3.2热力学第一定律 3.3能量守恒定律 课件 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.2热力学第一定律 3.3能量守恒定律 改变系统内能的两种方式 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 （外界对系统做功） （系统对外界做功） （系统从外界吸热） （系统对外界放热） 知识回顾 2.表达式： ΔU＝ Q + W 一、热力学第一定律 热传递的热量 做功 内能的改变量 1.内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 不仅反映了做功与传热在改变系统内能方面是等效的， 而且给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。 3.物理意义： ΔU＝ Q + W + - ΔU Q W 系统内能增加 系统内能减小 系统从外界吸热 系统对外界放热 体积减小，外界对系统做功 体积增大，系统对外界做功 4.定律中各量的正、负号及含义 一、热力学第一定律 判断是否做功的方法 一般情况下外界对系统做功与否，需要看物体的体积是否变化。 1.若系统体积增大，表明系统对外界做功，W ＜ 0； 2.若系统体积减小，表明外界对系统做功，Ｗ ＞ 0． P V Va Vb P -V 图下方(与坐标轴所围的面积)的“面积” 表示做功多少。 一、热力学第一定律 课堂检测 教材例题：如图，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图甲）。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为25J。 ⑴求上述压缩过程中气体内能的变化量。 ⑵燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1m，其做的功相当于9×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为30J，求此做功过程气体内能的变化量。 二 能量守恒定律 1、探索能量守恒的足迹(阅读教材54，55页) (1)、人类对能量的认识 能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。 要用联系的观点去观察自然，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。各种能量之间是可以相互转化的。 (2)、能量之间的转化： (3)、能量守恒观念的形成： 人类对能量守恒的认识经历了一个由浅入深、由含糊到清晰的过程，能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。 二 能量守恒定律 2.能量守恒定律： 1、内容：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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变． 2、说明： ①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。 ②不同形式的能量之间可以相互转化。 ③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 课堂检测 (1)、它把原理人们认为互不相关的各种现象联系在一起，把表面上完全不同的各类运动统一在一个自然规律中。 3.能量守恒定律的意义： (2)、它是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍。 (3)、能量转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭。 历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”,十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了 一个相同原理的类似装置，1667年曾有 人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一 部直径 5 米的庞大机械，但是这些装置 经过试验均以失败告终。 不需要动力或燃料，却能源源不断对外做功的机器 2.第一类永动机不可能制成的原因： 违背了能量守恒定律 三、永动机不可能制成 1.第一类永动机： 正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路。 3．意义： 课堂小结 一、热力学第一定律 内容 表达式 二、能量守恒定律 三、第一类永动机不可能制成 教材书后习题 1.用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了 900 J 的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能改变了多少？ 2.如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大气压相同。把汽缸和活塞固定，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 （活塞与汽缸间无摩擦、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 哪个大些？ （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？ 教材书后习题 3. 为测算太阳射到地面的辐射能，某校科技实验小组的同学把一个横截面积是300 cm2 的矮圆筒的内壁涂黑，外壁用保温材料包裹，内装水0.6 kg。让阳光垂直圆筒口照射2 min 后，水的温度升高了 1℃。请由此估算在阳光直射时地面上每平方米每分钟接收的太阳能量。水的比热容c 为4.2×103 J/（kg ·℃)。 教材书后习题 课堂检测 1．若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功。(设湖水的温度相等且保持不变)(1)气泡上升过程中吸收的热量是多少？(2)气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？ 答案：(1)0.6 J　(2)0.2 J 课堂检测 2.(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a，下列说法正确的是( )A．在ab过程中气体的内能增加B．在ca过程中外界对气体做功C．在bc过程中气体从外界吸收热量D．在ca过程中气体从外界吸收热量 ABC 课堂检测 3.如图所示，内壁光滑的圆柱形汽缸竖直放置，内有一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体。已知活塞横截面积为S，外界大气压强为p0，缸内气体温度为T1。现对汽缸缓慢加热，使缸内气体体积由V1增大到V2，该过程中气体吸收的热量为Q1。求：(1)加热后缸内气体的温度；(2)该过程中气体增加的内能。 课堂检测 4．(多选)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A，则( )A．A→B过程气体升温B．B→C过程气体内能增加，气体吸热C．C→A过程气体放热D．全部过程气体做功为零 BC 谢谢 单击此处添加副标题内容