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1、3 热力学第一定律 能量守恒定律,1.能够从能量守恒的观点理解热力学第一定律,会利用热力学第一定律分析计算有关问题。 2.理解能量守恒定律,知道它是自然界普遍遵从的基本规律,知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。,一,二,三,一、热力学第一定律 1.改变内能的两种方式:做功与热传递。 (1)联系:两者在改变系统内能方面是等价的。 (2)区别:做功是内能与其他形式能量的相互转化,而热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 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。,一,二,三,(2)表达式:U=Q+W。 (3)W
2、、Q、U正负号的确定 W:外界对系统做功,W取正值;系统对外界做功,W取负值。 Q:系统从外界吸热,Q取正值;系统向外界放热,Q取负值。 U:系统内能增加,U取正值;系统内能减少,U取负值。,一,二,三,二、能量守恒定律 1.内容: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.意义 (1)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。 (2)各种互不相干的物理现象力学的、热学的、电学的、磁学的、光学的、化学的、生物学的、地学的等可以用能量守恒定律联系在一起。,一,二,三,三、永动机不可能制
3、成 1.第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断对外做功的机器。 2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。 3.意义:正是历史上设计永动机的失败,才使后人的思考走上了正路。,一,二,三,一、对热力学第一定律的理解 1.热力学第一定律的意义 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等价的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式,应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。,3.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的,即Q=0,则W=U,外界对物体做的功等于物体内能的增量; (2)若过程中不做功,即W=0,则Q=U,物体从外界吸
4、收的热量等于物体内能的增量; (3)若过程的始末状态物体的内能不变,即U=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体做的功等于物体向外界放出的热量。,4.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(气体自由膨胀时例外),W0。,5.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、U)的正负; (2)根据方程U=W+Q求出未知量; (3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况。,二、对能量守恒定律的理解 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:机械运动对应机械能,分子的热
5、运动对应内能,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。,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认识范围,从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能
6、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。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论并称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.能量守恒定律中的“转化”和“转移” (1)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,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。,温馨提示(1)虽然功和能具有相同的单位,但两者是完全不同的两个概念,在能量守恒定律的表达式中,只存在能量,不存在功。 (2)能量守恒定律是自然界中普遍遵循的一种规律,是无条件的,而机
7、械能守恒定律是有条件的。,类型一,类型二,类型一,类型二,点拨:熟练掌握热力学第一定律及相应的符号法则是正确处理本题的关键。 解析:由热力学第一定律U=W+Q 得U=800 J+(-200 J)=600 J,一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关,U=600 J0,故温度一定升高,选项A正确。 答案:A,类型一,类型二,题后反思应用热力学第一定律计算时,要依照符号法则代入数据,对结果的正、负,也同样依照符号法则来解释其意义。,类型一,类型二,触类旁通若使例1中的气体返回原来的状态,在此过程中放出了400 J的热量,试分析是气体对外界做功,还是外界对气体做功?做了多少功? 答案:气体对外界做功
8、200 J。,类型一,类型二,对能量守恒定律的理解 【例2】 A、B两装置,均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成,除玻璃泡在管上的位置不同外,其他条件都相同。将两管抽成真空后,开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内),水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换,则下列说法正确的是( ),类型一,类型二,A.A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 B.B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 C.A和B中水银体积保持不变,故内能增量相同 D.A和B中水银温度始终相同,故内能增量相同,类型一,类型二,点拨:一个大气压支持的水银柱高是相同的,所以两管中水银等高。 解析:因为玻璃管内吸进的水银一样多,水银槽内液面下降相同的高度,所以大气压对水银槽内的水银做的功相同。A管重心高于B管,A管内水银重力势能大于B管的,根据能量守恒可知,A管内水银的内能增加得少,B管内水银的内能增加得多。 答案:B,类型一,类型二,题后反思利用能量守恒定律解决问题时,首先应明确研究对象中涉及哪几种形式的能量,然后分析哪些形式能量增加了,哪些形式能量减少了,最后用能量守恒的观点分析求解。,
