高中物理 第十章 热力学定律 第3讲 热力学第一定律 能量守恒定律学案(新人教版)选修3-3.doc

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1、第3讲　热力学第一定律　能量守恒定律[目标定位]　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．内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．2．数学表达式：ΔU＝Q＋W.二、能量守恒定律1．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不变．2．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为另一种形式，或者从一个物

2、体转移到别的物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．3．能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一．三、永动机不可能制成1．第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机．2．第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．一、热力学第一定律1．对热力学第一定律的理解(1)对ΔU＝W＋Q的理解：做功和热传递都可以改变内能，如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对系统所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于系统内能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.(2)对ΔU、Q、W符号的规定①功W：外界对系统做功，W>0，即W为正

3、值；系统对外界做功，W<0，即W为负值．②热量Q：系统吸热为正，Q>0；系统放热为负，Q<0.③内能变化：系统内能增加，ΔU>0，即ΔU为正值；系统内能减少，ΔU<0，即ΔU为负值．2．判断是否做功的方法一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否变化．(1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0；(2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.例1　空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？答案　5×104J解析　选择被压缩的空气为研究对象，根据热

4、力学第一定律有ΔU＝W＋Q.由题意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104J.借题发挥　应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)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ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．(4)特别注意的是物理量的正负号及其物理意义．针对训练　一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×

5、104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是(　　)A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J答案　B解析　因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，B选

6、项正确．二、能量守恒定律1．不同形式的能量之间可以相互转化(1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机械能，分子热运动对应内能等．(2)不同形式的能量之间可以相互转化，如“摩擦生热”机械能转化为内能，“电炉取热”电能转化为内能等．2．能量守恒定律及意义各种不同形式的能之间相互转化或转移时能量的总量保持不变．意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更普遍，是19世纪自然科学的三大发现之一．3．第一类永动机是不可能制成的(1)不消耗能量而能源源不断地对外做功的机器，叫第一类永动机．因为第一类永动机违背了能量守恒定律，所以无一例外地归于失败．(2)

7、永动机给我们的启示人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．例2　如图1所示，直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，加热气体，并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为ΔU，则(　　)图1A．ΔU＝QB．ΔUQD．无法比较答案　B解析　因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能．故正确答案为B.三

8、、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积．注意三种特殊过程的特点：1．等温