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1、第十章热 力 学 定 律目标定位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.学案3热力学第一定律能量守恒定律知识探究自我检测一、热力学第一定律一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是通过做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加.因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能.既然它们在改变系统内能方面是等价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量U应该是多少？答案系统内能的增量UQW.问题设计知识探究1.改变内能的两种方式： 与 .两者在改变系
2、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 与外界对它所 的和.3.热力学第一定律的表达式：U .做功热传递要点提炼热量做的功QW4.对公式UQW符号的规定符号WQU体积 ，外界对热力学系统做功热力学系统热量内能体积 ，热力学系统对外界做功热力学系统热量内能减小吸收放出增大增加减少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 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.WQ6.气体实验定律和热力学第一定律的关系两者的结合点是体积V和温度T.注意三个特殊过程的特点：(1
3、)等温过程：内能不变，U0；(2)等容过程：体积不变，W0；(3)绝热过程：Q0.二、能量守恒定律使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递.做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能.在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？答案能量的总量保持不变.问题设计1.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中， 保持不变.能量的总量要点提炼转移转化2.对能量守恒定律的理解(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 .(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物
4、体的能量增加，且减少量和增加量一定 .相等相等3.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.4.第一类永动机(1)定义：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器.(2)不可能制成的原因：违背了 .能量守恒定律热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？答案是.延伸思考典例精析一、热力学第一定律例1关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是()A.吸热的物体，其内能一定增加B.体积膨胀的物体，其内能一定减少C.放热的物体，其内能也可能增加D.绝热压缩的气体，
5、其内能一定增加解析做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化.答案CD例2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二、能量守恒定律例3下列对能量守恒定律的认识正确的是()A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B.某个物体的
6、能量减少，必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器第一类永动机是不可能制成的D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了解析A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的.B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律.所以A、B、C正确；D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误.答案ABC三、热力学第一定律与气体实验定律的结合例4如图1所示，倒悬
7、的导热气缸中封闭着一定质量的理想气体.轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0.起初环境的热力学温度为T0时，活塞到气缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，气缸中的气体吸收的热量为Q.求：图1解析密封气体的压强pp0(G/S)密封气体对外做功WpS0.1L由热力学第一定律得UQW得UQ0.1p0SL0.1LG(1)气缸内部气体内能的增量U；答案Q0.1p0SL0.1LG(2)最终的环境温度T.解析该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有解得T1.1T0.答案1.1T0自我检测1.(热力学第一定律)一
8、定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104 J的功，气体的内能减少了1.2105 J，则根据热力学第一定律，下列各式中正确的是()A.W8104 J，U1.2105 J，Q4104 JB.W8104 J，U1.2105 J，Q2105 JC.W8104 J，U1.2105 J，Q2104 JD.W8104 J，U1.2105 J，Q4104 J1234解析因为外界对气体做功，W取正值，即W8104 J；气体的内能减少，U取负值，即U1.2105 J；根据热力学第一定律UWQ，可知QUW1.2105 J8104 J2105 J，即B选项正确.答案B12342.(热力学第一定律)如图2所示，
9、某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定()1234图2A.从外界吸热 B.内能增大C.向外界放热 D.内能减小解析由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错；1234由热力学第一定律UWQ，因为在下降过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，U0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错，C对.答案C12343.(能量守恒定律)下面设想符合能量守恒定律的是()A.利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B
10、.做一条船，利用流水的能量逆水行舟C.通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系1234解析利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故A不符合.让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；1234同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C符合；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D符合.答案BCD123412344.(热力学第一定律与气体实验定
11、律的综合应用)如图3是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的气柱长度为22 cm，现用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭的气柱长度变为2 cm，人对活塞做功100 J,大气压强为p01105 Pa，不计活塞的重力.问：图3(1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？1234解析设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l022 cm，l2 cm，V0l0S，VlS，缓慢压缩，气体温度不变由玻意耳定律得p0V0pV解得p1.1106 Pa答案1.1106 Pa(2)若以适当的速度压缩气体，气体向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S1 cm2)解析大气压力对活塞做功W1p0S(l0l)2 J人做功W2100 J由热力学第一定律得UW1W2QQ20 J解得U82 J答案82 J1234课堂要点小结
