1、讲解人： 时间：2020.5.25 MENTAL HEALTH COUNSELING PPT 第3节 热力学第一定律能量守恒定律 第十章 热力学定律 人 教 版 高 中 物 理 选 修 3 - 3 改变内能的两种方式 做功热传递 对内对内对外对外 吸热放热 内能增加内能增加内能减少内能减少 （外界对物体做功）（物体对外界做功）（物体从外界吸热）（物体对外界放热） 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U与热量Q及 做的功W之间又有什么关系呢？ 新课导入 实验一 发电机 重物实验二 以不同的方式对系统做功时，只要始末两个状态是确定的，做功的数量就是确定的。 另一方面也向我们表明
2、，为了改变系统的状态，做功和传热这两种方法是等价的，也就是说，一定 数量的功与确定数量的热相对应。 做功与传热在改变系统内能方面是等价的。同时做功又加热时： 新课导入 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。 U = W + Q U是物体内能的增加量 W是外界对物体做的功 Q是物体吸收的热量 U有增加或减少W有正功或负功Q有吸热或放热 一、热力学第一定律 思考与讨论 解 ： 气体对外界做功 在热力学第一定律中W表示外界对气体做功，故此时W为负。 W=-135J向外放热Q=-85J U = W + Q 代入得 U =-135+（-85）=-220J 内能变化了220
3、J，减少 一、热力学第一定律 定律中各量的正、负号及含义 物理量符号意义符号意义 W + 外界对物体做功 物体对外界做功 Q + 物体吸热 物体放热 U + 内能增加 内能减少 气体被压缩气体膨胀 一、热力学第一定律 例题1：空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量2.0 105J，同时空 气的内能增加了1.5 105J。这时，在压缩空气的过程中，外界对空气做了多少功 ？ 向外传热Q=-2.0105J W=3.5 105J 解 ： 以被压缩的空气为研究对象 做功W=？ 内能增加U=1.5 105J U = W + Q 代入得 1.5 105=W+（-2.0105） 解得： 一、热力学第一定
4、律 解题的一般步骤 再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功和内能增减情况。 确定研究对象，见得多的是气体。 根据符号法则写出各已知量（W、Q、U）的正负。 代入方程UWQ 求出未知量。 一、热力学第一定律 在必修二的时候已经学过能量守恒定律。现在我重新沿着科学家们的思路再来认 识它。 从18世纪末到19世纪40代，不同领域的科学家从不同角度都提出了能量守恒的 思想。人类对于能量守恒的认识经历、 任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完放出的总 热量相同。这表明一个系统(即参加化学反应的几种物质)存在 着一个与热量关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是 不变的。这一发现被认
5、为是能量守恒定的先驱。 俄国化学家盖斯 二、能量守恒定律 德国医生J.R.迈尔任船医时，认为在热带时人体会从外界获得一些热 量(或说人体向界散发的热量较少)，因而机体需要从食物获得的热量较少 ，食物氧化过程减弱，静脉中留下较多的氧，显红色。他由此想到食物中 化学能与热能的等效性。 提出了“张力（势能)与“活力”(即动能)的转换。他还分析了在电 磁现象和生物机体中能的守恒问题。此外，还有好几位科学家对这 条定律做出了贡献。. 二、能量守恒定律 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另外的物体，在转化或转移过程中其总量 不变。 意
6、义：1、不同形式的能量之间可以相互转化。 2、能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的规律之一，也是19世纪自 然科学的三大发现之一，被恩格斯称为“伟大的运动基本规律”。 二、能量守恒定律 例2、水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越来越慢，最后停止.这一 现象符合能的转化和守恒定律吗？如果符合,汽车失去的动能变成了什么？ 符合能的转化和守恒定律 地面、轮胎的内能动能 二、能量守恒定律 他们不懈努力反映了人类追求幸福生活的美好愿 望。 二、能量守恒定律 2、永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。 1、 第一类永动机 概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。（
7、不吃草的马） 结果：无一例外地归于失败。 原因：违背了能量守恒定律。 3、热力学第一定律的另一种表达：第一类永动机是不可能造成的。 三、永动机不可能制成 图是历史上有名的一种水机的设计，从图上看者为什么为这个机器全水运动下去 ?不用能量的概念，。你能不能说明它不会“永动”。 说一说 1、用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽红向外散热210J ，汽缸里空气的内能改变了多少? 向外传热Q=-210J U=690J 解 ： 以被压缩的空气为研究对象 压缩空气W=900J 内能U=？ U = W + Q 代入得 U=900+（-210） 解得 ： 内能增 加。 问题与练习解答 2、在
8、汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大气压相同。把汽缸和活家圆定，使汽缸内空气升高一 定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动(活塞与流缸间无摩擦、不漏气)，也使汽缸内空 气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2 (1)Q1和Q2那个大些? (2)气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会有不同? 解： （1）以被压缩的空气为研究对象 U = W + Q 由热力学第一定律 理想气体升温相同，分子平均动能增加也相同，那么内能变化U也相等。 前者活塞移动固定，为单纯吸热，没有功，所以Q1=U Q=U-W 后者活塞移动，气体膨胀过程对外界做功，则W为负值，所以Q2=U-（-W）
9、=U+W、 所以Q2大 问题与练习解答 （2）气体在定压升温工程体积膨胀，对外界做功，而在定容升温过程中不需要对外界做功，由 Q2Q1及Q=cmt可判定升高相同的温度，吸收热量多的比热容大。 3、为测算太阳射到地面的幅射能、某校科技实验小组的同学把一个横截面积是300cm2的矮圆的 内壁涂黑，外壁用保温材色，内装水0.6kg。让阳光垂直圆筒口照2min后，水的温度升高了1 、请此传算在阳光直射时地面上每平方米每分钟 接受的太阳能量。 设在阳光直射时地面上每平方米每分钟接受的太阳能量为Q， 由能量守恒定律得：QSt=cmt 代入数值得：Q=4.2104J 解 ： 问题与练习解答 4、某风景区区有
10、一处的20层楼高的瀑布，甚为壮观。请估计:上、下水潭的水温因瀑布的机能转 化成内能而相差多少？ 解：由能量守恒定律得：mgh=cmt 解得：t=0.14 代入g=10m/s2，h=320m=60m, c=4.2103J/kg 5、奶牛的心脏停止跳动后，大的在1h内体温由37.0降低到33.5.请你由此估算在这种环境 下养奶牛，要维持一个体重400kg奶牛的内能不变，每天喂养奶牛的食物至少要能为它提供多 少热量?计算时，可认为奶牛体内绝大部分是水。 解：要使奶牛的内能不变，1h提供的热量 E= cmt= 4.21034003.5J=5.88106J 故每天提供的热量E =24E=1.4108J
11、问题与练习解答 6、如果用Q表示物体吸收的能量，用W表示物体对外界所做的功，U表示物体内能的增加， 那么热力学第一定律可以表达为QU+W。怎样解释这个表达式的理意义? 解：物体吸收的能量一部分转化为物体的内能，使物体的内能增 加，同时另一部分因物体膨胀要对外界做功。 问题与练习解答 一、热力学第一定律 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。 U = W + Q U是物体内能的增加量，U有增加或减少 W是外界对物体做的功，W有正功或负功 Q是物体吸收的热量，Q有吸热或放热 定律中各量的正、负号及含义 物理量符号意义符号意义 W + 外界对物体做功 物体对外界做功
12、Q + 物体吸热 物体放热 U + 内能增加 内能减少 课堂小结 解题的一般步骤 再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功和内能增减情况。 确定研究对象，见得多的是气体。 根据符号法则写出各已知量（W、Q、U）的正负。 代入方程UWQ 求出未知量。 二、能量守恒定律 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另外的物体，在转化或转移过程中其总量不变。 意义：1、不同形式的能量之间可以相互转化。 2、能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的规律之一，也是19世纪自 然科学的 三大发现之一，被恩格斯称为“伟大的运动基本规律”。 课堂小结 三、永动机不可能制成 2、永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。 1、 第一类永动机 概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。（不吃草的马） 结果：无一例外地归于失败。 原因：违背了能量守恒定律。 3、热力学第一定律的另一种表达：第一类永动机是不可能造成的。 课堂小结 讲解人： 时间：2020.5.25 MENTAL HEALTH COUNSELING PPT 感谢各位的聆听 第十章 热力学定律 人 教 版 高 中 物 理 选 修 3 - 3
