2018-2019学年高中物理 第三章 热力学基础 第二、三节 能量守恒定律

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
A.外界对物体做功时 W 为正,吸热时 Q 为负,内 能增加时Δ U 为正
B.物体对外界做功时 W 为负,吸热时 Q 为正,内 能增加时Δ U 为负
C.物体对外界做功时 W 为负,吸热时 Q 为正,内 能增加时Δ U 为正
D.外界对物体做功时 W 为负,吸热时 Q 为负,内 能增加时Δ U 为负
解析:外界对物体做功时 W 为正,反之为负;吸热
根据能量守恒定律,叶片在热水中吸收的能量应等 于叶片的机械能与叶片向空中释放的能量之和,故 D 对.
答案:D
题后反思 1.能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能 从一种形式转化成另一种形式,或者从一个物体转移到别 的物体,在转化和转移的过程中其总量保持不变. 2.本题的关键是明确太阳能热水器、风力发电、电 风扇以及蜡烛燃烧的原理.
特别说明 在利用能量转化与守恒定律解题时,一 定要明确过程中哪些能量在转化或转移,确定好初末状态 的能量 E 初、E 末或确定能量的变化ΔE 增、ΔE 减各为多少, 再由 E 初=E 末或ΔE 增=ΔE 减列式求解.
[典例❷]如图所示,一演示用的“永 动机”转轮由五根轻杆和转轴构成,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 较长时间转动.下列说法正确的是( )
答案:B
知识点二 能量守恒定律 提炼知识 1.能量的转化:各种形式的能可以相互转化,并且 在转化过程中守恒. 2.能量守恒定律: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成为另一种形式,或者 从一个物体转移到别的物体,在转化和转移过程中其总 量不变.
3.能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的规律之 一.它和细胞学说、达尔文的生物进化论一起称为 19 世 纪自然科学的三大发现.
1.汽车关闭发动机后,沿斜面匀速下滑的过程中( ) A.汽车的机械能守恒 B.汽车的动能和势能相互转化 C.汽车的机械能转化成内能,汽车的总能量减少 D.汽车的机械能逐渐转化为内能,汽车的总能量守恒
解析:汽车能匀速下滑,一定受阻力作用,克服阻力 做功,机械能转化为内能,一部分内能散发出去,汽车的 总能量减少.
答案:C
2.(多选)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 程是( )
A.物体克服阻力做功 B.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 D.物体的机械能转化为其他形式的能量 解析: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,条形磁铁下落时 受磁场阻力,因而物体都克服阻力做功,故 A 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,
A 不符合机械能守恒定律 B.违背了能量转化与守恒定律 C.没有合理的设计方案 D.找不到合适的材料 解析:第一类永动机违反了能量守恒定律.
答案:B
拓展一 热力学第一定律的应用
1.改变内能的途径有哪些? 提示:做功和热传递.
2.一定质量的气体从外界吸收热量 2.66×105 J,内 能增加 4.25×105 J,是气体对外界做功还是外界对气体 做功?做了多少功?
答案:D
题后反思 1.由热力学第一定律可知理想气体内能的改变:理 想气体不存在分子力,不用考虑分子势能,所以其内能仅 用温度来衡量. 2.体积增大,说明系统对外做功;由对外做功也能 知道体积增大,进一步可得到系统内能情况.
1.在热力学第一定律的表达式Δ U=W+Q 中关于 Δ U、W、Q 各个物理量的正、负,下列说法中正确的是 ()
判断正误
(1)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增 加,且减少量和增加量一定相等.(√)
(2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量 增加,且减少量和增加量一定相等.(√)
(3)“第一类永动机”不可能制成,是因为找不到合 适的材料和合理的设计方案.(×)
小试身手
2.第一类永动机是不可能制成的,这是因为第一类 永动机( )
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形式的能,故 D 正确.
答案:AD
拓展三 热力学第一定律与气体的综合利用
汽车内胎放完气后,气门的温度可达到 0 ℃以下, 请你解释一下原因.
提示:以内胎中的气体为系统,气体推动周围大气做 功,(对外界气体做功)大气的内能增加,内胎中的气体内 能减少,温度降低.如果在较短时间内做较多的功,气门 来不及吸热,气门温度就可达到 0 ℃以下.
解析:根据热力学第一定律,ΔU=W+Q,物体内 能的变化与做功及热传递两个因素均有关,物体吸收热 量,内能也不一定增大,因为物体可能同时对外做功, 故内能有可能不变或减少,A 错误;物体对外做功,还有 可能吸收热量、内能可能不变或增大,B 正确,C 错误; 放出热量,同时对外做功,内能一定减少,D 错误.
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 解析:该永动机叶片进入水中,吸收热量而伸展划 水,推动转轮转动,因此转动的原因是内能转化为机械 能,不是惯性所致,A 错,B 错;离开水面后向空气中放 热,叶片形状迅速恢复,所以转动的能量来自热水,由 于不断向空气释放热量,所以水温逐渐降低,C 错;
提示:选择一定量的气体为研究对象.根据热力学第 一 定 律 Δ U= Q+ W, 得 W= ΔU- Q= 4.25×105 J- 2.66×105 J=1.59×105 J.W 为正值,表示是外界对气体 做功,做功的大小是 1.59×105 J.
1.对Δ U=W+Q 的理解:热力学第一定律将单纯 的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况,既有 做功又有热传递的过程,其中Δ U 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递的热量.
5.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,就要消耗能量,都只能使 能量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,而不能无中生有地创造能量.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.
6.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.
2.对公式Δ U=W+Q 中Δ U 符号的规定:
W
来自百度文库
Q
ΔU 符号
外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 正号
物体对外界做功 物体放出热量 内能减小 负号
特别说明 (1)在绝热过程中,Q=0,W=ΔU,外界 对物体做的功等于物体内能的增加.
(2)在应用热力学第一定律的过程中,应特别分清 W、 Q 的正、负,以便更准确地判断ΔU 的正、负,ΔU 的正、 负代表了变化过程中内能是增加的还是减少的.
3.热力学第一定律. (1)内容:物体跟外界同时发生做功和热传递的过程, 那么物体内能的增加Δ U 就等于物体吸收的热量 Q 和外 界对物体做的功 W 之和. (2)表达式:Δ U=Q+W.
(3)符号规则:物体从外界吸收热量,Q>0;外界对物 体做正功,W>0;物体的内能增加,Δ U>0.反之 Q<0, W<0,Δ U<0.
2.各种形式的能在转化或转移过程中总能量守恒无 须任何条件,而某种或几种形式能的守恒是有条件的.例 如.系统(物体)机械能的守恒条件是只有重力做功.
3.某种形式能的减少,一定伴随着其他形式能的增 加,且减少量和增加量一定相等.
4.某个物体能量的减少,一定伴随着其他物体能量 的增加,且减少量和增加量一定相等.
时 Q 为正,反之为负;内能增加时ΔU 为正,反之为负.故
C 正确.
答案:C
2.一定量的气体内能增加了 3×105 J. (1)若吸收了 2×105 J 的热量,则是气体对外界做功, 还是外界对气体做功?做了多少功? (2)若气体对外界做了 4×105 J 的功,则是气体放热 还是从外界吸热?放出或吸收的热量是多少? 解析:(1)由热力学第一定律ΔU=Q+W 得 W=ΔU-Q=3×105 J-2×105 J=1×105 J. 外界对气体做功.
【典例 1】 一定量的理想气体在某一过程中,从外
界吸收热量 2.5×104 J,气体对外界做功 1.0×104 J,则 该理想气体的( )
A.温度降低,密度增大 B.温度降低,密度减小 C.温度升高,密度增大 D.温度升高,密度减小
解析:由热力学第一定律ΔU=W+Q,Q=2.5×104 J, W=-1.0×104 J 可知ΔU 大于零,气体内能增加,温度 升高,A、B 错;气体对外做功,体积增大,密度减小, C 错、D 对.
(4)意义:在一切涉及热现象的宏观过程中,能量可 以发生转移或转化,在转移或转化过程中总能量守恒.
判断正误
(1)物体吸收热量,内能一定增大.(×) (2)物体对外做功,内能一定减少.(×) (3)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变.(√)
小试身手 1.关于内能的变化,以下说法正确的是( ) A.物体吸收热量,内能一定增大 B.物体对外做功,内能可能不变 C.物体吸收热量,同时对外做功,内能一定增大 D.物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变
(2)由ΔU=Q+W 得 Q=ΔU-W=3×105 J-(-4×105 J)=7×105 J. 气体从外界吸热. 答案:(1)外界对气做做功 1×105 J (2)气体从外界 吸热 7×105 J
拓展二 能量守恒定律
1.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,是不是说明 能量越来越小?
提示:不是.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,说 明机械能在减少,而减少的机械能通过摩擦转化成了内 能,系统的总能量是守恒的.
4.第一类永动机:不需要任何动力或燃料却能不断 对外做功的机器.
5.第一类永动机的设想由于违背了能量守恒定律, 所以不可能制成.使人们进一步去探讨实现各种能量形 式相互转化的具体条件,有效利用自然界中的各种能源.
6.能量守恒定律有力地论证了物质运动的不灭性和 统一性.揭示了自然界中各种不同的运动形式不是相互 孤立、毫无联系的,它们在一定条件下可以发生相互转 化并且在数量上保持守恒.
1.理想气体的特点: (1)理想气体的微观模型:忽略不计分子之间的作用 力,也就忽略了分子的势能,所以理想气体的内能只是 分子热运动动能的总和. (2)理想气体的内能只跟温度有关,与体积无关.温 度升高内能增加,温度降低内能减少.
2.第一类永动机是否真的能永远运动下去? 提示:不消耗能量的机器从来没有制成功过.能量不 能创生,工程技术的任务在于设法找出合理利用能源途径 和减少能量损耗,而不是去研制永动机.
1.能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变 化的普遍规律,热力学第一定律、机械能守恒定律都是 能量守恒定律的具体体现.
热力学第一定律的正确应用 及对第一类永动机不可能制 成的具体分析探究过程的理 解.
知识点一 热力学第一定律
提炼知识 1.改变物体内能的两种方式. (1)做功. (2)热传递. 2.物体内能的改变. (1)如果物体跟外界不发生热交换,那么,外界对它 做多少功,它的内能就增加多少.
(2)如果外界对物体没有做功,物体也没有对外界做 功,那么,它从外界吸收多少热量,它的内能就增加多 少.
第三章 热力学基础
第二节 热力学第一定律 第三节 能量守恒定律
学习目标
1.知道热力学第一定律 重点 的内容和公式以及第 一类永动机是不可能 造成的. 2.理解热力学第一定律 难点 和能量守恒定律. 3.会用热力学第一定律 分析和计算有关问题.
重点难点
能量转化和守恒定律的理解 及综合应用,涉及热力学第 一定律的定性分析和定量计 算.
相关文档
最新文档