第5章-第1节 热力学第一定律+第2节 能量的转化与守恒

1、.第1节热力学第一定律第2节能量的转化与守恒学 习 目 标知 识 脉 络1.理解热力学第一定律重点2会用UWQ解决一些简单问题重点3知道第一类永动机不可能制成4理解能量守恒定律的发现过程5理解能量的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象难点热 力 学 第 一 定 律1改变物体内能的两种方式做功和热传递2物体内能的改变1假如物体与外界无热传递，假设外界对物体做功，那么物体的内能增加；假设物体对外做功，物体的内能减少2假如物体既不对外做功，外界也不对物体做功，那么物体吸收热量时，它的内能增加；物体放出热量时，它的内能减少3热力学第一定律1内容：物体内能的增加量U，等于外界对物体所做的功W与物体

2、从外界吸收的热量Q之和2表达式：UWQ4热力学第一定律的定义1内能的变化必然伴随有做功或热传递2一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，此过程中总能量守恒5第一类永动机1概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器2结果1718世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终3原因设想能量可以无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律4启示人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律1热量、功和内能三者单位一样，物理意义一样×2热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定3系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J有

3、一种所谓的“全自动机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去这是不是一种永动机呢？假如不是，你知道维持表针走动的能量是哪儿来的吗？图5­1­1【提示】不是永动机能量是通过摆动手臂对表内的转轮做功而储存的讨论1：假设物体的内能增加，一定是吸收了热量吗？【提示】不一定，因为做功和热传递都能改变物体的内能讨论2：物体的内能不变，能否说明外界既没有对物体做功，也没有发生热传递？【提示】不能可能是外界对物体做的功等于物体放出的热量或物体吸收的热量等于物体对外界做的功1对UWQ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

4、，其中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2对公式U、Q、W符号的规定符号WQU正号外界对物体做功物体吸收热量内能增加负号物体对外界做功物体放出热量内能减少3.应用热力学第一定律解题的一般步骤1首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统2根据符号法那么写出各量W、Q、U的正、负3根据方程UWQ求出未知量4再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况4.判断气体做功正、负的方法1假设气体体积增大，说明气体对外界做功，W<0.2假设气体体积变小，说明外界对气体做功，W>0.5.几种常见的气体变化过程1绝热过程：过程是绝热的，那么Q0，WU，外界

5、对气体做的功等于气体内能的增加2等容过程：在该过程中气体不做功，即W0，那么QU，气体吸收的热量等于气体内能的增加3等温过程：在过程的始末状态，气体的内能不变，即U0，那么WQ0或WQ，表示气体吸收的热量全部用来对外做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出1以下过程，可能发生的是A物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D外界对物体做功，同时物体放热，内能增加E物体对外界做功，同时物体放热，内能增加【解析】根据热力学第一定律UWQ，做功和热传递都可以改变物体的内能，故由此可确定A、B、D正确，C、E错误【答案】ABD2

6、景颇族祖先创造的点火器如图5­1­2所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中 【导学号：30110061】图5­1­2A气体温度升高，压强不变B气体温度升高，压强变大C气体对外界做正功D外界对气体做正功E气体的内能增加【解析】压缩气体时，外界对气体做功，内能增加，温度升高，体积变小，压强增大，所以B、D、E正确【答案】BDE3一定量的气体内能增加了3×105 J，1假设吸收了2×105 J的热量，那么是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少焦耳的功？2假设气体对外界做了4

7、×105 J的功，那么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UQW得WUQ3×105 J2×105 J1×105 J外界对气体做功2由UQW得QUW3×105 J4×105 J7×105 J气体从外界吸热【答案】1外界对气体做功1×105 J2气体从外界吸热7×105 J气体状态变化与物理量对应方法1绝热过程：气体与外界没有热传递2导热良好：气体与外界有热交换，且与外界温度保持一样3体积减小，外界对气体做功；体积增大不是对真空膨胀，气体对外界做功4温度升高，理想气体的

8、内能增加；温度降低，理想气体的内能减少能 量 的 转 化 与 守 恒1能量守恒定律的发现1迈尔的发现体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以互相转化的，假如动物体的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的2焦耳的研究确定了电能向内能转化的定量关系用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据3亥姆霍兹的奉献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反响等过程，提醒了它们之间的统一性2能量守恒定律1内容能量既不会消失，也不会创生，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

9、，而能量的总值保持不变2意义提醒了自然科学各个分支之间的普遍联络，是自然界内在统一性的第一个有力证据3应用各种形式的能可以转化但能量在转化过程中总伴有内能的损失各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联络在一起1某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加2某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加3石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了×焦耳对物质运动之间的关系的研究方法与迈尔有什么不同？【提示】焦耳是采用严格的定量实验分析方法，迈尔研究的范围比较广泛，但他采用的是定性研究的方法讨论1：能量守恒定律与机械能守恒定律的应用条件有什么不同？【提示】能量转化过程中能量总是

10、守恒的，而机械能守恒的条件是只有重力或系统内的弹力做功讨论2：为什么说第一类永动机不能制成？【提示】因为第一类永动机违犯了能量守恒定律1对能量守恒定律的理解1各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的例如：物体的机械能守恒，必须是只有重力或弹力做功2意义：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，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，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，

11、那么有U2U1W，就是说，假如系统内能减少，即U2<U1，那么W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的假设想源源不断地做功，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4说出以下过程中是什么能量转化为内能1物体沿粗糙斜面下滑_；2变压器发热_；3汽油机内气体燃烧后变成高温气体_；4车刀切下炽热铁屑_【解析】物体沿斜面下滑，抑制摩擦力做功，机械能转化为内能；电流通过变压器线圈发热，电能转化为内能；气体燃料燃烧后变成高温气体，化学能转化为内能；车刀切下炽热的铁屑，抑制摩擦力做功，机械能转化为内能【答案】1机械能内能2电能内能3化学能内能4机械能内能5风沿程度方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮，设空气密度为，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水进步h的高度，效率为80%.那么单位时间内最多可提升的水的质量为_. 【导学号：30110062】【解析】在时间t内吹在风车上的空气的质量为m1d2·vt·，风的动能Ekm1v2d2v3t.根据题意d2v3t