【成才之路】高中新课标人教版物理 选修3-3(学案课件+课时练习) ：第十章 热力学定律 第三节 热力学第一定律能量守恒定律.ppt

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？ 1．改变系统的内能有两种方式： ，这两种方式是 的． 2．一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 的和，这个关系叫 ．表达式为： . 3．能量守恒定律可以表述为： 能量既不会 也不会 ，它只能 或者 ，在转化或转移的过程中其总量 ． (1)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．这个关系叫做热力学第一定律． 表达式为：ΔU＝Q＋W (2)与热力学第一定律相匹配的符号法则： 气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化可能是 (　　) A．减小20J　　　　 B．增大20J C．减小220J D．增大220J 答案：B 解析：研究对象为气体．依符号规则，对外做功W＝－100J，吸收热量Q＝120J.由热力学第一定律有 ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J. ΔU0，说明气体的内能增加. (1)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不变，这就是能量守恒定律． (2)能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，它庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭. (1)第一类永动机：人们把设想中的不消耗能量的机械叫做第一类永动机，第一类永动机是不可能制成的． (2)第一类永动机失败的原因分析 如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2U1，则W0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的． 特别提醒： 层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的． 有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？ 答案：不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量． 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问： (1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子势能是增加还是减少？ (3)分子的平均动能是增加还是减少？ 解析：(1)气体从外界吸热为Q＝4.2×105J 气体对外做功W＝－6×105J 由热力学第一定律 ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)＋(4.2×105J)＝－1.8×105J ΔU为负，说明气体的内能减少了． 所以，气体内能减少了1.8×105J. (2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了． (3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了． 答案：(1)减少　1.8×105J　(2)增加　(3)减少 一般研究常温常压气体时，往往忽略气体分子间作用力，对于一定质量的常温常压气体，下列过程可能发生的有 (　　) A．气体膨胀对外做功，温度升高 B．气体吸热，温度降低 C．气体放热，温度升高 D．气体体积逐渐膨胀，同时向外放热，而气体温度升高 答案：ABC 解析：气体膨胀对外做功的过程中，W0，温度升高，分子平均动能增加，因为该气体忽略分子势能，故气体温度升高即内能增大，ΔU0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，只要Q＋W0即可，则Q0，即气体从外界吸热．A可能，D不可能．气体吸热Q0，温度降低，内能减小，ΔU0，由ΔU＝W＋Q知，W0，即该过程气体对外做功．B过程可能发生，C过程也可能发生．答案选ABC. 有一个10m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？[已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，g取10m/s2] 答案：2.4×10－3℃ 点评：搞清能量转化的物理情景及转化过程中的数量关系，从而由能量守恒定律来列方程求解． (2009·德州高二检测)如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm.求在这一过程中气体的内能增加多少？(g取10m/s2，不考虑活塞的大气压力及摩擦阻力) 答案：20J 解析：由能的转化与守恒定律可知，内能的增加等于