高中物理 第四章 能量守恒与热力学定律 第1节 能量守恒定律的发现 第2节 热力学第一定律学案 教科版选修3-3-教科版高二选修3-3物理学案VIP免费

第1节能量守恒定律的发现第2节热力学第一定律1.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析解决有关问题．理解第一类永动机是不可能制成的原因．2．理解物体跟外界做功和热传递的过程及W、Q、ΔU的物理定义．3．理解热力学第一定律，并能运用热力学第一定律分析和计算有关问题．一、能量守恒定律的发现1．能量形式与能量转化(1)各种能量：自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量．如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能．(2)各种能量之间可以互相转化：不同形式的能量之间可以相互转化．摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能．2．能量守恒定律发现的历史背景(1)蒸汽技术的发展：18世纪80年代，蒸汽机的发展和使用，证明了内能可以转化为机械能，推动了热力学理论的发展．(2)各种基本运动形式之间普遍联系性的发现17世纪中叶：物理学家提出“运动量”守恒的思想．18世纪未到19世纪初：各种自然现象之间的普遍联系被发现，能的概念被引入．(3)永动机研制的失败概念：一种不消耗能量却可源源不断对外做功的机器叫永动机，并称为第一类永动机．结果：无一例外地归于失败．原因：违背能量守恒定律．3．能量守恒定律的发现与确立(1)能量守恒定律内容：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另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变．(2)意义①各种形式的能可以相互转化．②各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．二、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式：做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等效的．2．热力学第一定律(1)内容：如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体所做的功加上物体从外界吸收的热量等于物体内能的增加．(2)数学表达式：ΔU＝Q＋W．对能量守恒定律的理解及应用1．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；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律．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U2＜U1，则W＜0，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．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．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了多少？(g取10m/s2，不考虑活塞的大气压力及摩擦阻力)[解析]由能的转化与守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2J＝20J.[答案]20J(1)绝热过程内能增加，则应为其他形式的能转化为内能．(2)绝热过程表示不吸热，也不放热；“导热性能良好且过程缓慢”表示此过程有热传递发生且及时充分，保持温度不变．1.(多选)下列对能量的转化和守恒定律的认识正确的是()A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了解析：选ABC.能量守恒定律是指能量的总量不变，但更重要的是指转化和转移过程中的守恒．在不同形式的能量间发生转化，在不同的物体间发生转移．不需要任何外界动力而持续对外做功的机器是违背能量守恒定律的，是永远不可能制成的．机械能转化成了其他形式的能量而不能消失，能量是不会消失的．功、热量和内能的区别与联系1．功和内能的关系(1)内能与内能变化的关系①物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和．因此物体的内能是一个状态量．②当物体温度变化时，分子平均动能变化．物体体积变化时，分子势能发生变化，因...