第二讲热力学第一定律能量守恒定律课件.ppt
第二讲：热力学第一定律能量守恒定律,1理解热力学第一定律，并掌握其表达式2能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题3理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律4知道第一类永动机是不可能制成的,一、热力学第一定律1.定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的与外界对它所做的 的和2.数学表达式：,热量,功,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.,二、能量守恒定律 大量事实表明，各种形式的能量可以相互转化，并且在转化过程中总量保持 内容：能量既不能凭空，也不能凭空，它只能从一种形式 成另一种形式，或者从一个物体.到别的物体，在转化和转移的过程中其总量 能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一,不变,产生,消失,转化,转移,保持不变,3.判断是否做功的方法外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W0.（3）若物体向真空膨胀，不做功，W=0.,三、永动机不可能制成第一类永动机：人们把设想的不消耗的机器称为第一类永动机第一类永动机由于违背了，所以不可能制成温馨提示能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，使能量从一种形式转化为另一种形式，不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的,能量,能量守恒定律,应用热力学第一定律解题的思路与步骤(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统(2)分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量，外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功,(3)根据热力学第一定律UQW列出方程进行求解(4)特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义特别提醒：无论何种形式的机器只要违背热力学第一定律都是不可能成功的，也就是说，第一类永动机是永远不可能制造成功的,【例1】空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2105 J的功，同时空气的内能增加了1.5105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？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UWQ.由题意可知W2105 J，U1.5105 J，代入上式得QUW1.5105 J2105 J5104 J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5104 J.答案5104 J,热力学第一定律的理解和应用,题型分类,【变式1】图是密闭的气缸密封了一定质量的理想气体，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的()A温度升高，内能增加600 JB温度升高，内能减少200 JC温度降低，内能增加600 JD温度降低，内能减少200 J解析由WQU得：U800J(200J)600J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，U0故温度升高，选A.答案A,【例2】如图所示，一个小铁块沿半径为R0.2m的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1m/s，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有40%被铁块吸收已知铁的比热容c0.46103 J/(kg)，重力加速度g取10 m/s2.求铁块升高的温度,能量守恒定律的理解和应用,【变式2】如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂，现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则()AQAQB BQAQB D无法确定QA、QB的大小,解析1.由热胀冷缩可知，A、B两球体积增加，所以A球重心升高，重力势能增大，而B球重心降低，重力势能减小.2.A、B两球升高相同的温度，内能的增加相同，即U相同.3.由能量守恒定律得:对A球：QA=UA+EPG.对B球：QB+EPG=UB即QB=UB-EPG.故QAQB.答案C,多力做功，多种能量的转化采用能量守恒定律,【例3】如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p1.0105Pa，吸收的热量Q7.0102J，求此过程中气体内能的增量,热力学第一定律与气体实验定律的综合应用,【变式3】如图所示的容器中，A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定，A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界无热交换。开始A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐流向B中，最后达到平衡，在这个过程中（）A、大气压对水做功，水的内能增加B、水克服大气压做功，水的内能减少C、大气压对水不做功，水的内能不变D、大气压对水不做功，水的内能增加.,【变式4】一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的pV图上，气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态，a、c两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是(AD)A.由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能不变B.由b状态至c状态过程中，气体对外做功，内能增加，平均每个气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变C.c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平均动能较大D.b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平均动能相等,【变式5】如题图所示，在AB和DA的过程中，气体放出的热量分别为4J和20J.在BC和CD的过程中，气体吸收的热量分别为20J和12J.求气体完成一次循环对外界所做的功.,【变式6】一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所示其中对角线ac的延长线过原点O下列判断正确的是（）A.气体在a、c两状态的体积相等B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功,6.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，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（）AQ1Q2=W2W1BQ1=Q2CW1=W2 DQ1Q2,点拨：整个过程的内能不变，U=0,由热力学第一定律 U=W总+Q总=0,Q总=-W总,Q1Q2=W2W1,A,注意：正负,7.如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程（）A EP全部转换为气体的内能B.EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍 为弹簧的弹性势能C EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换 为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能,D,BC,BD,D,BCD,外力整体法，内部内力隔离法,A,由压强和体积的增量求气体做功,再见！,
