第十章熱力學定律10.3熱力學第一定律能量守恒定律高中物理·選修3-3·人教版一、熱力學第一定律1．定律內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的_______與外界對它所做的_______的和．2．數學表達式：ΔU＝__________.熱量功Q＋W二、能量守恒定律1．大量事實表明，各種形式的能量可以相互轉化，并且在轉化過程中總量保持________．2．能量既不能憑空________，也不能憑空_______，它只能從一種形式_______成另一種形式，或者從一個物體_______到別的物體，在轉化和轉移的過程中其總量__________．3．能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的規律之一．不變產生消失轉化轉移保持不變三、永動機不可能制成1．第一類永動機：人們把設想的不消耗________的機器稱為第一類永動機．2．第一類永動機由于違背了_______________，所以不可能制成．能量能量守恒定律一、熱力學第一定律1．對熱力學第一定律的理解

(1)對ΔU＝W＋Q的理解：做功和熱傳遞都可以改變內能，如果系統跟外界同時發生做功和熱傳遞的過程，那么外界對系統所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于系統內能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.(2)對ΔU、Q、W符號的規定①功W：外界對系統做功，W>0，即W為正值；系統對外界做功，W<0，即W為負值．②熱量Q：系統吸熱為正：Q>0；系統放熱為負：Q<0.③內能變化：系統內能增加，ΔU>0，即ΔU為正值；系統內能減少，ΔU<0，即ΔU為負值．2．判斷是否做功的方法 一般情況下外界對系統做功與否，需看系統的體積是否變化．

(1)若系統體積增大，表明系統對外界做功，W<0；

(2)若系統體積變小，表明外界對系統做功，W>0.【例1】空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2×105J的功，同時空氣的內能增加了1.5×105J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？ 答案5×104J

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ΔU＝W＋Q.

由題意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得

Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J.

負號表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5×104J.

借題發揮應用熱力學第一定律解題的一般步驟(1)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統．(2)分別列出物體或系統吸收或放出的熱量；外界對物體或系統所做的功或物體或系統對外所做的功．(3)根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進行求解．(4)特別應注意的就是物理量的正負號及其物理意義．針對訓練一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是 (

)A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J答案B

解析因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8×104J；內能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2×105J；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，B選項正確．二、能量守恒定律1．不同形式的能量之間可以相互轉化

(1)各種運動形式都有對應的能，如機械運動對應機械能，分子熱運動對應內能等．

(2)不同形式的能量之間可以相互轉化，如“摩擦生熱”機械能轉化為內能，“電爐取熱”電能轉化為內能等．2．能量守恒定律及意義 各種不同形式的能之間相互轉化時保持總量不變． 意義：一切物理過程都適用，比機械能守恒定律更普遍，是19世紀自然科學的三大發現之一．3．第一類永動機是不可能制成的

(1)不消耗能量能源源不斷地對外做功的機器，叫第一類永動機，其前景是誘人的．但因為第一類永動機違背了能量守恒定律，所以無一例外地歸于失敗．

(2)永動機給我們的啟示 人類利用和改造自然時，必須遵循自然規律．【例2】如圖10－3－1所示，直立容器內部被隔板隔開的A，B兩部分氣體，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ΔU，則 (

)圖10－3－1 A．ΔU＝Q B．ΔU<Q C．ΔU>Q D．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，以整體氣體為研究對象，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.【例3】第一類永動機是不可能制成的，這是因為第一類永動機 (

) A．不符合機械能守恒定律

B．違背了能量轉化與守恒定律

C．沒有合理的設計方案

D．找不到合適的材料 答案B三、氣體實驗定律和熱力學第一定律的綜合應用 氣體實驗定律和熱力學第一定律的結合點是溫度和體積．注意三種特殊過程的特點：1．等溫過程：內能不變，ΔU＝02．等容過程：體積不變，W＝03．絕熱過程：Q＝0【例4】如圖所示，倒懸的導熱汽缸中封閉著一定質量的理想氣體，輕質活塞可無摩擦地上下移動，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個重為G的物體，大氣壓強恒為p0，起初環境的熱力學溫度為T0時，活塞到汽缸底面的距