人教版－3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律（20張）

第十章熱力學(xué)定律10.3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律高中物理·選修3-3·人教版一、熱力學(xué)第一定律1．定律內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的_______與外界對(duì)它所做的_______的和．2．?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU＝__________.熱量功Q＋W二、能量守恒定律1．大量事實(shí)表明，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中總量保持________．2．能量既不能憑空________，也不能憑空_______，它只能從一種形式_______成另一種形式，或者從一個(gè)物體_______到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量__________．3．能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的規(guī)律之一．不變產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變?nèi)?、永?dòng)機(jī)不可能制成1．第一類永動(dòng)機(jī)：人們把設(shè)想的不消耗________的機(jī)器稱為第一類永動(dòng)機(jī)．2．第一類永動(dòng)機(jī)由于違背了_______________，所以不可能制成．能量能量守恒定律一、熱力學(xué)第一定律1．對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解

(1)對(duì)ΔU＝W＋Q的理解：做功和熱傳遞都可以改變內(nèi)能，如果系統(tǒng)跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.(2)對(duì)ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定①功W：外界對(duì)系統(tǒng)做功，W>0，即W為正值；系統(tǒng)對(duì)外界做功，W<0，即W為負(fù)值．②熱量Q：系統(tǒng)吸熱為正：Q>0；系統(tǒng)放熱為負(fù)：Q<0.③內(nèi)能變化：系統(tǒng)內(nèi)能增加，ΔU>0，即ΔU為正值；系統(tǒng)內(nèi)能減少，ΔU<0，即ΔU為負(fù)值．2．判斷是否做功的方法 一般情況下外界對(duì)系統(tǒng)做功與否，需看系統(tǒng)的體積是否變化．

(1)若系統(tǒng)體積增大，表明系統(tǒng)對(duì)外界做功，W<0；

(2)若系統(tǒng)體積變小，表明外界對(duì)系統(tǒng)做功，W>0.【例1】空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中，活塞對(duì)空氣做了2×105J的功，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5×105J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？ 答案5×104J

解析選擇被壓縮的空氣為研究對(duì)象，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q.

由題意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得

Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J.

負(fù)號(hào)表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5×104J.

借題發(fā)揮應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟(1)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)．(2)分別列出物體或系統(tǒng)吸收或放出的熱量；外界對(duì)物體或系統(tǒng)所做的功或物體或系統(tǒng)對(duì)外所做的功．(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解．(4)特別應(yīng)注意的就是物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義．針對(duì)訓(xùn)練一定量的氣體在某一過程中，外界對(duì)氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是 (

)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＝－4×104J答案B

解析因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W＝8×104J；內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU＝－1.2×105J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，B選項(xiàng)正確．二、能量守恒定律1．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化

(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能，分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)內(nèi)能等．

(2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，如“摩擦生熱”機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，“電爐取熱”電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等．2．能量守恒定律及意義 各種不同形式的能之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)保持總量不變． 意義：一切物理過程都適用，比機(jī)械能守恒定律更普遍，是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一．3．第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的

(1)不消耗能量能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器，叫第一類永動(dòng)機(jī)，其前景是誘人的．但因?yàn)榈谝活愑绖?dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，所以無一例外地歸于失?。?/p>

(2)永動(dòng)機(jī)給我們的啟示 人類利用和改造自然時(shí)，必須遵循自然規(guī)律．【例2】如圖10－3－1所示，直立容器內(nèi)部被隔板隔開的A，B兩部分氣體，A的密度小，B的密度大，加熱氣體，并使兩部分氣體混合均勻，設(shè)此過程中氣體吸熱為Q，氣體內(nèi)能的增量為ΔU，則 (

)圖10－3－1 A．ΔU＝Q B．ΔU<Q C．ΔU>Q D．無法比較答案B解析因A部分氣體密度小，B部分氣體密度大，以整體氣體為研究對(duì)象，開始時(shí)，氣體的重心在中線以下，混合均勻后，氣體的重心應(yīng)在中線上，所以有重力做負(fù)功，使氣體的重力勢(shì)能增大，由能量守恒定律可知，吸收的熱量Q有一部分增加氣體的重力勢(shì)能，另一部分增加內(nèi)能．故正確答案為B.【例3】第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，這是因?yàn)榈谝活愑绖?dòng)機(jī) (

) A．不符合機(jī)械能守恒定律

B．違背了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律

C．沒有合理的設(shè)計(jì)方案

D．找不到合適的材料 答案B三、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合點(diǎn)是溫度和體積．注意三種特殊過程的特點(diǎn)：1．等溫過程：內(nèi)能不變，ΔU＝02．等容過程：體積不變，W＝03．絕熱過程：Q＝0【例4】如圖所示，倒懸的導(dǎo)熱汽缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，輕質(zhì)活塞可無摩擦地上下移動(dòng)，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個(gè)重為G的物體，大氣壓強(qiáng)恒為p0，起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0時(shí)，活塞到汽缸底面的距