2013-2014学年高中物理人教版选修3-3同步辅导与检测课件：第10章 第3节 热力学第一定律

金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆第3节热力学第一定律能量守恒定律热力学定律金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回高空的气温为什么低研究大气现象时常常用到热力学第一定律．通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象，叫做气团，直径上千米．由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响，即公式W＋Q＝ΔU中的Q＝0，所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少：ΔU＝W.阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升．气团膨胀的时候要推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低．所以越高的地方，空气的温度越低．对于干燥的空气，大约每升高1km温度降低10℃.金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在－50℃以下．由于机上有空调设备，舱内总是温暖如春．不过这时空调的作用不是使空气升温，而是降温．高空的大气压比舱内气压低，要使舱内获得新鲜空气必须使用空气压缩机把空气从舱外压进来．在这个过程中，空气压缩机对气体做功，使气体的内能增加，温度上升．如果不用空调，机舱内的温度可能达到50℃以上！金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回1．改变内能的两种方式(1)定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系．我们把这个物理量称为系统的________．(2)功和内能做功可以改变物体的内能，做功过程实现了其他形式的能向内能的________，内能的变化(ΔU)用做功的多少(W)来量度，外界对系统做多少功，系统内能就________多少，系统对外界做多少功，系统的内能就________多少，即________，所以说做功是能量转化的量度．1.(1)内能(2)转化增加减少ΔU＝W金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回(3)热和内能热传递传递的是______，只能发生在存在________的物体上或存在着________的物体之间．传递方向：高温→低温．通过热传递改变物体内能的过程．热传递的过程是把内能从一个物体________到另一个物体，或从物体的一部分转移到物体的另一部分．内能的变化(ΔU)用热传递的热量(Q)来量度．外界传递给系统热量，系统内能就________，系统向外界传递热量，系统的内能就________，即________．(3)热量温度差温度差转移增加减少ΔU＝Q金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回2．热力学第一定律(1)一个热力学系统的内能的增量等于_____，这个关系叫做热力学第一定律．其表达式为：_____.(2)ΔU、Q、W正负的确定原则①若系统的内能是增加的，则ΔU取正，反之取负．②若系统从外界吸收了热量，则Q取_____；若系统向外界放出了热量，则Q取_____．③若系统对外界做了功，则W取_____，若外界对系统做了功，则W取_____．2．(1)外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量QΔU＝W＋Q(2)②正负③负正金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回3．能量守恒定律(1)内容表述：__________________.(2)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．第一类永动机不可能制成是因它违背了_____．3．(1)能量既不会凭空产生，也不能凭空消失，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不变(2)能量守恒定律金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回热力学第一定律1.热力学第一定律的研究对象研究功、热量跟内能之间的定量关系．2．热力学第一定律的表达式我们知道，做功和热传递都可以改变物体的内能．在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加量ΔU，即ΔU＝Q＋W.上式所表示的功、热量跟内能改变之间的关系，叫做热力学第一定律．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回3．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定外界对系统做功，W0，即W为正值；系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W＜0，即W为负值；外界对系统传递热量，也就是系统从外界吸收热量，Q0，即Q为正值；外界对系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，Q0，即Q为负值；系统内能增加，ΔU0，即ΔU为正值；系统内能减少，ΔU0，即ΔU为负值．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回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到开始的状态，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．Q1＞Q2金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回解析：本题所考查的内容涉及理想气体的内能、改变物体内能的两种方式及热力学第一定律等知识．解答本题的切入点是，对一定质量的理想气体，在某一状态下其内能是确定的．首先，对一定质量的理想气体，经过一系列的状态变化后又回到原状态，表明整个过程中内能的变化为零，即通过做功和热传递引起的内能变化相互抵消，所以A选项正确．当然，若Q1＝Q2，则必定有W1＝W2；若Q1Q2，则必定有W1W2；若Q1Q2，则必定有W1W2，所以B、C、D三项都有可能，故选A.答案：A金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回变式迁移1．如右图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小()A．从外界吸热B．内能增大C．向外界放热D．内能减少金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回解析：本题考查气体性质和热力学第一定律，由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错．热力学第一定律公式ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错，C对．正确答案为C.答案：C金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回能量守恒定律1．不同形式能量之间可以相互转化(1)自然界中能量的存在形式：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部粒子的运动具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应．(2)不同形式能量之间的转化：“摩擦生热”是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等．这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回2．能量守恒定律(1)人类通过对大量的实践经验进行总结得知，要获得一种能量，一定需要利用另一种能量通过做功的方式进行转化，能量不能被创造，即不可能设计、创造出一种不消耗任何能量而能源源不断地对外做功的永动机．(2)能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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不变．3．能量守恒定律的重要意义能量守恒定律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．例如物体在空中下落受到阻力时，物体的机械能不守恒，但包括内能在内的总能量总是守恒的．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭．能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者具有了一系列的共同语言．4．永动机不可能制成(1)第一类永动机概念：不消耗能量的机器．结果：无一例外地归于失败．原因：违背能量守恒原理．(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．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回行驶中的汽车制动后滑动一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是()A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能转化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为其他形式的能量金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回解析：本题考查能的转化和守恒定律，考查学生的综合分析能力，从若干不同现象中找出相同的规律的能力．这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用，汽车主要受制动阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力．因而物体都克服阻力做功，A项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化为其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D项对．答案：AD金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回变式迁移2．下图是历史上有名的一种永动机的设计．从图上看，设计者为什么认为这个机器会永远运动下去？不用能量的概念，你能不能说明它不会永远运动下去？金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回解析：这种永动机是在一个轮子的边缘等距地安装12根活动短杆，杆端分别套上一个重球．无论轮子转到什么位置，右边的各个重球总比左边的各个重球离轴心更远一些．设想，右边更大的作用特别是右边甩过去的重球作用在离轴较远的距离上，就会压使轮子按照箭头所示的方向永不停息地旋转下去，至少转到轮轴磨坏时为止．但是，实际上轮子转动一两圈后就停了下来，在这种永动机的设计中，我们总可以找到一个平衡位置，在这个位置上，各个力恰好相互抵消，不再有任何推动力使它运动．永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机．答案：见解析金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回基础巩固1.如图是密闭的气缸．外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的()A．温度升高，内能增加600JB．温度升高，内能减少200JC．温度降低，内能增加600JD．温度降低，内能减少200J解析：由题意知W＝800J，Q＝－200J，由热力学第一定律，得ΔU＝W＋Q＝600J，可见内能增加600J．因气体的内能仅是温度的函数，内能增加，则温度升高，故正确选项为A.答案：A金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-3•(配人教版)◆返回8．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a；然后经过过程ab到达状态b，或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如VT图所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(C)A．pb＞pc，Qab＞QacB．pb＞pc，Qab＜QacC．pb＜pc，Qab＞QacD．pb＜pc，Qab＜Qac解析：VT图线的斜率越大，压强p越小，故