1、第十章 热力学定律第3节 热力学第一定律 能量守恒定律 学 习 目 标 1理解热力学第一定律2能运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、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通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性5知道第一类永动机是不可能实现的填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识填一填|一、热力学第一定律1改变内能的两种方式：做功与 1 _两者在改变系统内能方面是 2 _2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3 _与外界对它 4 _的和(2)数学表达式：U 5 _.热传递等效的热量所做的功QW二、能量守恒
2、定律1内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式 6 _为另一种形式，或者从一个物体 7_到别的物体，在转化和转移的过程中能量的总量_转化转移保持不变2意义(1)各种形式的能可以 8 _(2)各种物理现象可以用 9 _联系在一起三、永动机不可能制成1第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地 10_的机器2第一类永动机不可能制成的原因：违背了 11 _定律相互转化能量守恒定律对外做功能量守恒|基础小题做一做|1正误判断(1)做功和热传递在改变物体内能上是不等效的()(2)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了()(3)功和能可以相互转化()(4)第一类永动机不
3、能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律()(5)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加()2对于一定质量的理想气体，下列说法中正确的是()A在大气中绝热膨胀时，气体内能减少B在真空中绝热膨胀时，气体内能不变C气体吸收热量，气体的内能一定增加D外界对气体做功，气体内能一定增加解析：选 AB 当气体绝热时有 Q0，而膨胀有 W0，由热力学第一定律 UQW 可得 U0，即气体的内能减小，故 A 正确；气体在真空中膨胀时因没有对外做功的对象，有 W0，而绝热过程 Q0，由 UQW 可知 U0，则气体的内能不变，故 B 正确；气体吸收热量时 Q0，但不清楚做功情况，则无法判断内能的变化，故 C
4、错误；外界对气体做功 W0，而不知道热传递的情况，则不清楚内能的变化，故 D 错误3“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为 ()A它不符合机械能守恒定律B它违背了能的转化和守恒定律C它做功产生的热不符合热功当量D暂时找不到合理的设计方案和理想材料解析：选 B 第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故 B 项正确4有一种“全自动”机械手表，即不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去这是不是一种永动机？并说明理由提示：这不是永动机手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动若将此手表长时间放置不动，它就会停下来|核心知识记一记|1热力学第一定律：一个热
5、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热力学第一定律的表达式 UQW，要熟悉其符号法则3能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变4第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律析要点、研典例、重应用课堂互动探究要点一 热力学第一定律的理解和应用|要点归纳|1对公式 UQW 中 U、Q、W 符号的规定符号QWU物体吸收热量外界对物体做功内能增加物体放出热量物体对外界做功内能减少2.几种特殊情况(1)若过程是绝热的，即 Q0，则 UW，物体内能的增加量等于外
6、界对物体做的功(2)若过程中不做功，即 W0，则 UQ，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即 U0，则 WQ(或 QW)，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)3判断是否做功的方法：一般情况下看物体的体积是否变化(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W0.|例题展示|【例 1】一定质量的实际气体从外界吸收了 4.2105 J 的热量，同时气体对外做了 6105 J 的功，问：(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)分子势能是增加还是减少？(3)分子的平均动能是增加还是减少？解析(1)气体从外界吸热，
7、故 Q4.2105 J，气体对外做功，故 W6105 J，由热力学第一定律有 UWQ(6105 J)(4.2105J)1.8105 J.U 为负，说明气体的内能减少了所以，气体内能减少了1.8105 J.(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少答案(1)减少 1.8105 J(2)增加(3)减少【例 2】(2019清远高二检测)如图所示，A、B 两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态 A 变化到状态 B 时()A气体内能一定增加B气体压强变大C气体对
8、外界做功D气体对外界放热解析 由题图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，故气体的内能不变，气体对外做功；由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量综上可知，C 对，A、B、D 错答案 C规 律 方 法应用热力学第一定律解题的方法(1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统(2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量(3)根据热力学第一定律 UQW 列出方程进行求解(4)特别注意物理量的正负号及其意义|对点训练|1下列说法正确的是()A物体放出热量，其内能一定减小B物体对外做功，其内能一定减小C物体吸收
9、热量，同时对外做功，其内能可能增加D物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变解析：选 C 根据热力学第一定律(公式 UQW)可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项 A、B 错误，选项 C 正确；物体放出热量同时对外做功，则 QW0，内能减小，选项 D 错误2(2019全国卷)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同此时，容器中空气的温度_(填“高于”“低于”或“等于”)外界
10、温度，容器中空气的密度_(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度解析：活塞光滑、容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由 UWQ 知，气体内能减少，温度降低气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度答案：低于 大于要点二 能量守恒定律、永动机不可能制成|要点归纳|1对能量守恒定律的理解(1)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，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能
11、转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能(2)与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律(3)能量守恒定律的重要意义找到了各种自然现象的公共量度能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法能量守恒定律与细胞学说、达尔文的进化论并称 19 世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见具有重大实践意义
12、，即彻底粉碎了永动机的幻想(4)能量守恒定律中的“转化”和“转移”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相等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相等2第一类永动机失败的原因分析：如果没有外界供给热量而对外做功，由 UWQ 知，系统内能将减小若想源源不断地做功，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|例题展示|【例 3】如图所示，直立容器的内部有被隔板隔开的 A、B 两部分气体，A 的密度小，B 的密度大抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合设在此过程中气体吸热 Q，气体内能的增量为 E，则()AEQ BEQ
13、DE0解析 抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀分布，其重心升高，重力势能增加由能量守恒定律知，增加的重力势能由内能转化而来，所以内能的增量小于吸收的热量，故选项 B正确答案 B规 律 方 法利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒的观点求解|对点训练|3(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是()A第一类永动机是不消耗任何能量却可源源不断地对外做功的机器B第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C第一类永动机不能制成的原因是技术问题D第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律解析：选
14、AD 第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因4如图，容器 A、B 各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定A、B 的底部由带阀门K 的管道相连，整个装置与外界绝热原先 A 中水面比 B 中的高，打开阀门，使 A 中的水逐渐向 B 中流动，最后达到平衡在这个过程中()A大气压对水不做功，水的内能减少B水克服大气压做功，水的内能减少C大气压对水不做功，水的内能不变D大气压对水不做功，水的内能增加解析：选 D 打开阀门 K，使 A 中的水逐渐流向 B 中，最后水面持平，A 中水面下降 hA，B 中水面上升 hB，相当于 A 中SAhA 体积的水移到 B 中，且 SAhASBhB，这部分水的重心降低，重力对水做正功，重力势能减小了大气压力做功情况是大气压对 A 容器中的水做正功，对 B 容器中的水做负功所以，大气压力对水做的总功为 p0SAhAp0SBhB，由于 SAhASBhB，所以大气压对水做的总功为零，又由于系统绝热，与外界没有热交换，只有水重力做功，重力势能转化为内能，故选项 D 正确课堂小结word部分：请做：课时分层训练练规范、练能力、学业过关点此进入该word板块