1、3熱力學第一定律能量守恒定律學習目標1.理解熱力學第一定律，并會運用于分析和計算.2.理解并會運用能量守恒定律3知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因.知識探究、熱力學第一定律導學探究(1)如圖1所示，快速推動活塞對汽缸內氣體做功10 J,氣體內能改變了多少?若保持氣體體積不變，外界對汽缸傳遞10 J的熱量，氣體內能改變了多少？圖1(2) 一根金屬絲經過某一物理過程，溫度升高了，除非事先知道，否則根本無法判定是通過做功的方法，還是使用了傳熱的方法使它的內能增加.因為單純地對系統做功和單純地對系統傳熱都能改變系統的內能.既然它們在改變系統內能方面是等價的，那么當外界對系統做功為W又對系統傳熱

2、為 Q時，系統內能的增量 AU應該是多少？答案(1)者B增力口了 10 J.(2)系統內能的增量 A U= Q+ WW知識梳理(1)改變內能的兩種方式：做功與熱傳遞.兩者在改變系統內能方面是等價的.(2)熱力學第一定律：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與夕空到它所做.的功的和.(3)熱力學第一定律的表達式：A U= 0 W二、能量守恒定律導學探究(1)使熱力學系統內能改變的方式有做功和熱傳遞.做功的過程是其他形式的能轉化為內能的過程， 熱傳遞是把其他物體的內能轉移為系統的內能.在能量發生轉化或轉移時，能量的總量會減少嗎？(2)有一種所謂“全自動”的機械手表，既不需要上發條，也不用

3、任何電源，卻能不停地走 下去.這是不是一種永動機？如果不是，維持表針走動的能量是從哪兒來的？答案(1)能量的總量不會減少.(2)這不是永動機.手表戴在手腕上，通過手臂的運動，機械手表獲得能量，供手表指針走動.若將此手表長時間放置不動，它就會停下來.知識梳理(1)能量守恒定律能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，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別的物體,在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不強(2)能量守恒定律的意義各種形式的能可以相互轉化.各種物理現象可以用能量守恒定律聯系在一起.(3)永動機不可能制成第一類永動機：人們把設想的不消耗能量也瞬稱為第一類永動機.第一類永動機由

4、于違背了能量守恒定律，所以不可能制成.題型探究重點難點個個擊破一、對熱力學第一定律的理解1】空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2X105 J的功，同時空氣的內能增加了1.5X105 J ,這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？答案 5X104 J解析 選擇被壓縮的空氣為研究對象，根據熱力學第一定律有AU VW Q由題意可知 W= 2X105 J, A U= 1.5X105 J ,代入上式得Q= AU W= 1.5 X 105 J 2X105 J = 5X10 4 J.負號表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5X104J.1規律總結Ij應用熱力學第一定律解題的一般步驟1根據符號法則

5、寫出各已知量V Q、A U的正負；2根據方程AU= VW Q求出未知量；3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針對訓練 一定質量的理想氣體，從某一狀態開始，經過一系列變化后又回到開始的狀態，用W表示外界對氣體做的功， W表示氣體對外界做的功，Q表示氣體吸U的熱量，Q表示氣體放出的熱量，則在整個過程中一定有()A. QQ=W WB. Q= QC. W= WD. Q> Q答案 A解析 對一定質量的理想氣體， 經過一系列的狀態變化后又回到原狀態，表明整個過程中內能的變化為零，即通過做功和熱傳遞引起的內能變化相互抵消，所以A選項正確.當然，若Q = Q,則必定有 W= W；若Q&

6、gt;Q,則必定有 W W；若QvQ,則必定有 W>W,所以已 C D三項都有可能但不一定，故選 A.二、能量守恒定律的理解和應用1 .能量的存在形式及相互轉化(1)各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有電磁能、 化學能、原子能等.(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉化.例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉化 為內能；煤燃燒，化學能轉化為內能；列車剎車后，輪子溫度升高，機械能轉化為內能.2 .能量守恒的兩種表達(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等.(2)某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一

7、定相等.3 .第一類永動機不可能制成的原因分析如果沒有外界供給熱量而對外做功，由AU= W Q知，系統內能將減小.若想源源不斷地做功，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.第2如圖2所示，直立容器內部被隔板隔開的 A B兩部分氣體(A B兩部分體積等大)， A的密度小，B的密度大，加熱氣體，并使兩部分氣體混合均勻，設此過程中氣體吸熱為Q氣體內能的增量為 AUI,則()AS圖2A. A U= QB. A U<QC. A U>QD.無法比較答案 B解析 因A部分氣體密度小，B部分氣體密度大，以整體為研究對象，開始時，氣體的重心 在中線以下，混合均勻后，氣體的

8、重心應在中線上，所以有重力做負功，使氣體的重力勢能 增大，由能量守恒定律可知， 吸收的熱量Q有一部分增加氣體的重力勢能，另一部分增加內能.故正確答案為 B.歸納總結)利用能量守恒定律解決問題時，首先應明確題目中涉及哪幾種形式的能量，其次分析哪種能量增加了，哪種能量減少了，確定研究的系統后，用能量守恒觀點求解三、氣體實驗定律和熱力學第一定律的綜合應用對于理想氣體，常把熱力學第一定律與理想氣體狀態方程結合起來分析其狀態變化規律，常見的分析思路如下：(1)利用體積的變化分析做功問題.氣體體積增大，對外做功；氣體體積減小，外界對氣體做功.(2)利用溫度的變化分析理想氣體內能的變化.一定質量的理想氣體的

9、內能僅與溫度有關，溫度升高，內能增加；溫度降低，內能減小.(3)利用熱力學第一定律判斷是吸熱還是放熱.由熱力學第一定律 AU= VW Q,則Q= AU W若已知氣體的做功情況和內能的變化情況，即可判斷氣體狀態變化是吸熱過程還是放熱過程.胞3】如圖3所示，A、B兩點表示一定質量的某種理想氣體的兩個狀態，當氣體從狀態A伊J.01T圖3B.氣體壓強變大D.氣體對外界放熱變化到狀態8時()A.氣體內能一定增加 C.氣體對外界做功 答案 C解析 由圖可知，理想氣體的變化為等溫膨脹，故氣體壓強減小，內能不變，氣體對外做功；由熱力學第一定律可知，氣體一定從外界吸收熱量.綜上可知，C對，A、B、D錯.解4】如

10、圖4所示，一輕活塞將體積為 V,溫度為2T。的理想氣體，密封在內壁光滑的圓柱 形導熱汽缸內.已知大氣壓強為po,大氣溫度為T。，氣體內能U與溫度T的關系為U= aT(a為正的常數).在汽缸內氣體溫度緩慢降為 。的過程中，求：圖4(1)氣體內能的減少量 A U；(2)氣體放出的熱量Q1答案 (1) aTo (2) Q= 2poV+ aTo解析(1)由題意可知氣體內能 U與溫度T的關系為U= aT,所以開始時氣體的內能：U =aX2 %末狀態：U)=aTo；內能的減小量 A U= Ui U0= aTo（2）設溫度降低后的體積為V',由蓋一呂薩克定律得VV'2t0=1T外界對氣體做功

11、： WW P0（ V- V，）1由熱力學第一定律解得：Q= 2P0V+ aT0達標檢測當堂檢洌再固反諭1 .（熱力學第一定律）一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8X104J的功，氣體的內能減少了 1.2X105 J ,則根據熱力學第一定律，下列各式中正確的是（）A. W= 8X104J , A U= 1.2 X 105 J , Q= 4X104 JB. W= 8X104J, A U= 1.2X105 J , Q= -2X105 JC. WW= 8X104J, A U= 1.2 X 105 J , Q= 2X104JD. W= 8X104 J , A U= 1.2X105 J , Q=

12、4X104 J答案 B解析 因為外界對氣體做功，W取正值，即 W= 8X104J;氣體的內能減少，A U取負值，即AU= 1.2 X 10 5 J；根據熱力學第一定律 A U= VW Q 可知 Q= AU- WW= - 1.2 X 105 J-8X 104 J= 2X105 J ,即B選項正確.2 .（能量守恒定律）下面設想符合能量守恒定律的是（）A.利用永久磁鐵間的作用力，造一臺永遠轉動的機械B.做一條船，利用流水的能量逆水行舟C.通過太陽照射飛機，即使飛機不帶燃料也能飛行D.利用核動力，駕駛地球離開太陽系答案 BCD解析 利用磁場能可以使磁鐵所具有的磁場能轉化為動能，但由于摩擦力的不可避免

13、性，動能最終轉化為內能使轉動停止，故A不符合.讓船先靜止在水中，設計一臺水力發電機使船獲得足夠電能，然后把電能轉化為船的動能使船逆水航行；同理可利用光能的可轉化性和電能的可收集性，使光能轉化為飛機的動能，實現飛機不帶燃料也能飛行，故B、C符合；利用反沖理論，以核動力為能源，使地球獲得足夠大的能量，掙脫太陽引力的束縛而離開太陽 系，故D符合.3.（熱力學第一定律）如圖5所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中.設水溫均勻 且恒定，筒內空氣無泄漏，不計氣體分子間的相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩緩下降過程中，筒內空氣體積減小，空氣一定（）圖5A.從外界吸熱B.內能增大C.向外界放熱D.內能減小答案

14、 C解析 由于不計氣體分子之間的相互作用，且整個過程緩慢進行， 所以可看成溫度不變， 即氣體內能不變，選項 B、D均錯；由熱力學第一定律AU= VW Q,因為在下降過程中壓強增大，氣體體積減小，外界對氣體做了功，式中W/取正號，A Ul= 0,所以Q為負，即氣體向外放熱，故選項A錯，C對.課時作業強北訓瘴拓履提升題組一熱力學第一定律1.關于物體內能的變化，以下說法中正確的是（）A.物體吸收熱量，內能一定增大B.物體對外做功，內能一定減少C.物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變D.物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變答案 C解析 根據熱力學第一定律AU= V Q,物體內能的變化與外界對物

15、體做功（或物體對外界做功）和物體從外界吸熱（或向外界放熱）兩種因素有關.物體吸收熱量，但有可能同時對外 做功，故內能有可能不變甚至減小，故A錯；同理，物體對外做功的同時有可能吸熱，故內能不一定減少，B錯；若物體吸收的熱量與對外做的功相等，則內能不變，C正確；而放熱與對外做功都使物體內能減少，故D錯.2. 一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5 X 104 J,氣體對外界做功1.0 X 104J,則該理想氣體的（）A.溫度降低，密度增大B,溫度降低，密度減小C.溫度升高，密度增大D.溫度升高，密度減小答案 D解析 由AU= VWQ可得理想氣體內能變化 AU= 1.0 X10 4 J+

16、2.5 X104J = 1.5 X10 4J>0,mP=V故溫度升高，A、B兩項均錯.因為氣體對外做功，所以氣體一定膨脹，體積變大，由 可知密度較小，故 C項錯誤，D項正確.3. 一定質量的氣體在保持壓強恒等于1.0 X 10 5 Pa的狀況下，體積從 20 L膨脹到30 L,這一過程中氣體從外界吸熱4X103J ,則氣體內能的變化為()A.增加了 5X103 JB.減少了 5X103 JC.增加了 3X103 JD,減少了 3X103 J答案 C解析 氣體等壓膨脹過程對外做功W= pAV= 1.0X10 5 Pax (30 -20)X 10 3 m3= 1.0X103J.這一過程氣體從

17、外界吸熱Q= 4X103 J.由熱力學第一定律 AU VW Q,由于氣體對外做功，W應取負值，則可得AU= 1.0 X103J + 4X103 J = 3.0 X103 J,即氣體內能增加了 3X103 J.故選項C正確.4. 如圖1所示，在 Z B和D- A的過程中，氣體放出的熱量分別為4 J和30 J ,在B C和CH D的過程中，氣體吸收的熱量分別為20 J和12 J .求氣體完成一次循環對外界所做圖1的功.答案 2 J解析 完成一次循環內能不變，A U= 0,根據熱力學第一定律可知 W QAb+ QBc+ QC什Qa= (-4+20+12-30)J =- 2 J,即叭/= 2 J,氣體

18、完成一次循環外界對氣體所做的功是2 J ,氣體對外界做的功是-2 J.題組二能量守恒定律5. “第一類永動機”不可能制成，是因為 ()A.不符合機械能守恒定律B.違背了能量守恒定律C.做功產生的熱不符合熱功當量D找不到合適的材料和合理的設計方案答案 B6.如圖2所示，一演示用的“永動機”轉輪由 5根輕桿和轉軸構成，輕桿的末端裝有用形 狀記憶合金制成的葉片.輕推轉輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉輪轉動.離 開熱水后，葉片形狀迅速恢復，轉輪因此能較長時間轉動.下列說法正確的是圖2A.轉輪依靠自身慣性轉動，不需要消耗外界能量B.轉輪轉動所需能量來自形狀記憶合金自身C.轉動的葉片不斷攪動熱

19、水，水溫升高D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量答案 D解析 輕推轉輪后，葉片開始轉動，由能量守恒定律可知， 葉片在熱水中吸收的熱量一部分釋放到空氣中，另一部分使葉片在熱水中伸展做功，所以葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量，D正確.7 . 一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出.對于這一過 程，下列說法中正確的是（）A.子彈減少的機械能等于木塊增加的機械能8 .子彈減少的動能等于木塊增加的動能C.子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內能之和D.子彈減少的動能等于木塊增加的動能與子彈和木塊增加的內能之和 答案 D解析射穿木塊的過程

20、中，由于相互間摩擦力的作用使得子彈的動能減小，木塊獲得動能，同時產生熱量，且系統產生的熱量在數值上等于系統機械能的損失.A、B項沒有考慮到系統增加的內能，C項中應考慮的是系統減少的機械能等于系統增加的內能.故正確答案為D.題組三熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用8.如圖3所示，一絕熱容器被隔板 K隔成a、b兩部分.已知a內有一定質量的稀薄氣體， b內為真空.抽離隔板 KB, a內氣體進入b,最終達到平衡狀態.在此過程中 （）圖3A.氣體對外界做功，內能減少8 .氣體不做功，內能不變C.氣體壓強變小，溫度降低D.氣體壓強變小，溫度不變答案 BD 解析 抽離隔板K, a內氣體體積變大，由于 b

21、內為真空，所以a內氣體不做功，由熱力學 第一定律可得B正確.內能不變，故溫度不變，體積變大，由玻意耳定律可知壓強變小，所 以D正確.9 . 一定質量的理想氣體，當發生如下哪些狀態變化時，能放出熱量()A.體積不變，壓強減小B.壓強不變，體積減小C.溫度不變，體積減少 D.溫度不變，壓強減小 答案 ABC解析 根據畢=C可知，體積不變，壓強減小，則溫度降低，內能減小，根據 AU= VWQ可 知，W= 0,則氣體放熱，選項 A正確；同理，壓強不變， 體積減小，則溫度降低，內能減小， 根據AU= VW Q可知，W0,則C<0,氣體放熱，選項 B正確；溫度不變，體積減少，則 AU =0, W>0,則Q<0,氣體放熱，選項 C正確；溫度不變，壓強減小，則體積變大，AU= 0,W0,則Q>0,氣體吸熱，選項 D錯誤，故選 A B、C.10.如圖4所示，一定質量的理想氣體從狀態A變化到狀態 B,