第十章---第3節(jié)---熱力學第一定律--能量守恒定律

1、1．熱力學第一定律：一個熱力學系統(tǒng)的 內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與 外界對它所做的功的和。 2．熱力學第一定律的表達式ΔU＝Q＋W。 3．能量守恒定律：能量

2、既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。,[自學教材],1．改變內(nèi)能的兩種方式 和 。 2．熱力學第一定律 (1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的 與外界對它所 的和。

3、 (2)數(shù)學表達式：ΔU＝ 。,做功,熱傳遞,熱量,做的功,Q＋W,[重點詮釋],1．對熱力學第一定律的理解 熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系。此定律是標量式，應用時熱量的單位應統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳。 2．公式ΔU＝Q＋W中符號的規(guī)定,3．幾種特殊情況 (1)若過程

4、是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。 (2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。 (3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。,1．某氣體初態(tài)時有100 J內(nèi)能，膨脹過程中對外做功30 J，同時吸收了20 J的熱量，在這個過程中內(nèi)能________(填“增加”或“減少”)_

5、_______ J。解析：由熱力學第一定律ΔU＝U2－U1＝W＋Q，結合符號法則及其物理意義有W＝－30 J，Q＝20 J，故ΔU＝U2－U1＝－10 J，因而內(nèi)能減少了10 J。答案：減少　10,[自學教材],1．能量守恒定律 (1)內(nèi)容： 能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式 為另一種形式，或者從一個物體 到別的物體，在轉化或轉移的過程中

6、 保持不變。,能量的總量,轉化,轉移,(2)意義：①各種形式的能可以 。②各種物理現(xiàn)象可以用 聯(lián)系在一起。2．永動機不可能制成(1)第一類永動機：不需要任何動力或燃料，卻能不斷地 的機器。(2)不可制成的原因：違背了 定律。,相

7、互轉化,能量守恒定律,對外做功,能量守恒,[重點詮釋],(1)自然界中能量的存在形式：物體運動具有動能、分子運動具有分子動能、電荷具有電能、原子內(nèi)部的運動具有原子能等?？梢姡谧匀唤缰胁煌哪芰啃问脚c不同的運動形式相對應。 (2)不同形式的能量之間可以相互轉化，且這一轉化過程是通過做功來完成的。,(3)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。 (4)某個物體的能量減少，一定存在其

8、他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。,2．下列對能量的轉化和守恒定律的認識不正確的是 (　　)A．某種形式的能量減少，一定存在其他形式能量的增加B．某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C．不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永 動機是不可能制成的D．石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消 失了,解析：A選項是指不同形式的能量間的轉化，轉化過程中能量是守恒的。

9、B選項是指能量在不同的物體間發(fā)生轉移，轉移過程中是守恒的。這正好是能量守恒定律的兩個方面——轉化與轉移。任何第一類永動機都是不可能制成的，它違背了能量守恒定律。所以A、B、C正確。D選項中石子的機械能在變化，比如受空氣阻力作用，機械能可能減少，但機械能并沒有消失，能量守恒定律表明能量既不會創(chuàng)生，也不會消失，只是從一種形式轉化為另一種形式。故D是錯的。答案：D,[例1]　一定量的氣體從外界吸收了2.6×105 J的熱量，內(nèi)能增

10、加了4.2×105 J。 (1)是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？ (2)如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105 J不變，但是內(nèi)能增加了1.6×105 J，計算結果W＝－1.0×105 J，是負值，怎樣解釋這個結果？ (3)在熱力學第一定律ΔU＝Q＋W中，W、Q和ΔU的正值、負值各代表什么物理意義？,[思路點撥]　做功和熱傳遞

11、是改變內(nèi)能的兩種方式，但二者不是孤立的，往往同時發(fā)生，遵從熱力學第一定律，應用時注意“正、負”號的意義。 [解析]　(1)由熱力學第一定律：如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么，外界對物體所做功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的增加ΔU， 即ΔU＝W＋Q。 將Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J代入上式得： W＝ΔU－Q＝4

12、.2×105 J－2.6×105 J ＝1.6×105 J。 W＞0，說明外界對氣體做了1.6×105 J的功。,(2)如果吸收的熱量Q＝2.6×105 J，內(nèi)能ΔU增加了1.6×105 J，計算結果為W＝－1.0×105 J，說明氣體對外界做功。 (3)在公式ΔU＝Q＋W中，ΔU＞0，物體內(nèi)能增加；ΔU ＜0，物體內(nèi)

13、能減少。Q ＞0，物體吸熱；Q＜0，物體放熱。W＞0，外界對物體做功；W＜0，物體對外界做功。 [答案]　(1)外界對氣體做了1.6×105 J的功。 (2)說明氣體對外界做功。 (3)見解析,1．一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的 功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J，則下列各式中正確的是(　　)A．W

14、＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J,解析：因為外界對氣體做功，W取正值

15、，即W＝8×104 J；內(nèi)能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2×105 J；根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，即B選項正確。答案：B,[例2]　如圖10－3－1所示，一個質量為20 kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質量為5 kg，處于靜止狀態(tài)時被封閉氣體的高度為50 cm，現(xiàn)在在活塞上方加一15 kg的物

16、體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0 cm。求在這一過程中氣體的內(nèi)能增加多少？(g取10 m/s2，不考慮活塞的大氣壓力及摩擦阻力),圖10－3－1,[解析]　由能量的轉化與守恒定律可知，內(nèi)能的增加等于活塞和物體重力勢能的減少， ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J。 [答案]　20 J,[借題發(fā)揮] (1

17、)絕熱過程表示不吸熱、也不放熱；“導熱性能良好且過程緩慢”表示過程有熱傳遞發(fā)生且及時充分，保持溫度不變。 (2)用“能量守恒”觀點解題方便、快捷。,2.如圖10－3－2所示容器中，A、B各有一個 可自由移動的輕活塞，活塞下是水，上為 空氣，大氣壓恒定。A、B底部由帶有閥門 K的管道相連，整個裝置與外界絕熱。原先 A中水面比B中高，打開閥門，使A中的水逐 漸向B中流，最后達到平衡。在這個過程中