10.3热力学第一定律 能量守恒定律 同步学案（Word版含答案）

2　热力学第一定律　能量守恒定律 [学习目标]　1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因． 一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等价的． 2．热力学第一定律：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． 3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W. 二、能量守恒定律 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． 1．判断下列说法的正误． (1)外界对系统做功，系统的内能一定增加．(　×　) (2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量．(　×　) (3)系统内能减少，一定是系统对外界做了功．(　×　) (4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(　√　) 2．一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能_____(填“增加”或“减少”)_____ J. 答案　减少　50 一、热力学第一定律 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，外界对汽缸内气体传递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． 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功． (2)等容过程：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)等温过程：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. 特别提醒　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热量． 例1　一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是(　　) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J 答案　B 解析　因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B选项正确． 应用热力学第一定律解题的一般步骤 1．根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负； 2．根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； 3．再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况． 二、能量守恒 ... ...