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3热力学第一定律能量守恒定律我们知道做功和热传递是改变物体内能的两种方式．那么这两种方式同时作用于物体时，物体的内能如何变化呢？能量在转化和传递过程中又有什么规律可循呢？让我们来探究这方面的知识吧！一、热力学第一定律1．定律内容：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．【答案】热量功2．数学表达式：ΔU＝________.【答案】Q＋W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________．【答案】不变2．能量既不能凭空_______，也不能凭空_______，它只能从一种形式_______成另一种形式，或者从一个物体_______到别的物体，在转化和转移的过程中其总量________．【答案】产生消失转化转移保持不变3．能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一．三、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．【答案】能量2．第一类永动机由于违背了________________，所以不可能制成．【答案】能量守恒定律1．对热力学第一定律的理解对ΔU＝W＋Q的理解：热力学第一定律是对单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表达推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．对热力学第一定律的理解和应用2．对公式ΔU＝W＋Q符号的规定(1)外界对系统做功，W＞0，即W为正值．(2)系统对外界做功，W＜0，即W为负值．(3)系统从外界吸收热量，Q＞0，即Q为正值．(4)系统向外界放出热量，Q＜0，即Q为负值．(5)系统内能增加，ΔU＞0，即ΔU为正值．(6)系统内能减少，ΔU＜0，即ΔU为负值．3．热力学第一定律的应用要注意的问题(1)在应用过程中应特别注意W、Q的正负号，以便准确地判断ΔU的正、负．(2)几种特殊情况①若过程是绝热的，即Q＝0，则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．1．(2015重庆卷)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么()A．外界对胎内气体做功，气体内能减小B．外界对胎内气体做功，气体内能增大C．胎内气体对外界做功，内能减小D．胎内气体对外界做功，内能增大【答案】D【解析】对车胎内的理想气体分析知，体积增大则气体对外做功，内能只有分子动能，而分子动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选D．1．能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．如何理解能量转化与守恒定律2．能量守恒的条件与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律．3．能量守恒定律的重要意义(1)找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性．(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性．能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法．能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见．(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想．4．第一类永动机失败的原因分析如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2U1，则W0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的．温馨提示：层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的．2．汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中()A．汽车的机械能守恒B．汽车的动能和势能相互转化C．汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少D．汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒【答案】C【解析】汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少．例1空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？热力学第一定律的理解和应用解析：选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q.由题意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得：Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104J.答案：5×104J反思领悟：应用热力学第一定律解题的一般步骤(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)特别应注意的就是物理量的正负号及其物理意义．1．(2019凉州名校期末)一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′.如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则()A．W1W2，Q1Q2，ΔU1ΔU2B．W1W2，Q1Q2，ΔU1ΔU2C．W1W2，Q1＝Q2，ΔU1ΔU2D．W1＝W2，Q1Q2，ΔU1ΔU2【答案】B解析：第一种情况压强不变，根据VT＝C可知，体积增大，对外做功W10，温度升高，ΔU10，由热力学第一定律有ΔU1＝Q1－W1，知Q10，即吸热；第二种情况温度不变，ΔU2＝0，由热力学第一定律有ΔU2＝Q2－W2.第二种情况下，压强减小，体积变化相同，因此W1W2，且ΔU1ΔU2＝0，因此Q1Q2.故选B．例2水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6000m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差50m，若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率．(g取10m/s2)能量守恒定律的应用解析：每秒流下的水的质量为m＝ρV＝1×103×6000kg＝6×106kg减少的机械能为E＝mgh＝6×106×10×50J＝3×109J设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得Eη＝Pt解得P＝3×109×50%W＝1.5×109W.答案：1.5×109W反思领悟：有关能量守恒定律的问题，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒观点求解．2．如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂，现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则()A．QA＝QBB．QAQBC．QAQBD．无法确定QA、QB的大小【答案】C【解析】由热胀冷缩可知，A、B两球体积增加，所以A球重心升高，克服重力做功，而B球重心降低，重力做正功，A、B两球升高相同的温度，内能的增加相同，即ΔU相同，由热力学第一定律可知：QA＝ΔU＋WA；QB＝ΔU－WB，故QAQB．