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1、第二讲： 热力学第一定律 能量守恒定律,1理解热力学第一定律，并掌握其表达式 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.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 2.数学表达式：,热量,功,做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的.,二、能量守恒定律 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 内容：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
2、物体，在转化和转移的过程中其总量 能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一,不变,产生,消失,转化,转移,保持不变,3.判断是否做功的方法 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. （3）若物体向真空膨胀，不做功，W=0.,三、永动机不可能制成 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 第一类永动机由于违背了 ，所以不可能制成 温馨提示 能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，使能量从一种形式转化为另一种形式，不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成
3、的,能量,能量守恒定律,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UQW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 特别提醒： 无论何种形式的机器只要违背热力学第一定律都是不可能成功的，也就是说，第一类永动机是永远不可能制造成功的,【例1】 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2105 J的功，同时空气的内能增加了1.5105 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
4、研究对象， 根据热力学第一定律有UWQ. 由题意可知W2105 J，U1.5105 J，代入上式得 QUW1.5105 J2105 J5104 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5104 J. 答案 5104 J,热力学第一定律的理解和应用,题型分类,【变式1】 图是密闭的气缸密封了一定质量的理想气体，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的( ) A温度升高，内能增加600 J B温度升高，内能减少200 J C温度降低，内能增加600 J D温度降低，内能减少200 J 解析 由WQU得： U800J(200J)600J
5、，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，U0故温度升高，选A. 答案 A,【例2】 如图所示，一个小铁块沿半径为R0.2m的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1m/s，设此过程 中损失的机械能全部变为内能，并有40%被铁块吸收已知铁的比热容c0.46103 J/(kg)，重力加速度g取10 m/s2.求铁块升高的温度,能量守恒定律的理解和应用,【变式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( ) AQAQB BQAQB D无法确定QA、QB的大小,解析 1.由
6、热胀冷缩可知，A、B两球体积增加，所以A球重心升高，重力势能增大，而B球重心降低，重力势能减小. 2.A、B两球升高相同的温度，内能的增加相同，即U相同. 3.由能量守恒定律得: 对A球：QA=UA+EPG. 对B球：QB+EPG=UB即QB=UB-EPG. 故QAQB.答案 C,多力做功，多种能量的转化采用能量守恒定律,【例3】如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p1.0105Pa，吸收的热量Q7.0102J，求此过程中气体内能的增量,热力学第一定律与气体实验定律的综合应用,【变式3】如图所示的容器中，A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为
7、空气，大气压恒定，A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界无热交换。开始A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐流向B中，最后达到平衡，在这个过程中 （ ） A、大气压对水做功，水的内能增加 B、水克服大气压做功，水的内能减少 C、大气压对水不做功，水的内能不变 D、大气压对水不做功，水的内能增加.,【变式4】一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的pV图上，气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态，a、c两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是(AD ) A.由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能不变 B.由b状态至c状态过程
8、中，气体对外做功，内能增加，平均每个气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变 C.c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大， 分子平均动能较大 D.b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小， 分子平均动能相等,【变式5】如题图所示，在AB和DA的过程中，气体放出的热量分别为4J和20J.在BC和CD的过程中，气体吸收的热量分别为20J和12J.求气体完成一次循环对外界所做的功.,【变式6】一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所示其中对角线ac的延长线过原点O下列判断正确的是（ ） A.气体在a、c两状态的体积相等 B.气体在状态
9、a时的内能大于它在状态c时的内能 C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中 气体对外界做的功,6.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（ ） AQ1Q2=W2W1 BQ1=Q2 CW1=W2 DQ1Q2,点拨：整个过程的内能不变， U = 0,由热力学第一定律 U=W总+Q总=0,Q总= - W总, Q1Q2=W2W1
10、,A,注意：正负,7.如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程（ ） A EP全部转换为气体的内能 B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍 为弹簧的弹性势能 C EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换 为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能,D,BC,BD,D,BCD,外力整体法，内部内力隔离法,A,由压强和体积的增量求气体做功,再见！,
