高中物理第十章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律课堂互动学案新人教版选修3_3
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桑 水
3 热力学第一定律能量守恒定律
课堂互动
三点剖析
1.热力学第一定律的应用
热力学第一定律的物理意义：热力学第一定律就是能的转化与守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体表现.能量是量度物质运动的物理量，不同形式的能与物质的不同运动形式相对应.内能与分子热运动相对应;电能与电荷的运动相对应;原子能与原子核运动相对应等等.
2.应用能量守恒定律解决力学综合问题
(1)自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种相应的能量.
(2)各种形式的能都可以相互转化.
(3)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别的形式，或者从一个物体转移到另一个物体，这就是能量守恒定律.它是自然现象中普遍适用的自然规律，而机械能守恒定律的应用是有条件的，因为它只是能的转化与守恒定律的一个特例.
3.能量守恒定律的重要意义
能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍.
(1)能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律，热力学第一定律是能的转化与守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体体现.
(2)一切违背能的转化与守恒定律的过程都是不可能实现的，能的转化与守恒定律证明第一类永动机不可能制成.
各个击破
【例1】 气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化是( )
A.减小20 J B.增大20 J C.减小220 J D.增大220 J
解析：研究对象为气体，依符号规则，对外做功W=-100 J，吸收热量Q=+120 J.由热力学第一定律有：ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J.ΔU＞0，说明气体的内能增加，故选项B正确.
答案：B
类题演练 一池塘中的水上、下温度相同，一气泡由水底上升，下面说法正确的是( )
A.气泡的内能增加 B.气泡的内能减少
C.气泡吸收热量 D.气泡放出热量
解析：气泡在上升过程中气体的温度不变，分子的平均动能不变，分子的总动能也不变；又由于气体分子间距离较大，已达10r0，分子力可视为零，气泡上升过程中虽然体积增大，分子间距离增大，可视为分子力不做功，分子势能不变，故气泡的内能不变.气泡在上升过程中体积膨胀对外界做功，W＜0,由公式W+Q=ΔU知，ΔU=0，故Q＞表明气泡吸热.
答案:C
【例2】 在太阳光的直射下，地球表面每平方厘米每分钟可获得的能量，试估算我国所有江河每年(525 600 min)流入海洋的水流量(取一位有效数字).
解析：因为海洋面积约占地球总面积S总的3/4，并且只有S总的一半受太阳光的照射，因此，一年内地球上所有海洋吸收的太阳能为
Q=(1/2)×(3/4)×S总×4.2 J/(cm2·min)×525 600 min=8.3×105S总 J —————————— 新学期 新成绩 新目标 新方向 ——————————
桑 水 如果取25℃时水的汽化热为2.44×106 J/kg，则所有海洋一年中总共蒸发水汽的质量为
m=Q/L=(8.3×105S总)/(2.44×106) kg=0.34S总 kg
再设我国的大陆面积为S，则一年中输送到我国大陆上空的水汽质量为
m′=(S/S总)·m=(S/S总)·0.34S总=0.34S kg
而我国大陆面积S约为9.6×106 km2，即
S=9.6×1016 cm2，故
m′=0.34 ×9.6×1016 kg≈3×1016 kg
V=m′/ρ=3×1016 kg/(103 kg·m-3)=3×1013 m3
即我国所有江河每年流入海洋的水流量约为
3×1013 m3.
答案：3×1013 m3
【例3】 一铁球从高H处由静止落到地面上，回弹速率是落地速率的一半，设撞击所转化的内能全部使铁球温度升高，则铁球的温度升高多少？(设铁的比热容为c，各物理量取国际制单位)
解析：由题意可知，需根据能量守恒定律来分析，铁球损失的动能全部转化为铁球的内能.
设落到地面时的速率为v，由v2=2gH得落地时v=gH2.则铁球在地面撞击时损失的动能ΔE=mgHvmmv43)2(212122.
由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能，则ΔU=ΔE=43mgH，
由Q=mcΔt得Δt=cgHmcmgHmcQ4343
答案：cgH43
