動(dòng)機(jī)是不可能存在的,A,3、一個(gè)物體沿粗糙斜面勻速滑下，則下列說法正確的是（ ）,A、物體機(jī)械能不變，內(nèi)能也不變B、物體機(jī)械能減小，內(nèi)能不變C、物

16、體機(jī)械能減小，內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量減小D、物體機(jī)械能減小，內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量不變,D,4、質(zhì)量M=4Kg的重錘鍛打鐵器，鐵器質(zhì)量m=0.6Kg,已知重錘打擊前的速度為v=10m/s,設(shè)打擊時(shí)有60%的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,其中50%使鐵器升溫,已知鐵的比熱C=5×102J/Kg·℃,求重錘連續(xù)打擊20次后,鐵器溫度升高多少?,解:重錘打擊一次的動(dòng)能:EK=Mv2/2= 200 ( J ),重錘連續(xù)打擊