1、.第1節熱力學第一定律第2節能量的轉化與守恒學 習 目 標知 識 脈 絡1.理解熱力學第一定律重點2會用UWQ解決一些簡單問題重點3知道第一類永動機不可能制成4理解能量守恒定律的發現過程5理解能量的轉化與守恒定律，會用能量的觀點解釋自然現象難點熱 力 學 第 一 定 律1改變物體內能的兩種方式做功和熱傳遞2物體內能的改變1假如物體與外界無熱傳遞，假設外界對物體做功，那么物體的內能增加；假設物體對外做功，物體的內能減少2假如物體既不對外做功，外界也不對物體做功，那么物體吸收熱量時，它的內能增加；物體放出熱量時，它的內能減少3熱力學第一定律1內容：物體內能的增加量U，等于外界對物體所做的功W與物體

2、從外界吸收的熱量Q之和2表達式：UWQ4熱力學第一定律的定義1內能的變化必然伴隨有做功或熱傳遞2一切涉及熱現象的宏觀過程中，能量可以發生轉移或轉化，此過程中總能量守恒5第一類永動機1概念：不消耗任何能量而能永遠對外做功的機器2結果1718世紀，人們提出了許多永動機設計方案，但都以失敗而告終3原因設想能量可以無中生有地創造出來，違背了熱力學第一定律4啟示人類利用和改造自然時，必須遵循自然規律1熱量、功和內能三者單位一樣，物理意義一樣×2熱量和功由過程決定，而內能由物體狀態決定3系統內能增加了100 J，可能是外界采用絕熱方式對系統做功100 J，也可能是外界單純地對系統傳熱100 J有

3、一種所謂的“全自動機械手表，既不需要上發條，也不用任何電源，卻能不停地走下去這是不是一種永動機呢？假如不是，你知道維持表針走動的能量是哪兒來的嗎？圖5­1­1【提示】不是永動機能量是通過擺動手臂對表內的轉輪做功而儲存的討論1：假設物體的內能增加，一定是吸收了熱量嗎？【提示】不一定，因為做功和熱傳遞都能改變物體的內能討論2：物體的內能不變，能否說明外界既沒有對物體做功，也沒有發生熱傳遞？【提示】不能可能是外界對物體做的功等于物體放出的熱量或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功1對UWQ的理解熱力學第一定律將單純的絕熱過程和單純的熱傳遞過程推廣到一般情況，既有做功又有熱傳遞的過程

4、，其中U表示內能改變的數量，W表示做功的數量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量2對公式U、Q、W符號的規定符號WQU正號外界對物體做功物體吸收熱量內能增加負號物體對外界做功物體放出熱量內能減少3.應用熱力學第一定律解題的一般步驟1首先選定研究對象是哪個物體或哪個熱力學系統2根據符號法那么寫出各量W、Q、U的正、負3根據方程UWQ求出未知量4再根據未知量結果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功情況4.判斷氣體做功正、負的方法1假設氣體體積增大，說明氣體對外界做功，W<0.2假設氣體體積變小，說明外界對氣體做功，W>0.5.幾種常見的氣體變化過程1絕熱過程：過程是絕熱的，那么Q0，WU，外界

5、對氣體做的功等于氣體內能的增加2等容過程：在該過程中氣體不做功，即W0，那么QU，氣體吸收的熱量等于氣體內能的增加3等溫過程：在過程的始末狀態，氣體的內能不變，即U0，那么WQ0或WQ，表示氣體吸收的熱量全部用來對外做功或外界對氣體所做的功全部轉換為熱量放出1以下過程，可能發生的是A物體吸收熱量，對外做功，同時內能增加B物體吸收熱量，對外做功，同時內能減少C外界對物體做功，同時物體吸熱，內能減少D外界對物體做功，同時物體放熱，內能增加E物體對外界做功，同時物體放熱，內能增加【解析】根據熱力學第一定律UWQ，做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，故由此可確定A、B、D正確，C、E錯誤【答案】ABD2

6、景頗族祖先創造的點火器如圖5­1­2所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點燃，對筒內封閉的氣體，在此壓縮過程中 【導學號：30110061】圖5­1­2A氣體溫度升高，壓強不變B氣體溫度升高，壓強變大C氣體對外界做正功D外界對氣體做正功E氣體的內能增加【解析】壓縮氣體時，外界對氣體做功，內能增加，溫度升高，體積變小，壓強增大，所以B、D、E正確【答案】BDE3一定量的氣體內能增加了3×105 J，1假設吸收了2×105 J的熱量，那么是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做了多少焦耳的功？2假設氣體對外界做了4

7、×105 J的功，那么是氣體放熱還是從外界吸熱？放出或吸收的熱量是多少？【解析】1由熱力學第一定律UQW得WUQ3×105 J2×105 J1×105 J外界對氣體做功2由UQW得QUW3×105 J4×105 J7×105 J氣體從外界吸熱【答案】1外界對氣體做功1×105 J2氣體從外界吸熱7×105 J氣體狀態變化與物理量對應方法1絕熱過程：氣體與外界沒有熱傳遞2導熱良好：氣體與外界有熱交換，且與外界溫度保持一樣3體積減小，外界對氣體做功；體積增大不是對真空膨脹，氣體對外界做功4溫度升高，理想氣體的

8、內能增加；溫度降低，理想氣體的內能減少能 量 的 轉 化 與 守 恒1能量守恒定律的發現1邁爾的發現體力和體熱必定來源于食物中的化學能，內能、化學能、機械能都是等價的，是可以互相轉化的，假如動物體的能量輸入與支出是平衡的，那么，所有這些形式的能在量上必定是守恒的2焦耳的研究確定了電能向內能轉化的定量關系用了近40年的時間，不懈地鉆研熱功轉換問題，為能量守恒定律提供了無可置疑的證據3亥姆霍茲的奉獻從理論上把力學中的能量守恒原理推廣到熱、光、電、磁、化學反響等過程，提醒了它們之間的統一性2能量守恒定律1內容能量既不會消失，也不會創生，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體

9、，而能量的總值保持不變2意義提醒了自然科學各個分支之間的普遍聯絡，是自然界內在統一性的第一個有力證據3應用各種形式的能可以轉化但能量在轉化過程中總伴有內能的損失各種互不相關的物理現象，可以用能量守恒定律聯絡在一起1某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加2某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加3石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明能量消失了×焦耳對物質運動之間的關系的研究方法與邁爾有什么不同？【提示】焦耳是采用嚴格的定量實驗分析方法，邁爾研究的范圍比較廣泛，但他采用的是定性研究的方法討論1：能量守恒定律與機械能守恒定律的應用條件有什么不同？【提示】能量轉化過程中能量總是

10、守恒的，而機械能守恒的條件是只有重力或系統內的彈力做功討論2：為什么說第一類永動機不能制成？【提示】因為第一類永動機違犯了能量守恒定律1對能量守恒定律的理解1各種形式的能在轉化和轉移過程中總量守恒無需任何條件，而某種或幾種形式的能的守恒是有條件的例如：物體的機械能守恒，必須是只有重力或彈力做功2意義：能量守恒定律的發現，使人們進一步認識到，任何一部機器，只要對外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而不能無中生有地創造能量不消耗能量，卻可以源源不斷地對外做功的機器第一類永動機是不可能制成的2第一類永動機失敗的原因分析：如果沒有外界熱源供給熱量，

11、那么有U2U1W，就是說，假如系統內能減少，即U2<U1，那么W<0，系統對外做功是要以內能減少為代價的假設想源源不斷地做功，就必須使系統不斷回到初始狀態，在無外界能量供給的情況下是不可能的4說出以下過程中是什么能量轉化為內能1物體沿粗糙斜面下滑_；2變壓器發熱_；3汽油機內氣體燃燒后變成高溫氣體_；4車刀切下熾熱鐵屑_【解析】物體沿斜面下滑，抑制摩擦力做功，機械能轉化為內能；電流通過變壓器線圈發熱，電能轉化為內能；氣體燃料燃燒后變成高溫氣體，化學能轉化為內能；車刀切下熾熱的鐵屑，抑制摩擦力做功，機械能轉化為內能【答案】1機械能內能2電能內能3化學能內能4機械能內能5風沿程度方向以速度v垂直吹向一直徑為d的風車葉輪，設空氣密度為，風的動能有50%轉化為風車的動能，風車帶動水車將水進步h的高度，效率為80%.那么單位時間內最多可提升的水的質量為_. 【導學號：30110062】【解析】在時間t內吹在風車上的空氣的質量為m1d2·vt·，風的動能Ekm1v2d2v3t.根據題意d2v3t