人教版－3热力学第一定律能量守恒定律（20张）

第十章热力学定律10.3热力学第一定律能量守恒定律高中物理·选修3-3·人教版一、热力学第一定律1．定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_______与外界对它所做的_______的和．2．数学表达式：ΔU＝__________.热量功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________．2．能量既不能凭空________，也不能凭空_______，它只能从一种形式_______成另一种形式，或者从一个物体_______到别的物体，在转化和转移的过程中其总量__________．3．能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一．不变产生消失转化转移保持不变三、永动机不可能制成1．第一类永动机：人们把设想的不消耗________的机器称为第一类永动机．2．第一类永动机由于违背了_______________，所以不可能制成．能量能量守恒定律一、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)特别应注意的就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8×104J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时保持总量不变． 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)不消耗能量能源源不断地对外做功的机器，叫第一类永动机，其前景是诱人的．但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)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10－3－1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10－3－1 A．ΔU＝Q B．ΔU<Q C．ΔU>Q D．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，以整体气体为研究对象，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.【例3】第一类永动机是不可能制成的，这是因为第一类永动机 (

) 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 答案B三、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．等温过程：内能不变，ΔU＝02．等容过程：体积不变，W＝03．绝热过程：Q＝0【例4】如图所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0时，活塞到汽缸底面的距