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,高中物理选修3-3鲁科版,第5章 热力学定律 第1节 热力学第一定律 第2节 能量的转化与守恒,目标定位 1.掌握热力学第一定律，并会应用于解决相关问题 2.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律 3.知道第一类永动机不可能制成的原因,一、热力学第一定律及应用 1改变物体内能的两种方式： 和 2功、热量和内能改变的关系： (1)如果物体与外界无热传递，外界对物体做功，物体的内能 ；物体对外做功，物体的内能 (2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体从外界吸收热量时，它的内能 ；物体向外放出热量时，它的内能 ,做功,热传递,增加,减小,增加,减少,3热力学第一定律： (1)内容：物体内能的增加量U等于外界对物体 与物体从外界 之和 (2)表达式：U . 4热力学第一定律的意义： (1)内能的变化必然伴随有 或 (2)一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生 或 ，此过程中总能量守恒,所做的功W,吸收的热量Q,WQ,做功,热传递,转移,转化,二、第一类永动机 1定义：不消耗 而能永远对外做功的机器 2热力学第一定律的另一表述：第一类永动机是 的,任何能量,不可能实现,三、能量守恒定律及其应用 1内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到另一个物体，而能量的总值 2意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在 的第一个有力证据,转化,转移,保持不变,统一性,3应用： (1)各种形式的能量可以转化，在转化过程中，自然界能量的 (2)能量在转化过程中总伴有 的损失 (3)除核能以外，人类利用的能量都来源于 ,总和不变,内能,太阳能,一、热力学第一定律的理解和应用 1对UWQ的理解：热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中U表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量,2对公式U、Q、W符号的规定：,3.应用热力学第一定律解题的一般步骤： (1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统 (2)根据符号法则写出各已知量(W、Q、U)的正、负 (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,【例1】 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？ 答案 5104 J 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.,借题发挥 应用热力学第一定律解题的一般步骤 (1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 (2)分别列出物体或系统吸收或放出的热量；外界对物体或系统所做的功或物体或系统对外所做的功 (3)根据热力学第一定律UQW列出方程进行求解 (4)特别应注意的就是物理量的正、负号及其物理意义,针对训练 一定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，则下列各式中正确的是 ( ) AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J BW8104 J，U1.2105 J，Q2105 J CW8104 J，U1.2105 J，Q2104 J DW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J 答案 B,解析 因为外界对气体做功，W取正值，即W8104 J；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，B选项正确,二、气体实验定律和热力学第一定律的结合 1判断对气体做功正、负的方法： (1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0. 2几种常见的气体变化过程： (1)绝热过程：过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做功等于物体内能的增加,(2)等容过程：过程是不做功，则W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加 (3)等温过程：在过程的始、末状态，物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ，表示吸收的热量全部用来做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出,【例2】 如图51、21所示，倒悬的导 热汽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，活塞到汽缸底面的距离为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，汽缸中的气体吸收的热量为Q.求： (1)汽缸内部气体内能的增量U； (2)最终的环境温度T. 答案 (1)Q0.1p0SL0.1LG (2)1.1T0,图51、21,三、能量守恒定律 1不同形式的能量之间可以相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机械能，分子热运动对应内能等 (2)不同形式的能量之间可以相互转化，如“摩擦生热”机械能转化为内能，“电炉取热”电能转化为内能等 2能量守恒定律及意义 各种不同形式的能之间相互转化时保持总量不变 意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更普遍，是19世纪自然科学的三大发现之一,3第一类永动机是不可能制成的 不消耗能量能源源不断地对外做功的机器，叫第一类永动机，其前景是诱人的 因为第一类永动机违背了能量守恒定律(或热力学第一定律)，所以无一例外地归于失败,【例3】 如图51、22所示，直立容器 内部被隔板隔开的A、B两部分气体，A 的密度小，B的密度大，加热气体，并 使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为U，则 ( ) AUQ BUQ D无法比较 答案 B,图51、22,解析 因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体气体为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能故正确答案为B.,【例4】 第一类永动机是不可能制成的，这是因为第一类永动机 ( ) A不符合机械能守恒定律 B违背了能量转化与守恒定律 C没有合理的设计方案 D找不到合适的材料 答案 B,
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