10.3热力学第一定律-能量守恒定律

2020年5月10日星期日110.3热力学第一定律能量守恒定律2020年5月10日星期日2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）•知识复习2020年5月10日星期日3（3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的1、做功和热传递的区别（1）做功改变内能：实质上是其它形式的能和内能之间转化（2）热传递：实质上是各物体间内能的转移2020年5月10日星期日41.内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能2、内能与热量的区别2.热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。3.如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能2020年5月10日星期日5既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种联系，今天我们就来研究这个问题.改变物体内能的方式有哪些？①做功②和热传递2020年5月10日星期日61.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？问题研究2020年5月10日星期日71.一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少.2020年5月10日星期日82.一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？2020年5月10日星期日92.如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少.2020年5月10日星期日103.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？2020年5月10日星期日11ΔU=Q+WΔU物体内能的增加量W外界对物体做的功Q物体吸收的热量该式表示的是内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律.2020年5月10日星期日12一.热力学第一定律：1、内容：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、表达式：ΔU＝Q+W2020年5月10日星期日133.符号规定：ΔU＝Q+WΔUQW+-增加量减小量对内做功对外做功吸热放热2020年5月10日星期日14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+物体吸收热量－物体放出热量ΔU+内能增加－内能减少2020年5月10日星期日151.自然界中存在不同形式的能动能重力势能弹性势能电能内能..动能重力势能弹性势能电能内能..2.不同形式的能之间可以发相互转化由特定的力做多少功来量度有多少能发生了转化二.能量守恒定律2020年5月10日星期日163.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别的物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变.物理史问题：能量守恒定律的发现？2020年5月10日星期日17•能量守恒定律是建立在自然科学发展的基础上的，从16世纪到18世纪，经过伽利略、牛顿、惠更斯、莱布尼兹以及伯努利等许多物理学家的认真研究，使动力学得到了较大的发展，机械能的转化和守恒的初步思想，在这一时期已经萌发。能量守恒定律的建立过程2020年5月10日星期日18•18世纪末和19世纪初，各种自然现象之间的联系相继被发现。伦福德和戴维的摩擦生热实验否定了热质说，把物体内能的变化与机械运动联系起来。1800年发明伏打电池之后不久，又发现了电流的热效应，磁效应和其它的一些电磁现象。这一时期，电流的化学效应也被发现，并被用来进行电镀。在生物学界，证明了动物维持体温和进行机械活动的能量跟它所摄取的食物的化学能有关，自然科学的这些成就，为建立能量守恒定律做了必要的准备。能量守恒定律的建立过程2020年5月10日星期日19•能量守恒定律的最后确定，是在19世纪中叶由迈尔，焦耳和亥姆霍兹等人完成。•德国医生迈尔是从生理学的角度开始对能量进行研究的。1842年，他从“无不生有，有不变无”的哲学观念出发，表达了对能量转化和守恒思想，他分析了25种能量的转化和守恒现象，成为世界上最先阐述能量守恒思想的人。•英国物理学家焦耳从1840年到1878年将近40年的时间里，研究了电流的热效应，压缩空气的温度升高以及电，化学和机械作用之间的联系，做了400多次实验，用各种方法测定了热和功之间的当量关系，为能量守恒定律的发现奠定了坚实的实验基础。2020年5月10日星期日20•在1847年，当焦耳宣布他的能量观点的时候，德国学者亥姆霍兹在柏林也宣读了同样课题的论文。在这篇论文里，他分析了化学能，机械能，电磁能，光能等不同形式的能的转化和守恒，并且把结果跟永动机不可能制造成功的联系起来，他认为不可能无中生有的创造一个永久的推动力，机器只能转化能量，不能创造和消灭能量。亥姆霍兹在论文里对能量守恒定律作了一个清晰，全面而且概括的论述，使这一定律为人们广泛接受。能量守恒定律的建立过程2020年5月10日星期日21•在19世纪中叶，还有一些人也致力于能量守恒的研究。他们从不同的角度出发，彼此独立的研究，却几乎同时发现了这一伟大的定律。因此，能量守恒定律的发现是科学发展的必然结果。此时，能量转化和守恒定律得到了科学界的普遍承认。这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变。能量守恒定律的建立过程2020年5月10日星期日22•恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一。（另两个发现是细胞学说，达尔文的生物进化论）能量守恒定律的建立过程2020年5月10日星期日23（1）是一个普遍适用的定律4.能量守恒定律的重要性比机械能守恒定律应用更广（2）将各种现象联系在一起力学、热学、电学、光学、化学、生物学...（3）指导着人们的生产、科研泡利和费米利用能量守恒预言了中微子的存在（4）19世纪自然科学三大发现之一细胞学说；生物进化论；能量守恒定律宣告了第一类永动机造不成2020年5月10日星期日24热力学第一定律是只研究内能与其它形式的能发生转化时的能量守恒关系.（5）.与热力学第一定律的关系2020年5月10日星期日25制造永动机的千万次努力都以失败而告终不需要动力或燃料，却能源源不断对外做功的机器1.第一类永动机2.第一类永动机不可能制成违背了能量守恒定律三.永动机不可能制成学习了这一节后你有问题提出吗？对研究制作永动机的看法？2020年5月10日星期日26人们把不消耗能量而能做功的永动机叫第一类永动机.（不吃草的马）根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.2020年5月10日星期日272020年5月10日星期日28总结1、热力学第一定律：ΔU=W+Q2、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别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.3、永动机不可能制成2020年5月10日星期日29下列说法中正确的是:A、做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理过程B、做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此对物体做功就是对物体传热C、热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体一部分向另一部分转移的内能的多少D、高温的物体具有热量多，低温的物体具有热量少E、冷和热的物体混合时，热的物体把温度传给冷的物体，最后温度相同（A，C）2020年5月10日星期日30关于物体内能，下列说法中正确的是:A、手感到冷时，搓搓手就会感到暖些，这是利用做功来改变物体内能B、将物体举高或使它们的速度增大，是利用作功来使物体内能增大C、阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体内能的D、用打气筒打气，筒内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能（A，C）2020年5月10日星期日313.10Kg1000C水的内能_____10Kg1000C的水蒸气的内能10Kg00C水的内能_____10Kg00C的冰的内能小于大于对于物态发生变化的过程，由吸热或放热来分析物体内能的增减是一种很简便的判断方法.2020年5月10日星期日32一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J。问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？解：①根据ΔU=W+Q得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105JW为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J的功。＇解：②同理可得：W=ΔU－Q=1.6×105J－2.6×105J=－1.0×105JW为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J的功。＇＇②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况怎样？2020年5月10日星期日33一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比，（）A．气体内能一定增加B．气体内能一定减小C．气体内能一定不变D．气体内能是增是减不能确定D2020年5月10日星期日34下列说法正确的是（）A．外界对气体做功，气体的内能一定增大B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大D2020年5月10日星期日35下列说法正确的是（）A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加B．机械能完全转化成内能是不可能的C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少D2020年5月10日星期日36一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（）A．Q1—Q2=W2—W1B．Q1=Q2C．W1=W2D．Q1Q2点拨：整个过程的内能不变，ΔE=0由热力学第一定律ΔE=W总+Q总=0Q总=-W总∴Q1—Q2=W2—W1A