《熱力學(xué)第一定律　能量守恒定律》 市賽獲獎

熱力第一定律能量守恒定律[目標(biāo)定位]

1.理解熱力學(xué)第一定律，并掌握其表達(dá)式．2.能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題．3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律．4.知道第一類永動機(jī)是不可能制成的.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)?、永動機(jī)不可能制成1．第一類永動機(jī)：人們把設(shè)想的不消耗的機(jī)器稱為第一類永動機(jī)．2．第一類永動機(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．對熱力學(xué)第一定律的理解(1)對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ΔU、Q、W符號的規(guī)定①功W：外界對系統(tǒng)做功，W>0，即W為正值；系統(tǒng)對外界做功，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)對外界做功，W<0；(2)若系統(tǒng)體積變小，表明外界對系統(tǒng)做功，W>0.例1空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中，活塞對空氣做了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；外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外所做的功．(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)號及其物理意義．針對訓(xùn)練一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了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怏w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)動形式都有對應(yīng)的能，如機(jī)械運(yùn)動對應(yīng)機(jī)械能，分子熱運(yùn)動對應(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．第一類永動機(jī)是不可能制成的(1)不消耗能量能源源不斷地對外做功的機(jī)器，叫第一類永動機(jī)，其前景是誘人的．但因?yàn)榈谝活愑绖訖C(jī)違背了能量守恒定律，所以無一例外地歸于失?。?2)永動機(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3－2、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 (

) A．ΔU＝Q B．ΔU<Q C．ΔU>Q D．無法比較 答案B圖3－2、3－1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能，另一部分增加內(nèi)能．故正確答案為B.例3第一類永動機(jī)是不可能制成的，這是因?yàn)榈谝活愑绖訖C(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)熱氣缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，輕質(zhì)活塞可無摩擦地上下移動，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