1、第二节 热力学第一定律第三节 能量守恒定律第三章 热力学基础学习目标1.理解热力学第一定律的内容及物理意义 2会用热力学第一定律分析、解释有关的物理问题 3理解能量守恒定律及其重要意义 4知道第一类永动机不可能制成的原因 第三章 热力学基础一、热力学第一定律 1改变内能的方式：_和_ 2功和内能的关系：若物体不存在热传递，当_对它做功时，它的内能_，关系式为W_；若物体对外做功，则W0，U0，表明内能_ 3热传递和内能的关系：若物体既不对外做功，外界对物体也不做功，当物体从外界吸收热量Q时，它的内能_关系式为Q_；若物体向外放出热量，则Q0，U0，表明内能_ 做功热传递外界增加U减少增加U减少
2、4热力学第一定律 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加U就等于物体_的热量Q和_做的功W之和 想一想 1.如果一个物体从外界吸收了热量，它的温度一定升高吗？提示：不一定，影响物体内能的因素有做功和热传递，如果物体在吸收热量的同时又对外做功，物体的温度有可能升高、不变或降低 吸收外界对物体二、热力学第一定律应用举例 1理想气体的特点(1)理想气体的微观模型忽略了分子之间的作用力，忽略了_，所以理想气体的内能等于分子热运动的_总和(2)理想气体的内能只跟_和物质的量有关，与体积_ 分子势能动能温度无关2热力学第一定律对理想气体应用分析(1)等压过程 理想气体在等压膨胀过程
3、中从外界_热量，一部分用来_气体内能，另一部分用来对外做功，在等压压缩过程中，向外界_热量，_的热量等于外界对气体做的功与气体内能减少量之和(2)等容过程 理想气体在等容过程中，从外界吸收的热量等于气体内能的_，向外界放出的热量等于气体内能的_ 吸收增加放出放出增加减少(3)等温过程 理想气体在等温过程中，从外界吸收的热量_对外界做的功，向外界放出的热量_外界对气体做的功 想一想 2.对于一个绝热过程，外界对物体做功20 J，物体内能改变了多少？对于一个无做功的过程，若外界对物体传递20 J的热量，物体内能改变了多少？能否说20 J的功等于20 J的热量？提示：无论外界对物体做功20 J，还是
4、外界给物体传递20 J的热量，物体内能都增加20 J，说明做功和热传递对改变内能是等效的，不能说20 J的功等于20 J的热量，因为功与热量具有本质区别等于等于三、能量守恒定律 1大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中_ 2能量守恒定律：能量既不会凭空_，也不会凭空_，它只能从一种形式_为另一种形式，或者从一个物体_到另一个物体；在转化和转移的过程中其总量_ 3能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的规律之一它和细胞学说、达尔文的生物进化论一起称为19世纪自然科学的三大发现守恒产生消失转化转移不变四、第一类永动机是不可能造成的 1第一类永动机：不需要任何_或_却能不断对外_的机
5、器 2第一类永动机的设想由于违背了_，所以不可能制成 想一想 3.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？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？提示：不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量 动力燃料做功能量守恒定律对热力学第一定律的理解1热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律应用时各量的单位应统一 2公式UQW中的有关问题 符号 W Q U 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 注
6、：一般情况下外界对物体做不做功，需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.(2)若物体体积变小，外界对物体做功，W0.3几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加(2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ.(单选)分别以p、V、T表示气体的压强、体积、温度一定质量的理想气体，其初始状态表示为(p0、V0、T0)，若分别经历如下两种变化过程：从(p0、V0、T0)变为(p1、V1、T1)的过程中，温度保持不变(T1T0)；从(p0、V0、T0
7、)变为(p2、V2、T2)的过程中，既不吸热，也不放热在上述两种变化过程中，如果V1V2V0，则()Ap1p2，T1T2 Bp1p2，T1T2 Cp1p2，T1T2Dp0p2，T1T2 A解析 气体状态从(p0、V0、T0)变为(p2、V2、T2)的过程中，既不吸热，也不放热，则 Q0，由于 V2V0，气体膨胀对外做功，则 W0，由热力学第一定律可知，其内能减小，则 T0T2，由于 T0T1，故 T1T2；由理想气体状态方程，两个变化过程分别满足：p0V0p1V1 p0V0T0 p2V2T2 又 V1V2 由联立得：p2T0p1T2，因为 T0T2，所以 p2p1，A选项正确方法总结(1)理想
8、气体的内能完全由温度决定；(2)注意应用p0V0T0 p2V2T2 分析状态参量的变化(3)应用热力学第一定律解题的思路与步骤 首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 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 根据热力学第一定律 UQW 列出方程进行求解 特别注意的是物理量的正、负号及其物理意义1(2013高考浙江自选模块)一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A，其体积V与温度T的关系如图所示图中TA、VA和TD为已知量 (1)从状态A到B，气体经历的是_过程(填“等温”、“等容”或“等压”)；(2)从B到
9、C的过程中，气体的内能_(填“增大”、“减小”或“不变”)；(3)从C到D的过程中，气体对外_(填“做正功”、“做负功”或“不做功”)，同时_(填“吸热”或“放热”)；(4)气体在状态D时的体积VD_ 等容不变做负功放热TDTAVA解析：(1)由题图可知，从状态 A 到 B，气体体积不变，故是等容变化；(2)从 B 到 C 温度 T 不变，即分子平均动能不变，对理想气体即内能不变；(3)从 C 到 D 气体体积减小，外界对气体做正功，W0，所以气体对外做负功，同时温度降低，说明内能减小，由热力学第一定律 UWQ 知气体放热；(4)从 D 到 A 是等压变化，由VATAVDTD得 VDTDTAV
10、A.1不同形式的能量之间的转化(1)自然界中能量的存在形式：物体运动具有机械能、分子热运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应(2)不同形式的能量之间的转化：“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能；汽缸内燃油燃烧释放的内能通过燃气推动活塞做功而转化为机械能等这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的 能量守恒定律的理解与应用2能量守恒定律的应用(1)能量守恒定律是支配整个自然
11、界运动、发展、变化的普遍规律，热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现(2)能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程(3)用能量守恒定律解题的方法 首先分析有哪几种形式的能在参与转化分别列出增加的能量与减少的能量的表达式 利用E增E减列式求解(双选)如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关能的转化的说法中正确的是()A子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能 B子弹的动能一部分转变成了沙箱和子弹的势能 C子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能 D子弹的动能一部分转变成了沙箱和子弹的内能 思路点拨 在子弹打入沙箱的过程中，由于打入一定深度，阻力做
12、功，其结果是一部分动能转化为内能，然后由能量守恒定律分析判断 解析 在子弹打入沙箱的过程中，沙箱对子弹的阻力使子弹动能减少，同时子弹对沙箱的作用力使沙箱获得动能而子弹打入沙箱有一定深度，阻力在此过程中使一部分动能转化为内能；之后，子弹和沙箱作为一个整体以某一初动能升高，又变为重力势能，由此可知，选项B、D正确 答案 BD C2(单选)如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，初温相同A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂现只让它们吸热，当它们升高相同的温度时，吸热分别为QA、QB，则()AQAQB BQAQBD无法确定 解析：A、B升高相同的温度，根据Qcmt可知，升温需要的能量是相同的由于受热膨胀，A的
13、重心升高，重力势能增加，吸热QA一部分用于升温，一部分用于增加重力势能Ep，即QAQEp；B的重心降低，重力势能减小，吸热QB和减少的重力势能Ep共同用于升温，即QQBEp，显然QAQB.故选C.热力学第一定律与理想气态 方程的综合应用 范例(双选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A加热压缩，温度一定升高，压强一定增大 B加热膨胀，温度一定升高，压强一定减小 C若温度降低，压强增大，则一定吸收热量 D若膨胀过程中压强增大，则一定吸收热量 AD解析 对 A 项：加热Q0压缩W0 UQW U 又 UT压缩VpV/TCp，故 A 正确 对 B 项：加热Q0膨胀W0 UQW U 无法确定，T 无法确定，由pVT C 知，p 变化无法确定，故 B 错误 对 C 项：Tp pV/TCV，T U0 UQWQ0，放热，故 C 错误 对 D 项：膨胀Vp pV/TCT，又VW0 UQWQ0，吸热，故 D 正确名师归纳 在解决热力学第一定律 UQW 与气态方程pVT C 的综合问题时首先明确两个关系：(1)做功 W 与气体体积变化的关系(2)内能变化 U 与气体温度变化的关系然后根据pVT C 讨论p 的变化，根据 UQW 讨论吸放热