10.3热力学第一定律--能量守恒定律

第十章热力学定律10.3热力学第一定律能量守恒定律东海县白塔高级中学高二物理组1、一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：①如果外界对物体做功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？一、热力学第一定律2、一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？3、如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化ΔU与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？ΔU=W+Q即一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。物理量符号意义符号意义W+－Q+－ΔU+－物体对外界做功外界对物体做功物体吸收热量物体放出热量内能增加内能减少（一）、定律中各量的正、负号及含义1.判断是否做功的方法一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化．(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W0；(2)若物体体积变小，表明外界对物体做功，W0.2．几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．（二）、应用例题：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J。问：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：①根据ΔU=W+Q代入数据解得W=1.6×105JW为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J的功。＇解：②同理可得：W=1.6×105J－2.6×105J=－1.0×105JW为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J的功。＇＇②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况怎样？（三）、应用热力学第一定律解题的思路与步骤(1)首先应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ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．(4)特别注意的就是物理量的正、负号及其物理意义．例题：(关于理想气体)1.(单选)固定的水平汽缸内由活塞B封闭着一定量的理想气体，气体分子之间的相互作用可以忽略．假设汽缸的导热性能很好，环境的温度保持不变．若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图3－2－2所示，则在拉动活塞的过程中，关于汽缸内气体的下列结论，其中正确的是()A．气体对外做功，气体内能减小B．气体对外做功，气体内能不变C．外界对气体做功，气体内能不变D．气体向外界放热，气体内能不变图3－2－2B（四）、利用热力学第一定律判断理想气体的状态变化1．对于理想气体，常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规律，常见的分析思路如下：(1)利用体积的变化分析做功问题．(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化，气体体积增大，气体对外做功；气体体积减小，外界对气体做功．一定量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小．（2）若一定质量的理想气体分别按图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是（填“A”、“B”或“C”），该过程中气体的内能（填“增加”、“减少”或“不变”）。121200PTPVAB120VTC•解答：A、B两图表明：压强P变化，所以C图表示等压变化；理想气体内能随温度升高而增加，C图辨明：温度T升高，所以气体内能增加。即：应依次填充“C”、“增加”。•小结：此例考查的是：识图；理想气体的内能置于温度相关的规律。思考自主学习小册子p15第5题1、2010年江苏高考试卷模块选做题——12：A（选修模块3-3）（1）为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体．下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是。B（2）在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小kJ，空气（选填“吸收”或“放出”）的总能量为kJ．。解答：将空气视为理想气体。第一个过程中由于温度不变而内能不变，外界做功24kJ,空气放热24kJ；第二个过程等容放热5kJ，等容无功，内能减少等于放热所以，两个过程中空气共减少内能5kJ，共放出热量29kJ。依次填充：5，放出，29。二、能量守恒定律1、能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.2、意义(1)各种形式的能可以相互转化。(2)各种互不相干的物理现象可以用能量转化守恒定律联系在一起。3、能量守恒的两种表述(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．4、19世纪的三大发现：能量守恒定律、细胞学说、生物进化论例题：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【解析】选D.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，故A项错误，C项错误，而减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B项错误，D项正确.例、下列对能量的转化和守恒定律的认识不正确的是()A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了D三、永动机不可能制成永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机.人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.（不吃草的马）根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的。四、总结1、热力学第一定律：ΔU=W+Q2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比，（）A．气体内能一定增加B．气体内能一定减小C．气体内能一定不变D．气体内能是增是减不能确定D下列说法正确的是（）A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加B．机械能完全转化成内能是不可能的C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少D对于一定量的理想气体，下列说法正确的是()A．若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变B．若气体的内能不变，其状态也一定不变C．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关E．当气体温度升高时，气体的内能一定增大【答案】ADE对于热量、功和内能三者的关系下列说法中正确的是()A．三者单位相同，物理意义相同B．热量和功是内能的量度C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定D．系统内能增加了100J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100J，也可能是外界单纯地对系统传热100J解析：选CD.下列说法正确的是（）A．外界对气体做功，气体的内能一定增大B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大D