,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,*,第,3,讲热力学第一定律能量守恒定律,第3,节,热力学第一定律能量守恒定律,编号：,34,第3节热力学第一定律能量守恒定律编号：34,1.内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的,与外界对它所做的,的和.,2.数学表达式：,U,.,一、热力学第一定律,热量,功,Q,W,预习导航,1.内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的一、热力,二、能量守恒定律,1.大量事实表明，各种形式的能量可以相互转化，并且在转化过程中总量保持,.,2.能量既不能凭空,，也不能凭空,，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，在转化和转移的过程中，能量的总量,.,3.能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一.,不变,产生,消失,保持不变,二、能量守恒定律1.大量事实表明，各种形式的能量可以相互转化,三、永动机不可能制成,1.第一类永动机：人们把设想的不消耗,的机器称为第一类永动机.,2.第一类永动机由于违背了,，所以不可能制成.,能量,能量守恒定律,三、永动机不可能制成1.第一类永动机：人们把设想的不消耗,探究,一、热力学第一定律,1.对热力学第一定律的理解,(1)对,U,W,Q,的理解：做功和热传递都可以改变内能，如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对系统所做的功,W,加上物体从外界吸收的热量,Q,等于系统内能的增加,U,，即,U,Q,W,.,新课探究,探究一、热力学第一定律1.对热力学第一定律的理解新课探究,(2)对,U,、,Q,、,W,符号的规定,功,W,：外界对系统做功，,W,0，即,W,为正值；,系统对外界做功，,W,0；,系统放热为负，,Q,0，即,U,为正值；,系统内能减少，,U,0，即,U,为负值.,(2)对U、Q、W符号的规定,2.判断是否做功的方法,一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否变化.,(1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，,W,0.,2.判断是否做功的方法,例1,空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2,10,5,J的功，同时空气的内能增加了1.5,10,5,J，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,W,2,10,5,J，,U,1.5,10,5,J，代入上式得,Q,U,W,1.5,10,5,J2,10,5,J5,10,4,J.,例1空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2105 J的,负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5,10,4,J.,答案,5,10,4,J,负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5104,借题发挥,应用热力学第一定律解题的一般步骤,(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.,(3)根据热力学第一定律,U,Q,W,列出方程进行求解.,(4)特别注意的是物理量的正负号及其物理意义.,借题发挥应用热力学第一定律解题的一般步骤,针对训练,1,一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了,8,10,4,J,的功，气体的内能减少了,1.2,10,5,J,，则下列各式中正确的是,(,),A.,W,8,10,4,J,，,U,1.2,10,5,J,，,Q,4,10,4,J,B.,W,8,10,4,J,，,U,1.2,10,5,J,，,Q,2,10,5,J,C.,W,8,10,4,J,，,U,1.2,10,5,J,，,Q,2,10,4,J,D.,W,8,10,4,J,，,U,1.2,10,5,J,，,Q,4,10,4,J,针对训练1一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了810,解析,因为外界对气体做功，,W,取正值，即,W,8,10,4,J；内能减少，,U,取负值，即,U,1.2,10,5,J；根据热力学第一定律,U,W,Q,，可知,Q,U,W,1.2,10,5,J8,10,4,J2,10,5,J，B选项正确.,答案,B,解析因为外界对气体做功，W取正值，即W8104 J；内,针对训练,2,.一定量的气体从外界吸收了2.6,10,5,J的热量，内能增加了4.2,10,5,J.,(1)是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？,解析,根据,U,W,Q,得,W,U,Q,，将,Q,2.6,10,5,J，,U,4.2,10,5,J代入式中得：,W,1.6,10,5,J0，说明外界对气体做了1.6,10,5,J的功.,答案,见解析,针对训练2.一定量的气体从外界吸收了2.6105 J的热量,(2)如果气体吸收的热量仍为2.6,10,5,J不变，但是内能增加了1.6,10,5,J，计算结果,W,1.0,10,5,J，是负值，怎样解释这个结果？,解析,如果吸收的热量,Q,2.6,10,5,J，内能增加了1.6,10,5,J，即,U,1.6,10,5,J，则,W,1.0,10,5,J，说明气体对外界做功.,答案,见解析,(2)如果气体吸收的热量仍为2.6105 J不变，但是内能,(3)在热力学第一定律,U,W,Q,中，,W,、,Q,和,U,为正值、负值各代表什么物理意义？,解析,在公式,U,W,Q,中，,U,0，物体内能增加；,U,0，物体吸热；,Q,0，外界对物体做功；,W,0，物体对外界做功.,答案,见解析,(3)在热力学第一定律UWQ中，W、Q和U为正值、负,针对训练,3.,关于内能的变化，以下说法正确的是(),A.物体吸收热量，内能一定增大,B.物体对外做功，内能一定减少,C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变,D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变,针对训练3.关于内能的变化，以下说法正确的是(),解析,根据热力学第一定律,U,W,Q,，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A错；,物体对外做功，还有可能吸收热量，内能可能不变或增大，B错，C正确；,放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误.,答案,C,解析根据热力学第一定律UWQ，物体内能的变化与做功及,探究,二、能量守恒定律,1.不同形式的能量之间可以相互转化,(1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机械能，分子热运动对应内能等.,(2)不同形式的能量之间可以相互转化，如,“,摩擦生热,”,机械能转化为内能，,“,电炉取热,”,电能转化为内能等.,探究二、能量守恒定律1.不同形式的能量之间可以相互转化,2.能量守恒定律及意义,各种不同形式的能之间相互转化或转移时能量的总量保持不变.,意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更普遍，是19世纪自然科学的三大发现之一.,2.能量守恒定律及意义,3.第一类永动机是不可能制成的,(1)不消耗能量而能源源不断地对外做功的机器，叫第一类永动机.因为第一类永动机违背了能量守恒定律，所以无一例外地归于失败.,(2)永动机给我们的启示,人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.,3.第一类永动机是不可能制成的,例2,如图1所示，直立容器内部被隔板隔开的,A,、,B,两部分气体，,A,的密度小，,B,的密度大，加热气体，,并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为,Q,，,气体内能的增量为,U,，则(),A.,U,Q,B.,U,Q,D.无法比较,图,1,例2如图1所示，直立容器内部被隔板隔开的A、B图1,解析,因,A,部分气体密度小，,B,部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量,Q,有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能.故正确答案为B.,答案,B,解析因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象,针对训练,4.,自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是(),A.机械能守恒,B.能量正在消失,C.只有动能和重力势能的相互转化,D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒,针对训练4.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是,解析,自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能等于克服阻力做的功，增加了内能.,答案,D,解析自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机,探究,三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用,气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积.注意三种特殊过程的特点：,1.等温过程：内能不变，,U,0,2.等容过程：体积不变，,W,0,3.绝热过程：,Q,0,探究三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用气体实验定律和,例3,如图2所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质,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,，活塞的下面吊着一个重为,G,的物,体，大气压强恒为,p,0,，起初环境的热力学温度为,T,0,时，活塞到汽缸底面的距离为,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0.1,L,，汽缸中的气体吸收的热量为,Q,.求：,图2,例3如图2所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质图2,(1)汽缸内部气体内能的增量,U,；,密封气体对外做功,W,pS,0.1,L,由热力学第一定律,U,Q,W,得,U,Q,0.1,p,0,SL,0.1,LG,答案,Q,0.1,p,0,SL,0.1,LG,(1)汽缸内部气体内能的增量U；密封气体对外做功WpS,(2)最终的环境温度,T,.,解析,该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有,解得,T,1.1,T,0,答案,1.1,T,0,(2)最终的环境温度T.解析该过程是等压变化，由盖吕萨克,针对训练,5.,如图,3,所示，两个截面积都为,S,的圆柱形容器，右边容器高为,H,，上端封闭，,左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动,的质量为,M,的活塞,.,两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的,.,开始时阀门关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为,H,，右边容,图,3,针对训练5.如图3所示，两个截面积都为S图3,器内为真空,.,现将阀门缓慢,打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时理想气体的温度增加为原来的,1.4,倍，已知外界大气压强为,p,0,，求此过程中气体内能的增加量,.,器内为真空.现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到新,解析,理想气体发生等压变化,.,设封闭气体压强为,p,，分析活塞受力有,pS,Mg,p,0,S,设气体初态温度为,T,，活塞下降的高度为,x,，系统达到新平衡，由盖,吕萨克定律得,解析理想气体发生等压变化.设封闭气体压强为p，分析活塞受力,又因系统绝热，即,Q,0,外界对气体做功为,W,pSx,