鲁科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第3章 第1节 热力学第一定律.ppt

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问题一热力学第一定律情境探究(1)打气筒是日常生活中的一种工具,当我们用打气筒给自行车打气时,就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中,你有没有试着去摸一下打气筒的外壳?有什么感觉?这是怎么回事呢?(2)“围炉夜话”是古代中国文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还能够感到温暖?现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点?要点提示(1)做功的过程是能量转化的过程,做功使得系统的内能增加了,所以温度升高。(2)炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热量可以通过热传递向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。知识归纳1.对公式ΔU=Q+W符号的规定符号WQΔU+外界对物体做功物体吸收热量内能增加-物体对外界做功物体放出热量内能减少2.几种特殊情况(1)绝热过程:Q=0,则ΔU=W,物体内能的增加量等于外界对物体做的功。(2)等容过程:W=0,则ΔU=Q,物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。(3)等温过程:初、末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W=-Q(或Q=-W),外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。3.判断是否做功的方法(1)一般若物体体积增大,则表明物体对外界做功,W0。(2)一般若物体体积减小,则表明外界对物体做功,W0。4.对热力学第一定律的进一步理解(1)热力学第一定律不仅反映了做功和传热这两种改变内能的方法是等效的,而且给出了内能的变化量与做功和传热之间的定量关系。此定律表达式是标量式,应用时各量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。(2)热力学第一定律是将单纯的绝热过程和单纯的传热过程中内能改变的定量表达推广到一般情况,既有做功又有传热的过程,其中ΔU表示内能改变的数量,W表示做功的数量,Q表示外界与物体间传热的数量。典例剖析例1空气压缩机在一次压缩中,活塞对空气做了2×105J的功,同时空气的内能增加了1.5×105J,这一过程中空气向外界传递的热量是多少?答案5×104J解析选择被压缩的空气为研究对象,根据热力学第一定律有ΔU=W+Q。由题意可知W=2×105J,ΔU=1.5×105J,代入上式得Q=ΔU-W=(1.5×105-2×105)J=-5×104J。负号表示空气向外释放热量,即空气向外界传递的热量为5×104J。变式训练1一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,气体的内能减少了1.2×105J,则下列各式中正确的是()A.W=8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=4×104JB.W=8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-2×105JC.W=-8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=2×104JD.W=-8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-4×104J答案B解析因为外界对气体做功,W取正值,即W=8×104J;内能减少,ΔU取负值,即ΔU=-1.2×105J;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=(-1.2×105-8×104)J=-2×105J,B选项正确。问题二第一类永动机情境探究有一种所谓“全自动”的机械手表,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,维持表针走动的能量是从哪里来的?要点提示这不是永动机。手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量,供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动,它就会停下来。知识归纳第一类永动机是不可能实现的,第一类永动机本质上都是认为能量能无中生有地创造出来,违背了热力学第一定律,因而是不可能实现的。如果没有外界供给热量而对外做功,由ΔU=W+Q知,系统内能将减小。若想源源不断地做功,在无外界能量供给的情况下是不可能的。典例剖析例2如图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能转动较长时间,下列说法正确的是()A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量B.转轮转动所需的能量来自形状记忆合金自身C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量答案D解析形状记忆合金进入水中后受热,形状发生改变而搅动热水,能量来源于热水,热水温度会降低,故A、B、C错误;由能量守恒知,叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能,一部分释放于空气中,故D正确。变式训练2(多

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