【步步高】鲁科版 高中物理 选修3-3 5.1 热力学第一定律（讲授式）课件 （ 5份打包）

第1节 热力学第一定律 　 第5章 热力学定律　 实验录像：钻木取火 改变内能的两种方式 做功 热传递 对内 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） 绝热过程 仅传热过程 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？ 一、热力学第一定律及其应用 1、表述：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、意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系. 3、数学表达式： ΔU= Q +W 定律中各量的正、负号及含义 ΔU = W + Q 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 ＋ 物体吸收 热量 － 物体放出 热量 ΔU ＋ 内能增加 － 内能减少 1.一定量的气体，从外界吸收热量2.7×105J,内能增加4.3×105J.在这一过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？做了多少功？ Q=+2.7×105J ΔU=+4.3×105J ﹀ ΔU＝W + Q 得： W=1.6×105J ＞0 即外界对气体做功 4.解题的一般步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负． (3)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况． (2)根据方程ΔU＝W＋Q 求出未知量． 二、第一类永动机 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. 结果：无一例外地归于失败. 原因：违背了热力学第一定律. 录像：永动机不可能制成 动画：失败的永动机 著名科学家达· 芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图所示. 在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论.他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的.他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！” 达·芬奇设想的永动机 滚球永动机 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图所示. 转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心.据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置.国王看了很是高兴，就特赦了他.其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的. 滚球永动机 软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如图所示. 它的臂可以弯曲.臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大.转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢.设计者认为这样可以使机器获得转矩.然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地. 软臂永动机 阿基米得螺旋永动机 1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋. 把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出 现了热潮. 1.水沟 2.阿基米得螺旋 3.水轮 4.水磨 阿基米得螺旋永动机 磁力永动机 大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机.他的设计如图所示. A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去.大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了. 磁力永动机 就在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的客观规律性.继达·芬奇之后，斯蒂文于1568年写了一本《静力学基础》，其中讨论斜面上力的分解问题时，明确地提出了永动机不可能实现的观点. 他所用的插图画在该书扉页上，见图，图的上方写着：“神奇其实并不神奇.”将14个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链，放在斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”，所以两侧应平衡. “神奇其实并不神奇” 如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就是人们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律等自然规律的“创造”都是注定要失败的. 亲爱的读者，你们读了这些发明永动机的故事有什么感想？科学