1、学案 2 热力学第一定律 学案 3 能量守恒定律 学习目标定位1.理解热力学第一定律及其符号规定.2.能运用热力学第一定律讨论理想气 体等压、等容和等温过程的能量转换关系.3.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普 遍遵从的基本规律.4.知道第一类永动机是不可能造成的 1改变物体内能的两种方式：做功和 热传递两者在改变系统内能方面是等效的 2物体的内能是物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，物体的内能跟物体 的温度、体积和物质的量有关 一、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 就等于物体吸收的热量 Q 和外界对物体做的功 W 之和即
2、U Q W. 二、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，忽略了分子势能，所以理想气体的内 能等于分子热运动动能的总和 2理想气体的内能只跟温度和物质的量有关，与体积无关 三、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成为 另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变 四、第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 五、第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律. 一、热力学第一定律 问题设计 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经过对 它做功的方法，还是使用
3、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效的，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 U 应该是多少？ 答案 系统内能的增量 U Q W. 要点提炼 1热力学第一定律的表达式： U Q W. 2对公式 U Q W 符号的规定 符号 W Q U 外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 3.三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，即 Q0，则 W U，外界对物体做的功等于物体内能的增加 (2)若过程中外界没有对物体做功，即 W0，则 Q
4、 U，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 W Q0 或 W Q，外界对物体做 的功等于物体放出的热量 二、热力学第一定律应用举例 问题设计 你能应用热力学第一定律讨论理想气体在等压膨胀过程的能量转换关系吗？ 答案 设一定质量的理想气体，保持压强不变，由( V1， T1)变为( V2， T2)，而且 V1 V2. 由盖吕萨克定律 及 V1 V2知 T1 T2. V1T1 V2T2 因气体膨胀( V1 V2)，则气体对外做功， W0. 因气体温度升高( T1 T2)，则气体的内能增加 U0. 由热力学第一定律 U W Q 可知 Q U W0.即系
5、统由外界吸收热量，系统吸收的热 量一部分用来增加内能，一部分转化为气体对外所做的功 要点提炼 1等压过程中的能量转换 (1)等压膨胀：由于 W0， U0，则 Q U W0，即气体吸收的热量一部分用来增加 内能，另一部分转化为气体对外所做的功 (2)等压压缩：由于 W0， U0，则 Q U W0，即气体对外界放热，放出的热量等 于外界对气体所做的功与气体内能减小量之和 2等容过程中的能量转换 (1)温度升高：由于 U0， W0，则 Q U，即气体从外界吸收的热量全部用于增加气 体的内能 (2)温度降低，由于 U0， W0，则 Q U，即气体向外界放出的热量等于气体内能的 减少量 3等温过程中的能
6、量转化 (1)等温膨胀：由于 W0， U0，则 Q W0，即气体从外界吸收的热量全部转换为气 体对外所做的功 (2)等温压缩：由于 W0， U0，则 Q W0，即外界对气体所做的功全部转换为气体 传给外界的热量 三、能量守恒定律 问题设计 使热力学系统内能改变的方式是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？ 答案 能量的总量保持不变 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相等 (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增
7、加，且减少量和增加量一定相等 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第一类永动机违背了能量守恒定律 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 一、热力学第一定律 例 1 (双选)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 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
8、变化 答案 CD 例 2 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了 2105J 的功，同时空气的内能增加了 1.5105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？ 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 U W Q. 由题意可知 W210 5J， U1.510 5J，代入上式得： Q U W1.510 5J210 5J510 4J. 负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为 5104J. 答案 510 4J 二、热力学第一定律与气体实验定律的结合 例 3 如图 1 所示，倒悬的导热气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
9、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，活塞到气缸底面的距离为 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，气缸中的气体吸收的热量为 Q.求： 图 1 (1)气缸内部气体内能的增量 U； (2)最终的环境温度 T. 解析 (1)密封气体的压强 p p0( G/S) 密封气体对外做功 W pS0.1L 由热力学第一定律得 U Q W 得 U Q0.1 p0SL0.1 LG (2)该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有 LST0 L 0.1L ST 解得 T1.1 T0 答案 (1) Q0.1 p0SL0.1 LG (2)1.1
10、T0 三、能量守恒定律 例 4 (单选)下列对能量守恒定律的认识错误的是( ) 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 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，A、B 选项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减少，但机械能并没有消
11、失，能量守恒定律表明能量 既不能创生，也不能消失，故 D 错误故选 D 项 答案 D 例 5 (单选)“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 答案 B 1(热力学第一定律)(单选)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了 8104J 的功， 气体的内能减少了 1.2105J，则根据热力学第一定律，下列各式中正确的是( ) A W810 4J， U1.210 5J， Q410 4J B W810 4J， U1.210 5J， Q210 5J C W810 4J， U1.210 5
12、J， Q210 4J D W810 4J， U1.210 5J， Q410 4J 答案 B 解析 因为外界对气体做功， W 取正值，即 W810 4J；内能减少， U 取负值，即 U1.210 5J；根据热力学第一定律 U W Q，可知 Q U W1.210 5J810 4J210 5J，即 B 选项正确 2(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)(双选)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( ) 图 2 A气体对外界做功，内能减少 B气体不做功，内能不
13、变 C气体压强变小，温度降低 D气体压强变小，温度不变 答案 BD 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 3(能量守恒定律)(单选)下面设想不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做一条没有动力系统的船，在水面上行驶 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 答案 A 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 不符合船能利用水流的能量行驶，飞机可利用光 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、C 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 符合故选 A 项
