人教版热力学第一定律能量守恒定律 省赛获奖

第十章

热力学定律10.3热力学第一定律

能量守恒定律1.能说出热力学第一定律的内容，并会运用于分析和计算.2.理解并能运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因．学习目标定位学习探究区一、热力学第一定律二、能量守恒定律一、热力学第一定律问题设计返回一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本不能判定是通过对它做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加．因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能．既然它们在改变系统内能方面是等价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少？答案

系统内能的增量ΔU＝Q＋W.要点提炼返回1．热力学第一定律的表达式：ΔU＝

.2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定一、热力学第一定律Q＋W符号WQΔU＋体积

，外界对热力学系统做功热力学系统

热量内能

－体积

，热力学系统对外界做功热力学系统

热量内能减小增大吸收放出增加减少返回3.应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；(2)根据方程ΔU＝

求出未知量；(3)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．一、热力学第一定律W＋Q返回4．气体实验定律和热力学第一定律的关系两者的结合点是体积V和温度T.注意三个特殊过程的特点：(1)等温过程：内能不变，ΔU＝0；(2)等容过程：体积不变，W＝0；(3)绝热过程：Q＝0.一、热力学第一定律二、能量守恒定律使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递．做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能．在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？问题设计返回答案

能量的总量保持不变．返回要点提炼1．对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定

．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定

．二、能量守恒定律相等相等返回2．能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．各种形式的能通过某种力做功可以相互转化．3．第一类永动机(1)定义：不需要任何动力或

，却能不断地对外做功的机器．(2)不可能制成的原因：违背了

．二、能量守恒定律燃料能量守恒定律返回二、能量守恒定律延伸思考热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？答案

是．【例1】关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是(

)A．吸热的物体，其内能一定增加B．体积膨胀的物体，其内能一定减少C．放热的物体，其内能也可能增加D．绝热压缩的气体，其内能一定增加一、热力学第一定律典例精析返回典例精析返回解析做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化．答案CD一、热力学第一定律典例精析返回一、热力学第一定律【例2】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？典例精析返回一、热力学第一定律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.答案5×104J典例精析返回【例3】下列对能量守恒定律的认识正确的是(

)A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类

永动机是不可能制成的D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了二、能量守恒定律典例精析返回解析

A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的．B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．所以A、B、C正确；D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误．答案ABC二、能量守恒定律典例精析返回【例4】

“第一类永动机”不可能制成，是因为(

)A．不符合机械能守恒定律B．违背了能量守恒定律C．做功产生的热不符合热功当量D.找不到合适的材料和合理的设计方案二、能量守恒定律B典例精析返回三、热力学第一定律与气体实验定律的结合【例5】如图1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离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，汽缸中的气体吸收的热量为Q.图1返回求：(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU；三、热力学第一定律与气体实验定律的结合典例精析解析密封气体的压强p＝p0－(G/S)密封气体对外做功W＝pS×0.1L由热力学第一定律得ΔU＝Q－W得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG6答案Q－0.1p0SL＋0.1LG返回(2)最终的环境温度T.三、热力学第一定律与气体实验定律的结合典例精析解析该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有解得T＝1.1T0答案1.1T0自我检测区12课堂要点小结341．(热力学第一定律)一定质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，则根据热力学第一定律，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＝－4×104J1234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，即B选项正确．12342．(能量守恒定律)下面设想符合能量守恒定律的是(

)A．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D．利用核动力，驾驶地球离开太阳系1234解析

利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故A不符合．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C1234符合；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D符合．答案D12343．(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图2所示，一绝热容器被隔板K隔成a、b两部分．已知a内有一定质量的稀薄气体，b内为真空．抽离隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中(

)A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温度不变1234图2解析抽离隔板K，a内气体体积变大，由于b内为真空，所以a内气体不做功，由热力学第一定律可得B正确．内能不变，故温度不变，体积变大，由玻意耳定律可知压强变小，所以D正确．答案

BD123412344.(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图3是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的气柱长度为22cm，现用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭的气柱长度变为2cm，人对活塞做功100J，大气压强为p0＝1×105Pa，不计活塞的重力．图3问：(1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？1234解析设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22cm，l＝2cm，V0＝l0S，V＝lS，缓慢压缩，气体温度不变由玻意耳定律得p0V0＝pV解得p＝1.1×106Pa答案

1.1×106Pa(2)若以适当的速度压缩气体，气体向外散失的热量为20J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1cm2)1234解析大气压力对活塞做功W1＝p