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)第一定律的研究對象,研究功、熱量和內(nèi)能的變化之間的定量關(guān)系。,記?。簩懗晒綖椋篧 + 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。這個關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律。,寫成表達(dá)式為：W + Q = ΔU,記?。哼\用此公式時，需要注意各物理量的符號：物體內(nèi)能增加時， ΔU 為正，物體內(nèi)能減少時， ΔU 為負(fù)；外界對物體做功時，W 為正

3、，物體對外界做功時，W為負(fù)；物體吸收熱量時，Q為正，物體放出熱量時，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、外界對物體做功，物體內(nèi)能必增加,C、物體吸收熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能減少,D、物體溫度不變，其內(nèi)能也一定不變,評析：在分析問題時，要求考慮比較周全，既要考慮到內(nèi)能包括分子動能和分子勢能，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：空氣壓縮機在一次壓縮中，

4、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？,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）各種機器的作用是什么？,各種機械都是能量轉(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：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，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極為重要的方法，它比機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，物體的機械能不守恒，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)宣告了永動機幻想的徹底破滅。,三、永動機不可能制成,2、永動機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。,下面讓我們來看看幾種永動機模型 。見識一下人們對永動機的研究情況：,能量守恒定律是認(rèn)識自然、改造自然的有力武器，這個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、 第一類永動機概念：不消耗能量的機器。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)就提出過永動機不可能的思想，他曾設(shè)計過一種轉(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有可能使轉(zhuǎn)輪永遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)動，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)計方案中認(rèn)識到永動機的嘗試是注定要失敗的。他寫道：“永恒運動的

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)想的永動機,滾球永動機 17世紀(jì)，英國有一個被關(guān)在倫敦塔下叫馬爾基斯的犯人，他做了一臺可以轉(zhuǎn)動的“永動機”，如圖2所示。,轉(zhuǎn)輪直徑達(dá)4.3米，有40個各重23千克的鋼球沿轉(zhuǎn)輪輻翼外側(cè)運動，使力矩加大，待轉(zhuǎn)到高處時，鋼球會自動地滾向中心。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。其實這臺機器是靠慣性來維持短時運動的。,圖2　

9、 滾球永動機,軟臂永動機 19世紀(jì)有人設(shè)計了一種特殊機構(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)計者認(rèn)為這樣可以使機器獲得轉(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　 軟臂永動機,阿基米得螺旋永動機 1681年，英國有一位著名的醫(yī)生弗拉德提出一個建議，利用阿基米得螺旋（圖4）,把水池的水提到高處，再讓升高的水推動水輪機

10、，水輪機除了帶動水磨做功以外，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？一時間，響應(yīng)他的人大有人在，形形色色的自動水輪機陸續(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 　阿基米得螺旋永動機,磁力永動機 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現(xiàn)永動機。他的設(shè)計如圖5所示，,A是一個磁石，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)運動下去。大概他那時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　 磁力永動機,如果說永動機的“發(fā)明”對人類有點益處的話，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)明永動機的故事有什么感想？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啊！,就在一些人熱衷于制造永動機的同時，科學(xué)家們從力學(xué)基本理論的研究中逐步認(rèn)識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，明確地提出了永動機不可能實現(xiàn)的觀點。,他所用的插圖畫在該書扉頁上，見圖6，圖的上方寫著：“神奇其實并不神奇?！睂?4個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“運動沒有盡頭是荒謬的”，所

13、以兩側(cè)應(yīng)平衡。,右圖6為 “神奇其實并不神奇”,典型例題,如圖所示容器，A、B 中各有一個可以自由移動的活塞，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 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．在這個過程中（ ）,A、大氣壓力對水做功，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、大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能不變,D、大氣壓力對水不做功，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機是不可能存在的,A,3、一個物體沿粗糙斜面勻速滑下，則下列說法正確的是（ ）,A、物體機械能不變，內(nèi)能也不變B、物體機械能減小，內(nèi)能不變C、物

16、體機械能減小，內(nèi)能增大，機械能與內(nèi)能總量減小D、物體機械能減小，內(nèi)能增大，機械能與內(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)打擊時有60%的機械能轉(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:重錘打擊一次的動能:EK=Mv2/2= 200 ( J ),重錘連續(xù)打擊