78知識(shí)講解熱力學(xué)第一定律

1、【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.2.3.4.5.6.7.熱力學(xué)第一定律知道物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能的總和.知道物體內(nèi)能的變化量可以由做功的數(shù)值來量度.通過焦耳的實(shí)驗(yàn)的觀察，分析和思考，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和想象能力. 能區(qū)別功和內(nèi)能.做功與內(nèi)能變化的關(guān)系.知道熱傳遞及熱傳遞的三種方式以及熱傳遞的實(shí)質(zhì). 知道熱傳遞與內(nèi)能變化的關(guān)系，理解熱功當(dāng)量。 知道做功和熱傳遞對(duì)改變物體內(nèi)能的等效結(jié)果.8.9.10會(huì)用表達(dá)式 U=W+Q對(duì)問題進(jìn)行分析和計(jì)算；11掌握能量守恒定律，理解定律的重要意義，會(huì)用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象;12能綜合運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)，用能量守恒定律對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行計(jì)算、分析

2、；13. 了解第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因.明確溫度、熱量、功和內(nèi)能四個(gè)物理量的區(qū)別和聯(lián)系. 掌握熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式，能夠從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解定律；【要點(diǎn)梳理】 要點(diǎn)一、功和內(nèi)能1. 熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)一一焦耳實(shí)驗(yàn)(1 )方法：在水中放置葉片，葉片上纏繞兩根繩子，每根繩子各跨過一滑輪，且分別懸掛一個(gè)重 物，盛水的容器用絕熱性能良好的材料包好如圖所示，當(dāng)重物下落時(shí)便帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，容器中的水 受葉片的攪動(dòng)，水由于摩擦而溫度上升.車將P案驗(yàn)丸莖全481僂耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝(2 )結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同.2. 利用電流的熱效應(yīng)給水加熱的實(shí)驗(yàn)flS虞計(jì)

3、T發(fā)電機(jī)15?進(jìn)家藝割 ”蘭L屯熱童重物使發(fā)電機(jī)發(fā)電、電流 通過電阻使液體溫度升高(1 )方法：如圖所示，禾U用降落的重物使發(fā)電機(jī)發(fā)電.電流通過浸在液體的電阻絲.弓I起液體溫 度上升（2）結(jié)論：對(duì)同一個(gè)系統(tǒng)，在絕熱過程中，只要所做的電功相等，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同， 即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同3內(nèi)能（1）內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和內(nèi)能類比于重力做功與路徑無關(guān)，僅由物體初、末位置決定而熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界 對(duì)系統(tǒng)所做的功也僅由初、末狀態(tài)決定，與具體做功的過程和方法無關(guān)，我們認(rèn)識(shí)到。任何一個(gè)熱力 學(xué)系統(tǒng)必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量是系統(tǒng)的一種能

4、量，叫內(nèi)能（2）內(nèi)能變化和做功的關(guān)系系統(tǒng)由狀態(tài) 1在絕熱過程中達(dá)到狀態(tài) 2時(shí)，內(nèi)能的增加量 U U2U1 ，絕熱過程中：內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功當(dāng)外力做正功時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能增加，外力做 負(fù)功時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能減少，且內(nèi)能變化量等于外力所做的功（3）功和內(nèi)能的區(qū)別 功是能量轉(zhuǎn)化的量度，與內(nèi)能變化相聯(lián)系，是過程量，而內(nèi)能是狀態(tài)量，只有在內(nèi)能變化過程中 才有功物體內(nèi)能大，并不意味著做功多，只有內(nèi)能變化大，才意味著做功多（4）熱傳遞和內(nèi)能的改變 熱傳遞有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種形式熱傳遞和做功對(duì)改變系統(tǒng)的內(nèi)能來說是等效的系統(tǒng)在不對(duì)外做功，外界也不對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，系 統(tǒng)吸收的熱量為 Q 時(shí)則內(nèi)能增加量為 Q

5、系統(tǒng)對(duì)外界放出的熱量為 Q 時(shí)，則內(nèi)能減少 Q ，即 U Q 4物體的內(nèi)能及內(nèi)能的變化 物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的平均動(dòng)能和勢(shì)能之和，在微觀上由分子數(shù)和分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程 度和相互作用力決定，宏觀上體現(xiàn)為物體的溫度和體積，因此物體的內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量當(dāng)物體溫度變化時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度發(fā)生改變，分子平均動(dòng)能變化物體體積變化時(shí)，分子 間距變化，分子勢(shì)能發(fā)生變化因此物體內(nèi)能的變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程及方式無關(guān)5做功與內(nèi)能的變化 做功改變物體內(nèi)能的過程是將其他形式的能（如機(jī)械能）與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程，做功使物體內(nèi) 能發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)能改變了多少可用做功的數(shù)值來度量外界對(duì)物體做多少功，物體的內(nèi)

6、能就增加多 少；物體對(duì)外界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少壓縮氣體，外界對(duì)氣體做了功，氣體的內(nèi)能增加，氣體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)氣體做的功；氣 體膨脹，是氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小，氣體內(nèi)能的減少量等于氣體膨脹對(duì)外做的功實(shí)質(zhì)上， 對(duì)氣體我們還能從另一個(gè)方面來判斷， 那就是看氣體的體積， 被研究的氣體體積增大就一定對(duì)外做功； 氣體的體積減小，外界就一定對(duì)氣體做功在絕熱過程中，末態(tài)內(nèi)能大于初態(tài)內(nèi)能時(shí)， U 為正，形為正。外界對(duì)系統(tǒng)做功末態(tài)內(nèi)能小于 初態(tài)內(nèi)能時(shí) U 為負(fù)，形為負(fù)，系統(tǒng)對(duì)外界做功內(nèi)能和其他形式的能一樣，是狀態(tài)量，物體的狀 態(tài)一定時(shí)，它的內(nèi)能也一定和討論重力勢(shì)能一樣，我們能確定的只是內(nèi)能

7、的變化，因?yàn)槿魏螤顟B(tài)下 的內(nèi)能，只有在標(biāo)準(zhǔn)參考態(tài)的值確定后，才可能得出相應(yīng)的確定值，由此可知，要測(cè)得物體某一狀態(tài) 內(nèi)能的絕對(duì)值，是不可能的6內(nèi)能與機(jī)械能 物體的內(nèi)能與機(jī)械能是兩個(gè)不同的物理概念內(nèi)能是由大量分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相對(duì)位置所決 定的能機(jī)械能是物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)和物體形變所決定的能物體具有內(nèi)能的同時(shí)可具有機(jī)械能物體 的機(jī)械能在一定條件下可等于零，但物體的內(nèi)能不可能等于零，因?yàn)榉肿佑啦煌Ｏ⒌刈鰺o規(guī)則運(yùn)動(dòng)， 它們之間有相互作用內(nèi)能和機(jī)械能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，且總量保持不變.7.具體現(xiàn)象的分析如圖所示，大口玻璃瓶?jī)?nèi)有一些水，水的上方有水蒸氣，向瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時(shí)，觀察瓶?jī)?nèi) 的變化。規(guī)察

8、瓶塞跳出時(shí) 瓶?jī)?nèi)的變化解析：當(dāng)瓶塞跳出時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)瓶?jī)?nèi)的瓶口處有“白霧”產(chǎn)生.我們所選的研究對(duì)象是瓶?jī)?nèi)水 面上方的水蒸氣，在瓶塞跳出的過程中，是系統(tǒng)膨脹對(duì)外界做功，在這個(gè)過程中系統(tǒng)的內(nèi)能減少.瓶 內(nèi)的瓶口處的“白霧”實(shí)際上是瓶?jī)?nèi)的水蒸氣液化形成的無數(shù)小液滴，水蒸氣液化過程中內(nèi)能減少.要點(diǎn)二、熱和內(nèi)能1 熱傳遞(1) 熱傳遞 熱傳遞的定義高溫物體總是自發(fā)地把它的內(nèi)能傳遞給低溫物體，這種沒有做功而使物體內(nèi)能改變的現(xiàn)象稱為熱 傳遞.熱量從物體的一部分傳遞到另一部分，或從一物體傳遞到另一個(gè)物體的物理過程. 熱傳遞的方式熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射. 熱傳遞的條件是存在溫度差，最終結(jié)果是使物體的溫度一樣.

9、熱傳遞的規(guī)律是熱量從高溫物體傳向低溫物體.(2) 熱傳遞和內(nèi)能變化的關(guān)系系統(tǒng)在單純的傳熱過程中，內(nèi)能的增量U等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即 U Q .2.做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上的關(guān)系(1 )兩種方式的區(qū)別做功：其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化.當(dāng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時(shí)，必須通過物體的宏觀運(yùn)動(dòng)才能 實(shí)現(xiàn).熱傳遞：物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，即內(nèi)能從物體的一部分傳到另一部分，或從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè) 物體.它是在分子相互作用下，通過分子的微觀運(yùn)動(dòng)來達(dá)到內(nèi)能的改變的.物體間發(fā)生熱傳遞的必要 條件是存在溫度差.在熱傳遞過程中，內(nèi)能從高溫物體傳遞到低溫物體，使高溫物體內(nèi)能減少，低溫 物體內(nèi)能增加，最后達(dá)到溫度相等.

10、(2 )兩種方式的聯(lián)系做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，從它們改變內(nèi)能的最終結(jié)果看，兩者是等效的.3“溫度” “熱量” “功” “內(nèi)能”四個(gè)量的區(qū)別與聯(lián)系（1）內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定， 系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定， 要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種過程來完成而熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是 反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的，有過程，才有變化，離開過 程，就毫無意義就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能” ，根本不存在什么“熱量”和“功” ，因此，不能說 一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功” （ 2）熱量和溫度 熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的

11、量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的激烈程度的標(biāo)志雖 然熱傳遞的前提是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是能量，不是溫度。（ 3）熱量和功 熱量和功都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量還與一定量的功相當(dāng)，熱量可以 通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功功也可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量，但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別用做功來改變系統(tǒng)的內(nèi)能，是系統(tǒng)內(nèi)分子隨整體的有序運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為另一系統(tǒng)的分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 的過程，是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程用熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能，是通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射來完成的，它將分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，從一 個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)，這種轉(zhuǎn)移就是系統(tǒng)間內(nèi)能轉(zhuǎn)換的過程在只有熱傳遞的情況下

12、， 系統(tǒng)由狀態(tài) 1到達(dá)狀態(tài) 2，內(nèi)能4關(guān)于熱傳遞和物體內(nèi)能改變的關(guān)系的定量計(jì)算和定性分析 熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能物體吸收了熱量，分子熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈，分子平均動(dòng)能就增加， 物體的內(nèi)能就增大， 反之物體的內(nèi)能就減少增量為 U U2U1 ，吸收的熱量即 UQ ，也就是說：物體吸收熱量，內(nèi)能增加，物體放出熱量，內(nèi)能減少，并且內(nèi)能的變化量等于物體吸收或放出的熱量對(duì)于 Q cm t 應(yīng)明確其中各量的意義5功、熱量、內(nèi)能、溫度四個(gè)概念易混淆的問題 關(guān)于功、熱量、內(nèi)能、溫度四個(gè)物理量的概念易混淆的問題，我們區(qū)別四者的根據(jù)是功、熱量是 能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移的量度，是與內(nèi)能的變化相聯(lián)系的，是過程量；內(nèi)能是狀態(tài)量物體的

13、內(nèi)能大，并不意 味著物體一定會(huì)對(duì)外做功或向外傳遞熱量， 或者做的功多， 傳遞的熱量多 只有物體內(nèi)能的變化大時(shí)， 過程中做的功或傳遞的熱量才會(huì)多溫度只是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物體的內(nèi)能除與溫度有關(guān)外，還 與物體的質(zhì)量、體積、物態(tài)等因素有關(guān)，結(jié)合這些方面的聯(lián)系與區(qū)別進(jìn)行判斷才不易出錯(cuò)6熱傳遞的實(shí)質(zhì) 用熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能，是通過傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射來完成的，它將分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)從一個(gè) 系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)，這種轉(zhuǎn)移也就是系統(tǒng)間的內(nèi)能轉(zhuǎn)換的過程功是在沒有熱傳遞的過程中，系 統(tǒng)能量變化的量度；熱量是在沒有做功的過程中，系統(tǒng)能量變化的量度7對(duì)“熱功當(dāng)量”的理解1 cal熱量可以做功4.2 J”或“ 1 ca

14、l熱量等于對(duì)于熱功當(dāng)量的大小 J 4.2 J/cal，不能理解為“4.2 J的功”.因此，對(duì)于J 4.2 J/cal應(yīng)理解為“傳4.2 J使物體內(nèi)能的增加在效果上是相當(dāng)1 cal熱量相當(dāng)于（等效于）4.2 J功.熱功當(dāng)量的前提是做功和熱傳遞在改變內(nèi)能上的等效性，遞給物體1 cal的熱量使物體內(nèi)能的增加，與對(duì)物體做功的”也就是說，使物體內(nèi)能發(fā)生變化， 要點(diǎn)三、熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律1熱力學(xué)第一定律 （1）熱力學(xué)第一定律的研究對(duì)象 研究功、熱量跟內(nèi)能的變化之間的定量關(guān)系(2)熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式Q等于物體內(nèi)能的增加我們知道，做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能.在一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)

15、發(fā)生做功 和熱傳遞的過程，那么外界對(duì)物體所做的功彬加上物體從外界吸收的熱量U，即 U上式所表示的功、熱量跟內(nèi)能改變之間的關(guān)系，叫做熱力學(xué)第一定律.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熱量與外界對(duì)它所做的功的和，這個(gè)關(guān)系叫做熱 力學(xué)第一定律.般情況下，如果外界對(duì)一個(gè)物體做功 W，同時(shí)給物體傳遞熱量 Q，則該物體內(nèi)能的增加應(yīng)為兩者之和，這就是熱力學(xué)第一定律.2 .能量轉(zhuǎn)化和守恒定律(1) 不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化 自然界中能量的存在形式：物體運(yùn)動(dòng)具有機(jī)械能、分子運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能、電荷具有電能、原子核 內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng). 不同形式能

16、量之間的轉(zhuǎn)化：“摩擦生熱”是通過克服摩擦做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水壺中的水沸騰時(shí)水蒸氣對(duì)壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等，這些實(shí)例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的.(2) 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 人類通過對(duì)大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)得知，要獲得一種能量，一定需要利用另一種能量通過做 功的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，能量不能憑空產(chǎn)生，即不可能設(shè)計(jì)、創(chuàng)造出一種不消耗任何能量而能源源不斷地 對(duì)外做功的永動(dòng)機(jī). 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一 種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，這就

17、是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律.(3) 能量守恒定律的重要意義能的轉(zhuǎn)化和守恒是分析解決問題的一個(gè)極為重要的方法它比機(jī)械能守恒定律更普遍例如物體 在空中下落受到阻力時(shí)，物體的機(jī)械能不守恒，但包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量總是守恒的.3 永動(dòng)機(jī)不可能制成歷史上有名詒一種永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)如圖是歷史上有名的一種永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì).從圖上看，設(shè)計(jì)者為什么認(rèn)為這個(gè)機(jī)器會(huì)永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去？不用能量的概念，你能不能說明它不會(huì)永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去？解析這種永動(dòng)機(jī)是在一個(gè)輪子的邊緣等距地安裝12根活動(dòng)短桿，桿的自由端分別套上一個(gè)重球.無論輪子轉(zhuǎn)到什么位置，右邊的各個(gè)重球總比左邊的各個(gè)重球離軸心更遠(yuǎn)一些.設(shè)想，右邊甩過 去的重球作用在離軸較遠(yuǎn)的位置，就會(huì)迫

18、使輪子按照箭頭所示的方向永不停息地旋轉(zhuǎn)下去，至少轉(zhuǎn)到 輪軸磨壞時(shí)為止.但是，實(shí)際上輪子轉(zhuǎn)動(dòng)一兩圈后就停了下來，在這種永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，我們總可以 找到一個(gè)平衡位置，在這個(gè)位置上，各個(gè)力恰好相互抵消.不再有任何推動(dòng)力使它運(yùn)動(dòng).永動(dòng)機(jī)必然會(huì)在這個(gè)平衡位置上靜止下來,變成不動(dòng)機(jī)（1）第一類永動(dòng)機(jī)概念：不消耗能量的機(jī)器結(jié)果：無一例外地歸于失敗原因：違背能量守恒定律（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)律要點(diǎn)詮釋： 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn),使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到。任何一部機(jī)器,只要對(duì)外做功,都要消 耗能量,都只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,而不能無中生 有地

19、創(chuàng)造能量不消耗能量,卻可以源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器（第一類永動(dòng)機(jī)）是不可能制成的4運(yùn)用熱力學(xué)第一定律分析解決問題時(shí)對(duì)公式U Q W 中物理量符號(hào)的規(guī)定外界對(duì)系統(tǒng)做功， W 0，即形為正值； 系統(tǒng)對(duì)外界做功,也就是外界對(duì)系統(tǒng)做負(fù)功,WvO,即W為負(fù)值;外界對(duì)系統(tǒng)傳遞熱量，也就是系統(tǒng)從外界吸收熱量，Q 0，即Q為正值;外界對(duì)系統(tǒng)吸收熱量，也就是系統(tǒng)向外界放出熱量，Qv 0，即Q為負(fù)值;系統(tǒng)內(nèi)能增加， U 0，即 U為正值; 系統(tǒng)內(nèi)能減少， U v0，即 U為負(fù)值.1）在應(yīng)用過程中應(yīng)特別注意分清形W、Q 的正負(fù)號(hào),以便準(zhǔn)確地判斷U 的正、負(fù)（5）（6）5熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用中應(yīng)注意的問題2）幾種特殊

20、情況：若過程是絕熱的，則Q 0 , WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加若過程中不做功，即 W 0,則Q，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U 0，則W Q 0或W Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量6能量守恒定律的應(yīng)用（1）對(duì)能量守恒定律的理解和應(yīng)用的具體方法 某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等. 某一物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.（2）一般的解題步驟 首先應(yīng)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). 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

21、做的 功. 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 U Q W 列出方程進(jìn)行求解特別應(yīng)注意的就是物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義典型例題】類型一、功和內(nèi)能例1.要探究一個(gè)規(guī)律我們可以用實(shí)驗(yàn)法.如圖所示，在一個(gè)有機(jī)玻璃筒底放置少量易燃物，如 硝化棉或浸過乙醚的棉花等，迅速壓下筒中的活塞，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)筒底的物品燃燒起來，試解釋這一現(xiàn) 象.迅速下壓活靈【答案】見解析由于壓縮氣體做功，使氣體的內(nèi)能增加,【解析】產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是在活塞壓下來的過程中, 溫度升高達(dá)到了易燃物的燃點(diǎn)而導(dǎo)致的結(jié)果.舉一反三：【高清課堂：熱力學(xué)定律和能量守恒例2】【變式】100C的水完全變成100C的水蒸氣，則A .水分子的內(nèi)能增加B .水的內(nèi)能增加C

22、 .水所增加的內(nèi)能小于所吸收的熱量D 水所增加的內(nèi)能等于所吸收的熱量【答案】BC).【變式2】下列關(guān)于系統(tǒng)的內(nèi)能的說法正確的是（A .系統(tǒng)的內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的B .分子動(dòng)理論中引入的系統(tǒng)內(nèi)能和熱力學(xué)中引入的系統(tǒng)內(nèi)能是一致的C .做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，但單純地對(duì)系統(tǒng)傳熱不能改變系統(tǒng)的內(nèi)能D .氣體在大氣中絕熱膨脹時(shí)對(duì)外做了功，但氣體的內(nèi)能不變【答案】A、B【解析】系統(tǒng)的內(nèi)能是一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，所以是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，A對(duì)正因?yàn)閮?nèi)能是由于系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，所以分子動(dòng)理論中引入的內(nèi)能和熱力學(xué)中引入的內(nèi)能是一致的，B對(duì)做功和熱傳遞都可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，C錯(cuò)氣體絕熱膨脹時(shí)對(duì)外界

23、做了功，又因?yàn)榕c外界沒有熱交換，所以系統(tǒng)的內(nèi)能要減小，故D錯(cuò).【總結(jié)升華】分子動(dòng)理論中引入的系統(tǒng)內(nèi)能和熱力學(xué)中引入的系統(tǒng)內(nèi)能不僅是一致的，而且前者 為后者提供了微觀解釋.例2 .絕熱過程中，外界壓縮氣體做功A .氣體內(nèi)能一定增加20 JC 氣體內(nèi)能增加可能小于 20 J【思路點(diǎn)撥】絕熱過程中，功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度:20 J，下列說法中正確的是（）.B.氣體內(nèi)能增加必定小于 20 J D .氣體內(nèi)能可能不變W U【答案】A【解析】絕熱過程中，做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功，內(nèi)能就發(fā)生了多少變化. 【總結(jié)升華】絕熱過程中，功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度：W U舉一反三：【高清課堂：熱力學(xué)定律和能量守恒例

24、3】【變式1】一定質(zhì)量的空氣，從外界吸收了2000J的熱量，同時(shí)在2個(gè)大氣壓的恒定壓強(qiáng)下，體積由10L增大到14L，空氣的內(nèi)能增加了D. 2080JA. 880J B. 1192JC. 2000J【答案】【解析】2poSX2po V2 1.0(=1192J2000)J2000)J105 4 10 3 2000)J【變式2】金屬筒內(nèi)裝有與外界溫度相同的壓縮空氣，打開筒的開關(guān)，筒內(nèi)高壓空氣迅速向外逸 出，待筒內(nèi)外壓強(qiáng)相等時(shí)，立即關(guān)閉開關(guān).在外界保持恒溫的條件下，經(jīng)過一段較長(zhǎng)的時(shí)間后，再次 打開開關(guān)，這時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象是（）.A .筒外空氣流向筒內(nèi)B .筒內(nèi)空氣流向筒外C .筒內(nèi)外有空氣交換，處于動(dòng)態(tài)平

25、衡，筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變D .筒內(nèi)外無空氣交換【答案】B【解析】因高壓空氣急劇外逸時(shí)， 氣體來不及充分與外界發(fā)生熱交換，可近似看成絕熱膨脹過程,氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少，所以關(guān)閉開關(guān)后，筒內(nèi)氣體溫度較外界偏低，再經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間后，筒內(nèi)外 氣體溫度相同.對(duì)筒內(nèi)剩余氣體分析，屬等容升溫過程，壓強(qiáng)要升高，大于外界氣壓，所以再打開開 關(guān)時(shí)，筒內(nèi)氣體要流向筒外.【總結(jié)升華】對(duì)筒內(nèi)氣體的變化分兩個(gè)過程研究，先絕熱膨脹，再等容升溫經(jīng)過一段時(shí)間后，瓶?jī)?nèi)外形成一定的壓強(qiáng)差.例3.如圖所示，活塞將汽缸分成甲、 乙兩氣室，汽缸、活塞（連同拉桿）是絕熱的，且不漏氣.用).E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿

26、緩慢向外拉的過程中（A . E甲不變，E乙減小 B . E甲不變，E乙增大C. E甲增大，E乙不變 D. E甲增大，E乙減小【思路點(diǎn)撥】明確甲、乙兩氣室的氣體都經(jīng)歷的是絕熱過程，內(nèi)能的改變?nèi)Q于做功的情況.【答案】D【解析】本題解題的關(guān)鍵是明確甲、乙兩氣室的氣體都經(jīng)歷的是絕熱過程，內(nèi)能的改變?nèi)Q于做 功的情況.對(duì)甲室內(nèi)的氣體，在拉桿緩慢向外拉的過程中，活塞左移，壓縮氣體，外界對(duì)甲室氣體做 功，其內(nèi)能應(yīng)增大；對(duì)乙室內(nèi)的氣體，活塞左移，氣體膨脹，氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能應(yīng)減小.【總結(jié)升華】壓縮氣體，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增大，溫度升高，柴油機(jī)就是利用這個(gè)道理點(diǎn) 火的.在絕熱過程中，末態(tài)內(nèi)能大于初態(tài)內(nèi)能時(shí)

27、，U為正，W為正，外界對(duì)系統(tǒng)做功.末態(tài)內(nèi)能小于初態(tài)內(nèi)能時(shí)， U為負(fù)，W為負(fù)，系統(tǒng)對(duì)外界做功.舉一反三：【變式】斜面高 0.6m，傾角為37，質(zhì)量是1.0 kg的物體從頂端由靜止滑至底端，已知?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)為 0.25，取 g 10 m/s2 .求：（1）物體到達(dá)底端時(shí)的速度；（2）滑行過程中有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.【答案】見解析【解析】（1）對(duì)物體從頂端由靜止滑到底端的過程中，由動(dòng)能定理得WG Wf1 2 -mv , 2故有mgh mgcos L丄mv2. （ L為斜面長(zhǎng)）2代入數(shù)據(jù)求得v 22 m/s .（2）摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量，全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.E Wfmg cos L 0.25 1

28、 10 0.8 1J 2J.【總結(jié)升華】應(yīng)知道滑動(dòng)摩擦力是耗散力，滑動(dòng)摩擦力做了多少功， 就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.類型二、 熱和內(nèi)能）20 J ，其方式是不確定的，因此 分子平均動(dòng)能、勢(shì)能三者決定，A、例4物體的內(nèi)能增加了 20 J，下列說法中正確的是（A 一定是外界對(duì)物體做了 20 J的功B 一定是物體吸收了 20 J的熱量C 一定是物體分子動(dòng)能增加了20 JD .物體的分子平均動(dòng)能可能不變【思路點(diǎn)撥】做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式.【答案】 D 【解析】做功和熱傳遞都可以改變物體內(nèi)能，物體內(nèi)能改變B 錯(cuò)誤.而物體內(nèi)能包括所有分子的平均動(dòng)能和勢(shì)能，內(nèi)能由分子數(shù)、 因此 C 錯(cuò)誤.【總結(jié)升

29、華】做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式.舉一反三 :）【變式】（2015 上海校級(jí)月考）下列說法中正確的是（A 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此做功與熱傳遞是沒有區(qū)別的B. 雖然做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的，但我們還是可以通過分析改變前后物體的 內(nèi)能，來區(qū)別是做功還是熱傳遞改變內(nèi)能的C 做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的，表明要使物體的內(nèi)能發(fā)生變化，既可以通過做 功來實(shí)現(xiàn)，也可以通過熱傳遞來實(shí)現(xiàn)D 功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的，說明人在出汗散熱時(shí)，還可以通過對(duì)外做功來代 替出汗改變內(nèi)能【答案】 C 【解析】做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，但本質(zhì)不同，做功是將

30、其他形式的能量轉(zhuǎn)化 為內(nèi)能或?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量；熱傳遞是將一個(gè)物體的內(nèi)能傳遞給另一個(gè)物體.故A、 B 均錯(cuò)誤，C正確；人在出汗散熱時(shí)，顯然是不可以通過對(duì)外做功來代替出汗改變內(nèi)能，D錯(cuò)誤?！究偨Y(jié)升華】做功和熱傳遞本質(zhì)不同，但在改變物體內(nèi)能上是等效的，注意它們的區(qū)別和聯(lián)系.）例 5對(duì)于熱量、功和內(nèi)能三者的說法正確的是（A 熱量、功、內(nèi)能三者的物理意義等同B 熱量、功都可以作為物體內(nèi)能的量度C .熱量、功、內(nèi)能的單位不相同D 熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體狀態(tài)決定的【答案】 D【解析】物體的內(nèi)能是指物體的所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，而要改變物體的內(nèi)能可以通過 做功和熱傳遞兩種途徑.

31、這三者的物理意義不同，A 項(xiàng)錯(cuò).熱量是表示在熱傳遞過程中物體內(nèi)能變化多少的物理量，而功也是用做功的方式來量度改變物體內(nèi)能多少的物理量，B 項(xiàng)錯(cuò).三者單位都是焦耳， C 項(xiàng)錯(cuò).熱量和功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量，D 項(xiàng)正確.舉一反三 :【變式】 關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)能的下列說法正確的是（）.A .物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和叫物體的內(nèi)能B .一個(gè)物體當(dāng)它的機(jī)械能發(fā)生變化時(shí)，其內(nèi)能也一定發(fā)生變化C.外界對(duì)系統(tǒng)做了多少功形，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少，即U WD .系統(tǒng)從外界吸收了多少熱量Q，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加了多少，即U Q【答案】A【解析】在分子動(dòng)理論中，我們把物體內(nèi)所有分子的分子動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和定義為物

32、體的內(nèi) 能，選項(xiàng)A對(duì).物體的內(nèi)能與機(jī)械能是兩個(gè)不同的物理概念，兩者沒有任何關(guān)系。如物體的速度增加 了，機(jī)械能可能增加，但如果物體的溫度不變。物體的內(nèi)能就不變，故選項(xiàng)B錯(cuò).只有當(dāng)系統(tǒng)與外界絕熱時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)做的功才等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量，同理，只有在單純的熱傳遞過程中，系統(tǒng)吸收（或放出）的熱量才等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量，故選項(xiàng)C、D都錯(cuò).例6.若對(duì)物體做1200 J的功，可使物體溫度升高3C ,改用熱傳遞的方式，使物體溫度同樣升高3C ,那么物體應(yīng)吸收J(rèn)的熱量；如果對(duì)該物體做3000J的功，物體的溫度升高 5C ,表明該過程中，物體還（填“吸收”或“放出”）熱量【答案】1200 放出 10003C，若用【

33、解析】做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此物體用做功方式使溫度升高 吸熱方式也使溫度升高 3C，應(yīng)吸收1200 J的熱量.對(duì)物體做功3000J，溫度升高5C，設(shè)物體溫度升高 5C，需要的功或熱量為 1200 J cm 3,E cm 5,所以E 2000 J.因此物體放出1000 J的熱量.類型三、熱力學(xué)第一定律能量守恒定律B為真空（如圖例7.用隔板將一絕熱容器隔成 A和B兩部分，A中盛有一定質(zhì)量的理想氣體，），現(xiàn)把隔板抽去，A中的氣體自動(dòng)充滿整個(gè)容器（如圖），這個(gè)過程稱為氣體的自由膨脹，下列說法正確的是（）.A .自由膨脹過程中，氣體分子只做定向運(yùn)動(dòng)B .自由膨脹前后，氣體的壓強(qiáng)不變C

34、.自由膨脹前后，氣體的溫度不變A部分D .容器中的氣體在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，能全部自動(dòng)回到【答案】C【解析】理想氣體在絕熱的條件下，向真空部分自由膨脹的過程是一個(gè)既與外界沒有熱交換，又 0,沒有對(duì)外做功的過程，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可以確定氣體的內(nèi)能不變，而理想氣體的分子勢(shì)能為 即分子動(dòng)能不變。溫度不變.W1表舉一反三：【變式】一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回到開始的狀態(tài)，用示外界對(duì)氣體做的功， W2表示氣體對(duì)外界做的功， Qi表示氣體吸收的熱量， Q2表示氣體放出的熱量,則在整個(gè)過程中一定有（).A .Qi Q2W2 W|B.QiQ2C.W|W2D .Qi Q2【答案】A【解

35、析】本題所考查的內(nèi)容涉及理想氣體的內(nèi)能、改變物體內(nèi)能的兩種方式及熱力學(xué)第一定律等 知識(shí).解答本題的切入點(diǎn)是，對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，在某一狀態(tài)下其內(nèi)能是確定的.首先，對(duì)一定 質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化后又回到原狀態(tài)，表明整個(gè)過程中內(nèi)能的變化為零，即通過做功和熱傳遞引起的內(nèi)能變化相互抵消，所以A選項(xiàng)正確.當(dāng)然，若 QiQ2，則必定有 WiW2 ；若Qi Q2，則必定有W,VW2;若Qi W2，所以B、C、D三項(xiàng)都有可能，故選例& （2014廣東卷）用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體（）A 體積減小，內(nèi)能增大B .體積減小，壓強(qiáng)減小C .對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大D 對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小【答案】AC【解析】本題考查熱力學(xué)第一定律，要明確題目中氣體與外界光熱交換的條件。根據(jù)熱力學(xué)第 定律，AU = W+ Q , Q= 0,外界壓縮氣體，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做正功，內(nèi)能增大，溫度升高, 由衛(wèi)V C可知壓強(qiáng)增大，A、C正確，B、D錯(cuò)。【總結(jié)升華】解決此類問題一般要同時(shí)結(jié)合熱力學(xué)第一定律