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成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-3,熱力學(xué)定律,第十章,第三節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律,第十章,圖中左邊為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電供給右邊的電風(fēng)扇，電風(fēng)扇把風(fēng)吹到發(fā)電機(jī)上發(fā)電，循環(huán)往復(fù)，不需要消耗其他能量風(fēng)扇就可以一直工作下去。 在能源短缺的現(xiàn)在， 這是多么美好的愿望啊！同學(xué)們，這種愿望能實(shí)現(xiàn)嗎？,,熱力學(xué)第一定律,1．改變內(nèi)能的兩種方式 ________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)能增量等于外界向它傳遞的________與外界對(duì)它所做的________的和。 (2)表達(dá)式：________________,做功,熱傳遞,熱量,功,ΔU＝Q＋W,能量守恒定律,1．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________為另一種形式，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，能量的總量________。 2．意義 (1)各種形式的能可以________。 (2)__________的物理現(xiàn)象可以用___________________聯(lián)系在一起。,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,保持不變,相互轉(zhuǎn)化,互不相關(guān),能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,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．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因 違背了________定律。,永動(dòng)機(jī)不可能制成,對(duì)外做功,能量守恒,一、對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解 1．對(duì)ΔU＝W＋Q的理解 熱力學(xué)第一定律將單純的絕熱過程和單純的熱傳遞過程中內(nèi)能改變的定量表述推廣到一般情況，既有做功又有熱傳遞的過程，其中ΔU表示內(nèi)能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量。,2．與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號(hào)法則,一定量的氣體在某一過程中，外界對(duì)氣體做了8104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2105J，則下列各式中正確的是( ) A．W＝8104J，ΔU＝1.2105J，Q＝4104J B．W＝8104J，ΔU＝－1.2105J，Q＝－2105J C．W＝－8104J，ΔU＝1.2105J，Q＝2105J D．W＝－8104J，ΔU＝－1.2105J，Q＝－4104J 答案：B,解析：因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W＝8104J，內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU＝－1.2105J，根據(jù)ΔU＝Q＋W，可得Q＝ΔU－W＝－1.2105J－8104J＝－2105J，B正確。,二、對(duì)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 2．守恒條件 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 (1)找到了各種自然現(xiàn)象的公共量度——能量，從而把各種自然現(xiàn)象用能量規(guī)律聯(lián)系起來，揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。 (2)突破了人們關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械觀念的范圍，從本質(zhì)上表明了各種運(yùn)動(dòng)形式之間相互轉(zhuǎn)化的可能性。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。 (3)具有重大實(shí)踐意義，即徹底粉碎了永動(dòng)機(jī)的幻想。,三、永動(dòng)機(jī)不可能制成 1．第一類永動(dòng)機(jī) 人們把設(shè)想中的不消耗能量的機(jī)械叫做第一類永動(dòng)機(jī)，第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。 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U2U1，則W0，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。,特別提醒： 層出不窮的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，由于違背了能量守恒定律，無一例外地宣布失敗，人類制造永動(dòng)機(jī)的企圖是沒有任何成功希望的。,有一種所謂“全自動(dòng)”機(jī)械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去。這是不是一種永動(dòng)機(jī)？如果不是，你知道維持表針走動(dòng)的能量是從哪兒來的嗎？ 答案：不是永動(dòng)機(jī)，手表戴在手上，手運(yùn)動(dòng)的能量一部分轉(zhuǎn)化為手表的能量。,,一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.2105J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外做了6105J的功，問： (1)物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？ (2)分子勢(shì)能是增加還是減少？ (3)分子的平均動(dòng)能是增加還是減少？,熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用,解析：(1)氣體從外界吸熱為Q＝4.2105J 氣體對(duì)外做功W＝－6105J 由熱力學(xué)第一定律 ΔU＝W＋Q＝(－6105J)＋(4.2105J)＝－1.8105J ΔU為負(fù)，說明氣體的內(nèi)能減少了。 所以，氣體內(nèi)能減少了1.8105J。,(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體分子勢(shì)能增加了。 (3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少，同時(shí)氣體分子勢(shì)能增加，說明氣體分子的平均動(dòng)能一定減少了。 答案：(1)減少 1.8105J (2)增加 (3)減少,氣體膨脹對(duì)外做功100J，同時(shí)從外界吸收了120J的熱量，它的內(nèi)能的變化可能是( ) A．減小20J B．增大20J C．減小220J D．增大220J 答案：B 解析：研究對(duì)象為氣體。依符號(hào)規(guī)則，對(duì)外做功W＝－100J，吸收熱量Q＝120J。由熱力學(xué)第一定律有 ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J。 ΔU0，說明氣體的內(nèi)能增加。,如圖所示，一個(gè)半徑為R0＝0.3m的半球狀容器，一小鐵塊由邊緣的A點(diǎn)從靜止開始沿內(nèi)壁下滑，當(dāng)滑到容器底部B點(diǎn)時(shí)，容器內(nèi)壁所受壓力為小鐵塊自重的1.25倍，在它下滑的過程中熱量的80%被鐵塊吸收，那么鐵塊溫度升高多少攝氏度？鐵的比熱容是462J/(kg℃)，g取10m/s2。,能量守恒定律,,如圖所示，一木箱靜止于水平面上，現(xiàn)在用一個(gè)80 N的水平推力推動(dòng)木箱前進(jìn)10 m，木箱受到的摩擦力為60 N，則轉(zhuǎn)化為木箱與地面系統(tǒng)的內(nèi)能U和轉(zhuǎn)化為木箱的動(dòng)能Ek分別是( ) A．U＝200 J，Ek＝600 J B．U＝600 J，Ek＝200 J C．U＝600 J，Ek＝800 J D．U＝800 J，Ek＝200 J,,答案：B 解析：由于木箱在推動(dòng)中受到的滑動(dòng)摩擦力與其相對(duì)位移的乘積為物體的內(nèi)能即U＝6010 J＝600 J。由能量守恒定律可得：Ek＝W總－U＝8010 J－600 J＝200 J，故B正確。,如下圖所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說法正確的是( ),關(guān)于第一類永動(dòng)機(jī)問題,,A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量 B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來自形狀記憶合金自身 C．轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高 D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量 解析：形狀記憶合金進(jìn)入水后受熱形狀發(fā)生改變而攪動(dòng)熱水，由能量守恒知能量來源于熱水，故A、B、C錯(cuò)；由能量守恒知，葉片吸收的能量一部分轉(zhuǎn)化成葉片的動(dòng)能，一部分釋放于空氣中，故D對(duì)。 答案：D,至今為止，第一類永動(dòng)機(jī)從來沒有成功過，其原因是( ) A．機(jī)械制造的技術(shù)沒有過關(guān) B．違反了牛頓運(yùn)動(dòng)定律 C．違反了電荷守恒定律 D．違反了能量守恒定律 答案：D 解析：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。,易錯(cuò)點(diǎn)：對(duì)熱力學(xué)第一定律理解不透導(dǎo)致錯(cuò)誤 案例：下列關(guān)于內(nèi)能的說法正確的是( ) A．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增加 B．物體放出熱量，內(nèi)能一定減少 C．當(dāng)做功和熱傳遞同時(shí)存在時(shí)，物體的內(nèi)能可能不變 D．物體對(duì)外做功，內(nèi)能可能增加 易錯(cuò)分析：易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因具體分析如下：,正確解答：物體吸熱熱量的同時(shí)，物體有可能對(duì)外做功，所以內(nèi)能不一定增加，A錯(cuò)；物體放出熱量的同時(shí)，有可能外界對(duì)物體做功，所以內(nèi)能不一定減少，B錯(cuò)；當(dāng)物體從外界吸收的熱量與外界對(duì)物體做的功正好相等時(shí)，物體內(nèi)能不變，C正確；當(dāng)物體對(duì)外界做功，同時(shí)吸收熱量，且吸收的熱量比對(duì)外界做功多時(shí)，內(nèi)能就有可能增加，D正確。 正確答案：CD,