(課改地區(qū)專用)2018-2019學(xué)年高考物理總復(fù)習(xí) 2.3 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律學(xué)案.doc
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2.3 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律 學(xué)習(xí)目標(biāo) 核心提煉 1.理解熱力學(xué)第一定律,并掌握其表達式。 2個定律——熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律 1種機器——第一類永動機 2.能運用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題。 3.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律。 4.知道第一類永動機是不可能制成的。 一、熱力學(xué)第一定律 1.改變內(nèi)能的兩種方法:做功與熱傳遞。兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等效的。 2.熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容:一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。 (2)數(shù)學(xué)表達式:ΔU=Q+W。 思維拓展 如圖1所示,快速推動活塞對汽缸內(nèi)氣體做功10 J,氣體內(nèi)能改變了多少?若保持氣體體積不變,外界對汽缸傳遞10 J的熱量,氣體內(nèi)能改變了多少?能否說明10 J的功等于10 J的熱量? 圖1 答案 無論外界對氣體做功10 J,還是外界給氣體傳遞10 J的熱量,氣體內(nèi)能都增加了10 J,說明做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。不能說10 J的功等于10 J的熱量,因為功與熱量具有本質(zhì)區(qū)別。 二、能量守恒定律 永動機不可能制成 1.能量守恒定律 能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。 2.能量守恒定律的意義 (1)各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化。 (2)各種物理現(xiàn)象可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起。 3.永動機不可能制成 (1)第一類永動機:人們把設(shè)想的不消耗能量的機器稱為第一類永動機。 (2)第一類永動機由于違背了能量守恒定律,所以不可能制成。 思考判斷 (1)系統(tǒng)從外界吸收熱量5 J,內(nèi)能可能增加5 J。(√) (2)用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(√) (3)能量既可以轉(zhuǎn)移又可以轉(zhuǎn)化,故能量的總量是可以變化的。() (4)違背能量守恒定律的過程是不可能發(fā)生的。(√) 對熱力學(xué)第一定律的理解 [要點歸納] 1.對公式ΔU=Q+W中ΔU、Q、W符號的規(guī)定 符號 Q W ΔU + 物體吸收熱量 外界對物體做功 內(nèi)能增加 - 物體放出熱量 物體對外界做功 內(nèi)能減少 2.幾種特殊情況 (1)若過程是絕熱的,即Q=0,則ΔU=W,物體內(nèi)能的增加量等于外界對物體做的功。 (2)若過程中不做功,即W=0,則ΔU=Q,物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量。 (3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即ΔU=0,則W=-Q(或Q=-W),外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)。 3.判斷是否做功的方法 一般情況下外界對物體做功與否,需看物體的體積是否變化。 (1)若物體體積增大,表明物體對外界做功,W<0。 (2)若物體體積減小,表明外界對物體做功,W>0。 4.對熱力學(xué)第一定律的進一步理解 (1)熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和傳熱這兩種改變內(nèi)能的方法是等效的,而且給出了內(nèi)能的變化量與做功和傳熱之間的定量關(guān)系。此定律表達式是標(biāo)量式,應(yīng)用時各量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳。 (2)熱力學(xué)第一定律是將單純的絕熱過程和單純的傳熱過程中內(nèi)能改變的定量表達推廣到一般情況,既有做功又有傳熱的過程,其中ΔU表示內(nèi)能改變的數(shù)量,W表示做功的數(shù)量,Q表示外界與物體間傳遞的能量。 [精典示例] [例1] 空氣壓縮機在一次壓縮中,活塞對空氣做了2105 J的功,同時空氣的內(nèi)能增加了1.5105 J,這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少? 解析 選擇被壓縮的空氣為研究對象,根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=W+Q。 由題意可知W=2105 J,ΔU=1.5105 J,代入上式得 Q=ΔU-W=1.5105 J-2105 J=-5104 J。 負(fù)號表示空氣向外釋放熱量,即空氣向外界傳遞的熱量為5104 J。 答案 5104 J 熱力學(xué)第一定律應(yīng)用注意點 (1)要明確研究的對象是哪個物體或者說是哪個熱力學(xué)系統(tǒng)。 (2)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計算時,要依照符號法則代入數(shù)據(jù)。對結(jié)果的正、負(fù)也同樣依照符號法則來解釋其意義。 [針對訓(xùn)練1] (多選)如圖2所示,水平放置的密封汽缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分,隔板可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動,右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲。汽缸壁和隔板均絕熱。初始時隔板靜止,左右兩邊氣體溫度相等?,F(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流,通電一段時間后切斷電源。當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達到平衡時,與初始狀態(tài)相比( ) 圖2 A.右邊氣體溫度升高,左邊氣體溫度不變 B.左右兩邊氣體溫度都升高 C.左邊氣體壓強增大 D.右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量 解析 右邊氣體吸收熱量后,溫度升高,壓強增大,隔板不再靜止,向左移動,右邊氣體對左邊氣體做功,由于隔板和汽缸均絕熱,則左邊氣體的內(nèi)能增加,溫度升高,A錯誤;左邊氣體體積減小,溫度升高,由=C,可知壓強增大,B、C均正確;右邊氣體對左邊氣體做了功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,得右邊氣體內(nèi)能的增加量小于電熱絲放出的熱量,D錯誤。 答案 BC 對能量守恒定律的理解 [要點歸納] 1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化 (1)各種運動形式都有對應(yīng)的能:機械運動有機械能,分子的熱運動有內(nèi)能,還有電磁能、化學(xué)能、原子能等。 (2)各種形式的能,通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如,利用電爐取暖或燒水,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;煤燃燒,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;列車剎車后,輪子溫度升高,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 2.與某種運動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的 例如,物體的機械能守恒,必須是只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功;而能量守恒定律是沒有條件的,它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。 3.第一類永動機失敗的原因分析:如果沒有外界熱源供給熱量,則有U2-U1=W,就是說,如果系統(tǒng)內(nèi)能減少,即U2- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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