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熱力第一定律能量守恒定律[目標(biāo)定位]

1.理解熱力學(xué)第一定律,并掌握其表達(dá)式.2.能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題.3.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律.4.知道第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.一、熱力學(xué)第一定律1.定律內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的與外界對(duì)它所做的的和.2.?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式:ΔU=.熱量功Q+W二、能量守恒定律1.大量事實(shí)表明,各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,并且在轉(zhuǎn)化過(guò)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(gè)物體到別的物體,在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)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(guī)律之一.不變產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變?nèi)?、永?dòng)機(jī)不可能制成1.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī):人們把設(shè)想的不消耗的機(jī)器稱(chēng)為第一類(lèi)永動(dòng)機(jī).2.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)由于違背了,所以不可能制成.能量能量守恒定律一、熱力學(xué)第一定律1.對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解(1)對(duì)ΔU=W+Q的理解:做功和熱傳遞都可以改變內(nèi)能,如果系統(tǒng)跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程,那么外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加ΔU,即ΔU=Q+W.(2)對(duì)ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定①功W:外界對(duì)系統(tǒng)做功,W>0,即W為正值;系統(tǒng)對(duì)外界做功,W<0,即W為負(fù)值.②熱量Q:系統(tǒng)吸熱為正:Q>0;系統(tǒng)放熱為負(fù):Q<0.③內(nèi)能變化:系統(tǒng)內(nèi)能增加,ΔU>0,即ΔU為正值;系統(tǒng)內(nèi)能減少,ΔU<0,即ΔU為負(fù)值.2.判斷是否做功的方法一般情況下外界對(duì)系統(tǒng)做功與否,需看系統(tǒng)的體積是否變化.(1)若系統(tǒng)體積增大,表明系統(tǒng)對(duì)外界做功,W<0;(2)若系統(tǒng)體積變小,表明外界對(duì)系統(tǒng)做功,W>0.例1空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中,活塞對(duì)空氣做了2×105J的功,同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5×105J,這一過(guò)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(duì)象,根據(jù)熱力學(xué)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(fù)號(hào)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(fā)揮應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟(1)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng).(2)分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量;外界對(duì)物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對(duì)外所做的功.(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W列出方程進(jìn)行求解.(4)特別應(yīng)注意的就是物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義.針對(duì)訓(xùn)練一定量的氣體在某一過(guò)程中,外界對(duì)氣體做了8×104J的功,氣體的內(nèi)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?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功,W取正值,即W=8×104J;內(nèi)能減少,ΔU取負(fù)值,即ΔU=-1.2×105J;根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2×105J-8×104J=-2×105J,B選項(xiàng)正確.二、能量守恒定律1.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能,如機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能,分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)內(nèi)能等.(2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,如“摩擦生熱”機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,“電爐取熱”電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)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(zhuǎn)化時(shí)保持總量不變.意義:一切物理過(guò)程都適用,比機(jī)械能守恒定律更普遍,是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一.3.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的(1)不消耗能量能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器,叫第一類(lèi)永動(dòng)機(jī),其前景是誘人的.但因?yàn)榈谝活?lèi)永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律,所以無(wú)一例外地歸于失?。?2)永動(dòng)機(jī)給我們的啟示人類(lèi)利用和改造自然時(shí),必須遵循自然規(guī)律.例2如圖3-2、3-1所示,直立容器內(nèi)部被隔板隔開(kāi)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(shè)此過(guò)程中氣體吸熱為Q,氣體內(nèi)能的增量為ΔU,則 (

) A.ΔU=Q B.ΔU<Q C.ΔU>Q D.無(wú)法比較 答案B圖3-2、3-1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(duì)象,開(kāi)始時(shí),氣體的重心在中線(xiàn)以下,混合均勻后,氣體的重心應(yīng)在中線(xiàn)上,所以有重力做負(fù)功,使氣體的重力勢(shì)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(shì)能,另一部分增加內(nèi)能.故正確答案為B.例3第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的,這是因?yàn)榈谝活?lèi)永動(dòng)機(jī)

(

) A.不符合機(jī)械能守恒定律 B.違背了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 C.沒(méi)有合理的設(shè)計(jì)方案 D.找不到合適的材料 答案B三、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合點(diǎn)是溫度和體積.注意三種特殊過(guò)程的特點(diǎn):1.等溫過(guò)程:內(nèi)能不變,ΔU=02.等容過(guò)程:體積不變,W=03.絕熱過(guò)程:Q=0例4如圖所示,倒懸的導(dǎo)熱氣缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,輕質(zhì)活塞可無(wú)摩擦地上下移動(dòng),活塞的橫截面積為S,活塞的下面吊著一個(gè)重為G的物體,大氣壓強(qiáng)恒為p0,起初環(huán)境的熱力

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