1、141热力学第一定律热力学第一定律42能量守恒定律的发现历程能量守恒定律的发现历程1 4 1 热力学第一定律2课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.理解物体跟外界做功和热传递的过程理解物体跟外界做功和热传递的过程及及W、Q、U的物理意义的物理意义2理解热力学第一定律理解热力学第一定律UWQ，会用，会用UWQ分析和计算有关问题分析和计算有关问题3掌握能量守恒定律掌握能量守恒定律,会用能量守恒的观点分析、会用能量守恒的观点分析、解决有关问题解决有关问题重点难点：重点难点：1.理解热力学第一定律，能量守恒定律理解热力学第一定律，能量守恒定律的应用的应用2理解第一类永动机不可能制成的原因理解第一类永
2、动机不可能制成的原因2 课标定位3核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练4.2能能量量守守恒恒定定律律的的发发现现历历程程课前自主学案课前自主学案3核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练4.2 课前自主学案4课前自主学案课前自主学案一、做功和内能的改变一、做功和内能的改变1系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做这样的过程叫做_过程过程2当系统从状态当系统从状态1经过绝热过程达到状态经过绝热过程达到状态2时，内时，内能的增
3、加量能的增加量UU2U1就等于外界对系统所做的就等于外界对系统所做的功功W，即，即U_.这就是说在绝热过程中内能的这就是说在绝热过程中内能的改变用改变用_来量度，外界对物体做多少功，物体来量度，外界对物体做多少功，物体的内能就的内能就_多少；物体对外界做多少功，物多少；物体对外界做多少功，物体的内能就体的内能就_多少多少绝热绝热W功功增加增加减少减少4 课前自主学案一、做功和内能的改变绝热W功增加减少5二、热传递和内能的改变二、热传递和内能的改变1两个两个_不同的物体相互接触时，热量从不同的物体相互接触时，热量从_物体传到物体传到_物体这样的过程叫做物体这样的过程叫做_2热量是在单纯的传热过程
4、中系统内能变化的量度热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.当系统由状态当系统由状态1经过单纯的传热过程达到状态经过单纯的传热过程达到状态2，内能，内能的增量的增量UU2U1就等于外界向系统传递的热量就等于外界向系统传递的热量Q，即即U_.系统吸收了多少热量，系统的内能就系统吸收了多少热量，系统的内能就_多少；系多少；系统放出了多少热量，系统的内能就统放出了多少热量，系统的内能就_多少多少3做功和热传递对改变物体的内能是做功和热传递对改变物体的内能是_的的温度温度高温高温低温低温热传递热传递Q增加增加减少减少等效等效5 二、热传递和内能的改变温度高温低温热传递Q 增加减少等效6三、热力学第
5、一定律三、热力学第一定律1当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的增当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的增量应该是量应该是U_.也就是说，一个热力学系统也就是说，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的功的和这个关系叫做热力学第一定律2W、Q、U正负号确定正负号确定(1)外界对系统做功外界对系统做功,W取取_值；系统对外界做功，值；系统对外界做功，W取负值取负值(2)系统吸热，系统吸热，Q取取_值，系统放热，值，系统放热，Q取负值取负值(3)系统内能增加，系统内能增加，U取取_值；系统内能
6、减少，值；系统内能减少，U取负值取负值QW正正正正正正6 三、热力学第一定律Q W正正正7四、能量守恒定律四、能量守恒定律1能量守恒定律可以表述为：能量既不能能量守恒定律可以表述为：能量既不能_，也不能，也不能_，它只能从一种形式，它只能从一种形式_为另一种形式，或者从一个系统为另一种形式，或者从一个系统(物体物体)_到别的系统到别的系统(物体物体)，在转化或转移的过程中，在转化或转移的过程中其总量不变其总量不变凭空凭空产生产生凭空消失凭空消失转化转化转移转移7 四、能量守恒定律凭空产生凭空消失转化转移82能的转化和守恒定律的发现是科学史上的重大事能的转化和守恒定律的发现是科学史上的重大事件恩
7、格斯把它与细胞学说、件恩格斯把它与细胞学说、_一起列一起列为为19世纪的三大发现能量守恒定律是自然界的普世纪的三大发现能量守恒定律是自然界的普遍规律，是人们认识自然，改造自然的有力武器，遍规律，是人们认识自然，改造自然的有力武器，在在20世纪世纪30年代初，年代初，W泡利和泡利和E费米根据能量守恒费米根据能量守恒定律预言了定律预言了_的存在并在后来得到证实的存在并在后来得到证实生物进化论生物进化论中微子中微子8 2 能的转化和守恒定律的发现是科学史上的重大事件恩格斯把9思考感悟思考感悟请仔细分析这些永动机的设想，指出它们不可能实现请仔细分析这些永动机的设想，指出它们不可能实现的原因，并与同学讨
8、论交流的原因，并与同学讨论交流图图411提示：提示：违背了能量转化与守恒违背了能量转化与守恒9 思考感悟10核心要点突破核心要点突破一、对内能改变的理解一、对内能改变的理解1做功和热传递在改变内能上的关系做功和热传递在改变内能上的关系比较项目比较项目做功做功热传递热传递内能变化内能变化外界对物体做功，物外界对物体做功，物体的内能增加体的内能增加物体对外界做功，物物体对外界做功，物体的内能减少体的内能减少物体吸收热量，物体吸收热量，内能增加物体内能增加物体放出热量，内能放出热量，内能减少减少1 0 核心要点突破一、对内能改变的理解比较项目做功热传递内能变11比较项目比较项目做功做功热传递热传递物
9、理实质物理实质其他形式的能与其他形式的能与内能之间的转化内能之间的转化不同物体间或同一不同物体间或同一物体不同部分之间物体不同部分之间内能的转移内能的转移相互联系相互联系做一定量的功或传递一定量的热在做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的改变内能的效果上是相同的1 1 比较项目做功热传递物理实质其他形式的能与内能之间的转化不122.功、热量和内能功、热量和内能(1)功和内能的区别功和内能的区别功是能量转化的量度，是过程量，而内能是状态量，功是能量转化的量度，是过程量，而内能是状态量，做功过程中，能量一定会发生转化而内能不一定变做功过程中，能量一定会发生转化而内能不一定变化，但内
10、能变化时，不一定有力做功，也可能是由化，但内能变化时，不一定有力做功，也可能是由热传递改变物体的内能物体内能大，并不意味着热传递改变物体的内能物体内能大，并不意味着做功多，只有内能变化大，才可能做功多做功多，只有内能变化大，才可能做功多1 2 2.功、热量和内能13(2)热量和内能热量和内能内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种方式来完成而热量是热传递过程中传递或做功两种方式来完成而热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映
11、物体在状态的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的有过程，才有变化，离开过程，毫无意义就某的有过程，才有变化，离开过程，毫无意义就某一状态而言，只有一状态而言，只有“内能内能”，根本不存在什么，根本不存在什么“热量热量”和和“功功”，因此，不能说一个系统中含有，因此，不能说一个系统中含有“多少热量多少热量”或或“多少功多少功”1 3(2)热量和内能14即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.对于热量、功和内能三者的说法正确的是对于热量、功和内能三者的说法正确的是()A热量、功
12、、内能三者的物理意义等同热量、功、内能三者的物理意义等同B热量、功都可以作为物体内能的量度热量、功都可以作为物体内能的量度C热量、功、内能的单位不相同热量、功、内能的单位不相同D热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的决定的1 4 即时应用(即时突破，小试牛刀)15解析：解析：选选D.物体的内能是指物体的所有分子动能物体的内能是指物体的所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不同，同，A项错热量是表示在热传递
13、过程中物体内能项错热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的物理量，而功也是用做功的方式来量变化多少的物理量，而功也是用做功的方式来量度改变物体内能多少的物理量，度改变物体内能多少的物理量，B项错三者单位项错三者单位都是焦耳，都是焦耳，C项错热量和功是过程量，内能是状项错热量和功是过程量，内能是状态量，态量，D项正确项正确1 5 解析：选D.物体的内能是指物体的所有分子动能和分子势能的16二、对热力学第一定律的理解二、对热力学第一定律的理解1热力学第热力学第定律不仅反映了做功和热传递这两种定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量改变内能过程是等效的，而且给出
14、了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系此定律是标量式，和做功与热传递之间的定量关系此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳1 6 二、对热力学第一定律的理解172对公式对公式UQW符号的规定符号的规定外界对系统做功，外界对系统做功，W0，即，即W为正值；为正值；系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W0，即，即Q为正值；为正值；外界对系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，外界对系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，Q0，即，即U为正值；为正值；系统内能减少，系统内能减少，U 0，即 U
15、 为正值；符号WQ U 外界19即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.(2011年高考广东理综卷年高考广东理综卷)图图412为某种椅子与其为某种椅子与其升降部分的结构示意图，升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质两筒间密闭了一定质量的气体，量的气体，M可沿可沿N的内壁上下滑动的内壁上下滑动,设筒内气体不与设筒内气体不与外界发生热交换外界发生热交换,在在M向下滑动的过程中向下滑动的过程中()图图4121 9 即时应用(即时突破，小试牛刀)20A外界对气体做功，气体内能增大外界对气体做功，气体内能增大B外界对气体做功，气体内能减小外界对气体做功，气体内能减小C气体对外
16、界做功，气体内能增大气体对外界做功，气体内能增大D气体对外界做功，气体内能减小气体对外界做功，气体内能减小解析：解析：选选A.M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内能增大能增大2 0 A 外界对气体做功，气体内能增大21三、能量守恒定律的理解三、能量守恒定律的理解1能量的存在形式及相互转化能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子子的热运动有内能，还有诸
17、如电磁能、化学能、原子能等能等各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如；各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如；利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能能转化为内能2 1 三、能量守恒定律的理解222与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都能量守恒
18、定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律遵守的基本规律3能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化维方法能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见可见2 2 2 与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体23即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下
19、；流行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光；降落伞在空中匀速星在夜空中坠落并发出明亮的光；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产生电流上述不同现象中所包含的相同的物理过程是是()2 3 即时应用(即时突破，小试牛刀)24A物体克服阻力做功物体克服阻力做功B物体的动能转化为其他形式的能量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物体的机械能转化为其他形式的能量2 4
20、 A 物体克服阻力做功25解析：解析：选选AD.这四个现象中物体都受到阻力作用，汽这四个现象中物体都受到阻力作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形磁铁下落时受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，磁铁下落时受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，故故A正确；四个物体运动过程中，汽车是动能转化成正确；四个物体运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势了其他形式的能，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，故形式的能，故D
21、正确正确2 5 解析：选A D.这四个现象中物体都受到阻力作用，汽车主要是26如图如图413所示，固定容器及可动活塞所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙现将活塞的两边分别盛有气体甲和乙现将活塞P缓慢地缓慢地向向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高则在移动增加而升高则在移动P的过程中的过程中()图图413课堂互动讲练课堂互动讲练改变内能两种方式的理解改变内能两种方式的理解2 6 如图4 1 3 所示，固定容器及可27A外力对乙做功；甲的内能不变外力对乙做功；
22、甲的内能不变B外力对乙做功；乙的内能不变外力对乙做功；乙的内能不变C乙传递热量给甲；乙的内能增加乙传递热量给甲；乙的内能增加D乙的内能增加；甲的内能不变乙的内能增加；甲的内能不变【精讲精析精讲精析】将活塞将活塞P缓慢地向缓慢地向B移动的过程中移动的过程中,外外力对乙做功，乙的内能增加，温度升高，由于固定力对乙做功，乙的内能增加，温度升高，由于固定隔板隔板B导热，所以乙将传递热量给甲，甲、乙两部导热，所以乙将传递热量给甲，甲、乙两部分气体的温度最终相同，均高于初态温度，所以甲、分气体的温度最终相同，均高于初态温度，所以甲、乙内能均增加故选乙内能均增加故选C项项2 7 A 外力对乙做功；甲的内能不
23、变28【答案答案】C【方法总结方法总结】内能的改变与做功和热传递均内能的改变与做功和热传递均有关系，判断内能如何变化，主要是搞清物体有关系，判断内能如何变化，主要是搞清物体对外界做功还是外界对物体做功，以及物体是对外界做功还是外界对物体做功，以及物体是吸热还是放热吸热还是放热2 8【答案】C29在一个标准大气压下，水在沸腾时，在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g的水的水由液态变成同温度的水汽，其体积由由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043cm3变为变为1676cm3.已知水的汽化热为已知水的汽化热为2263.8J/g.求：求：(1)体积膨胀时气体对外界做的功体积膨胀时气体对外界做的功W；(
24、2)气体吸收的热量气体吸收的热量Q；(3)气体增加的内能气体增加的内能U.热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用2 9 在一个标准大气压下，水在沸30【精讲精析精讲精析】取取1g水为研究系统水为研究系统,把大气视作外界把大气视作外界.1g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有体积膨胀，系统要对外做功，所以有UQ吸吸(1)气体在等压气体在等压(大气压大气压)下膨胀做功：下膨胀做功：Wp(V2V1)1.013105(16761.043)106J169.7J.(2)气体吸热：气体吸热：QmL(12263.8)J2
25、263.8J.(3)根据热力学第一定律：根据热力学第一定律：UQW2263.8J(169.7)J2094.1J.【答案答案】见精讲精析见精讲精析3 0【精讲精析】取1 g 水为研究系统,把大气视作外界.1 31【方法总结方法总结】对热力学第一定律的理解应注意：对热力学第一定律的理解应注意：(1)要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统系统(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号规则代入应用热力学第一定律计算时，要依照符号规则代入数据，数据，Q、W这两个量只要有助于增加系统内能均取这两个量只要有助于增加系统内能均取正值，如吸热、受压压缩，正值
26、，如吸热、受压压缩，Q、W就取正值；反之就就取正值；反之就取负值取负值3 1【方法总结】对热力学第一定律的理解应注意：32水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达到每秒国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达到每秒6000m3，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50m，若利用这一资源发电，设其效率为若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机，估算发电机的输出功率的输出功率(g取取10m/s2)【思路点拨思路点拨】水下落过程重力势能转化为电能，求水下落过程重力势能转化为电能，求解时可
27、取单位时间内的水为研究对象解时可取单位时间内的水为研究对象能量转化过程的分析与计算能量转化过程的分析与计算3 2 水能不产生污染物，是一种清洁能源，33【自主解答自主解答】水力发电的基本原理是水的机械能转水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能化为电能每秒钟流下的水的质量为：每秒钟流下的水的质量为：mV11036000kg6106kg.每秒钟水减少的机械能为：每秒钟水减少的机械能为：Emgh61061050J3109J.设发电机的输出功率为设发电机的输出功率为P，则由能量定律可得：，则由能量定律可得：EP.解得：解得：P310950%W1.5109W.【答案答案】1.5109W3 3【自主解答
28、】水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能34变式训练变式训练如图如图414所示，一个小铁块沿半径为所示，一个小铁块沿半径为R0.2m的半球形内壁自上端由静止下滑，当滑至半的半球形内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为球底部时，速度为1m/s，设此过程中损失的机械能全，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有部变为内能，并有40%被铁块吸收已知铁的比热容被铁块吸收已知铁的比热容c0.46103J/(kg)，重力加速度，重力加速度g取取10m/s2.求铁块求铁块升高的温度升高的温度图图4143 4 变式训练如图4 1 4 所示，一个小铁块沿半径为R 0.35答案：答案：1.31033 5 答案：1.3 1 0 3 36知能优化训练知能优化训练3 6 知能优化训练37本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目点此进入课件目录录按按ESC键退出全屏播键退出全屏播放放谢谢使用谢谢使用3 7 本部分内容讲解结束点此进入课件目录按E S C 键退出全屏播放383 8
