熱力學(xué)第一定律

4.1熱力學(xué)第一定律firstlawofthermodynamics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(wèn)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(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)

梳理·識(shí)記·點(diǎn)撥

1.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.數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU＝

。一、熱力學(xué)第一定律熱量功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(guò)程中總量保持。2.能量既不能憑空

，也不能憑空

，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量。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)生消失保持不變?nèi)?、永?dòng)機(jī)不可能制成1.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：人們把設(shè)想的不消耗

的機(jī)器稱(chēng)為第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)。2.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)由于違背了

，所以不可能制成。能量能量守恒定律課堂講義

理解·深化·探究一、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(guò)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(guò)程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？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。答案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)特別注意的是物理量的正負(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(guò)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。答案B3.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的(1)不消耗能量而能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器，叫第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)。因?yàn)榈谝活?lèi)永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，所以無(wú)一例外地歸于失敗。(2)永動(dòng)機(jī)給我們的啟示人類(lèi)利用和改造自然時(shí)，必須遵循自然規(guī)律。例2如圖1所示，直立容器內(nèi)部被隔板隔開(kāi)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(guò)程中氣體吸熱為Q，氣體內(nèi)能的增量為ΔU，則()A.ΔU＝Q B.ΔU<QC.ΔU>Q D.無(wú)法比較圖1解析因A部分氣體密度小，B部分氣體密度大，以整體為研究對(duì)象，開(kāi)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。答案B二、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(guò)程的特點(diǎn)：1.等溫過(guò)程：內(nèi)能不變，ΔU＝02.等容過(guò)程：體積不變，W＝03.絕熱過(guò)程：Q＝0對(duì)點(diǎn)練習(xí)鞏固·應(yīng)用·反饋熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用1.一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2×105J。(1)是氣體對(duì)外界做了功，還是外界對(duì)氣體做了功？做了多少焦耳的功？解析根據(jù)ΔU＝W＋Q得W＝ΔU－Q，將Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J代入式中得：W＝1.6×105J>0，說(shuō)明外界對(duì)氣體做了1.6×105J的功.答案見(jiàn)解析(2)如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105J不變，但是內(nèi)能增加了1.6×105J，計(jì)算結(jié)果W＝－1.0×105J，是負(fù)值，怎樣解釋這個(gè)結(jié)果？解析如果吸收的熱量Q＝2.6×105J，內(nèi)能增加了1.6×105J，即ΔU＝1.6×105J，則W＝－1.0×105J，說(shuō)明氣體對(duì)外界做功。答案見(jiàn)解析(3)在熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q中，W、Q和ΔU為正值、負(fù)值各代表什么物理意義？解析在公式ΔU＝W＋Q中，ΔU>0，物體內(nèi)能增加；ΔU<0，物體內(nèi)能減少。Q>0，物體吸熱；Q<0，物體放熱。W>0，外界對(duì)物體做功；W<0，物體對(duì)外界做功。答案見(jiàn)解析2.關(guān)于內(nèi)能的變化，以下說(shuō)法正確的是(C)A.物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大B.物體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少C.物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變D.物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，物體內(nèi)能的變化與外界對(duì)物體做功(或物體對(duì)外界做功)、物體從