2018-2019学年物理选修3-3：2.3+热力学第一定律　能量守恒定律+Word版含答案

2.3　热力学第一定律　能量守恒定律 学习目标 核心提炼 1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式。 2个定律———热力学第一定律和能量守恒定律 1种机器———第一类永动机 2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。 3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。 4.知道第一类永动机是不可能制成的。 一、热力学第一定律 1.改变内能的两种方法：做功与热传递。两者在改变系统内能方面是等效的。 2.热力学第一定律 (1)内容：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。 (2)数学表达式：ΔU＝Q＋W。 思维拓展 如图1所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？ 图1 答案　无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的。不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别。 二、能量守恒定律　永动机不可能制成 1.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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 2.能量守恒定律的意义 (1)各种形式的能可以相互转化。 (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。 3.永动机不可能制成 (1)第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机。 (2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成。 思考判断 (1)系统从外界吸收热量5 J，内能可能增加5 J。(√) (2)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。(√) (3)能量既可以转移又可以转化，故能量的总量是可以变化的。(×) (4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(√) 　对热力学第一定律的理解 [要点归纳]　 1.对公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符号的规定 符号 Q W ΔU ＋ 物体吸收热量 外界对物体做功 内能增加 － 物体放出热量 物体对外界做功 内能减少 2.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功。 (2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。 (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。 3.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，W<0。 (2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0。 4.对热力学第一定律的进一步理解 (1)热力学第一定律不仅反映了做功和传热这两种改变内能的方法是等效的，而且给出了内能的变化量与做功和传热之间的定量关系。此定律表达式是标量式，应用时各量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 (2)热力学第一定律是将单纯的绝热过程和单纯的传热过程中内能改变的定量表达推广到一般情况，既有做功又有传热的过程，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能量。 [精典示例] [例1] 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 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ΔU＝W＋Q。 由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得 Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 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5×104 J。 答案　5×104 J 热力学第一定律应用注意点 (1)要明确研究的对象是哪个物体或者 ... ...