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热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律和能量守恒定律是描述能量转化和能量守恒的两个基本定律。
它们在热力学和物理学中有着重要的地位。
本文将探讨热力学第一定律和能量守恒之间的关系，以及它们在实际应用中的意义和重要性。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量在物理系统中不能被创造或者灭亡，只能由一种形式转化为另一种形式。
简单来说，能量的总量在任何封闭系统中都是恒定的。
热力学第一定律的数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据这个定律，当系统吸收热量时，它的内能增加；当系统对外做功时，它的内能减少。
二、能量守恒定律能量守恒定律是自然界的基本定律之一，它表明在任何封闭系统中，能量的总量保持不变。
无论能量以何种形式存在，都不会从系统中消失或出现。
能量守恒定律可以用以下数学表达式描述：ΔE = E2 - E1 = Q - W，其中ΔE表示系统内能量的变化，E1和E2分别表示系统的初态和末态能量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据这个定律，系统吸收的热量和对外做的功之和等于系统内能量的变化量。
三、热力学第一定律与能量守恒的关系热力学第一定律和能量守恒定律本质上是相互关联的，两者可以互相推导和补充。
热力学第一定律强调了能量转化和能量守恒的过程，而能量守恒定律则是对热力学第一定律的数学描述。
通过热力学第一定律，我们可以更好地理解能量的转化过程，并利用能量守恒定律来计算系统中能量的变化。
在实际应用中，热力学第一定律和能量守恒定律的结合帮助我们解决能量转化和能量守恒的问题，为工程设计和科学研究提供了基础和依据。
四、热力学第一定律和能量守恒在实际中的应用热力学第一定律和能量守恒定律在能源利用和工程设计中有着广泛的应用。
例如，在热力学系统中，我们可以通过热力学第一定律来计算系统吸收的热量和对外做的功，进而计算系统内能量的变化量。
2热力学第一定律3能量守恒定律[学习目标] 1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因．一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：________与________．两者对改变系统的内能是________．2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的________与外界对它所________的和．3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝________.4．热力学第一定律的应用：(1)W的正负：外界对系统做功时，W取______值；系统对外界做功时，W取______值．(均选填“正”或“负”)(2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取____值；系统向外界传递的热量Q取______值．(均选填“正”或“负”)二、能量守恒定律1．探索能量守恒的足迹2．能量守恒定律能量既不会凭空______，也不会凭空________，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量____________．3．永动机不可能制成(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地____________的机器．(2)第一类永动机由于违背了______________，所以不可能制成．1．判断下列说法的正误．(1)一个系统的内能增加量等于外界向它传递的热量．()(2)物体与外界没有热交换，物体的内能也可能是增加的．()(3)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了．()(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．()2．气体膨胀对外做功80 J，同时从外界吸收了100 J的热量，则它的内能()A．减小20 J B．增大20 JC．减小220 J D．增大220 J一、热力学第一定律导学探究如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J 的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？知识深化1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号W Q ΔU＋体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加－体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.气体状态变化的几种特殊情况(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或系统对外界)做的功．(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量．(3)等温过程：一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统向外界放出的热量(或系统从外界吸收的热量等于系统对外界做的功)．3．判断气体是否做功的方法一般情况下看气体的体积是否变化．(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0.(2)若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0.例1(2021·舟曲县第一中学高二期末)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是()A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J例2(2021·济南市期中)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为()A．400 J B．1 200 JC．2 000 J D．2 800 J二、能量守恒定律永动机不可能制成导学探究如图为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？知识深化1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．(2)各种形式的能，通过某种方式可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．3．第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的．例3(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是()A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了例4如图所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中()A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用导学探究如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题：(1)在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能如何变化？知识深化热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功．(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减少．(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程．例5一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为T A＝300 K，试求：(1)气体在状态C时的温度T C；(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？例6(2021·南京市高二期末)如图所示，一个开口向下内壁光滑的汽缸竖直吊在天花板上．汽缸口设有卡口，厚度不计的活塞横截面积S＝2×10－3 m2，质量m＝4 kg，活塞只能在汽缸内活动，活塞距汽缸底部h1＝20 cm，距缸口h2＝10 cm.汽缸内封闭一定质量的理想气体．已知环境的温度为T1＝300 K，大气压强p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2，汽缸与活塞导热性能良好．升高环境温度使活塞缓慢下降到缸口，继续升高温度至T2＝900 K时．(1)求此时气体压强；(2)在此过程中气体从外界吸收Q＝30 J的热量，求气体内能的增加量ΔU.针对训练1(2021·盐城市高二期末)如图所示，粗细均匀的玻璃管，长为L、内横截面积为S，将其固定在水平面上并保持平衡状态，A端封闭，B端开口，在B端用厚度不计的轻质活塞进行封闭，用力推活塞缓慢向里移动x时停止，该过程推力对活塞做功为W F.设整个过程管内气体温度不变，管内气体视为理想气体，活塞与玻璃管壁间的摩擦不计，外界大气压强为p0.求：(1)活塞移动x时，管内气体压强p x；(2)活塞移动x过程，气体与外界传递的热量Q.针对训练2(2022·南通市高二期末)如图所示，一绝热汽缸质量m＝20 kg、深度H＝25 cm，放在水平地面上，汽缸与地面的动摩擦因数μ＝0.5.轻质绝热活塞面积S＝100 cm2与轻杆连接固定在竖直墙上，轻杆保持水平，光滑活塞与汽缸内壁密封一定质量的理想气体，气体温度为t0＝27 ℃，活塞到汽缸底的距离为h＝22 cm，杆中恰无弹力．现用缸内的加热装置对缸内气体缓慢加热，气体的内能满足关系式U＝aT(a＝2.0 J/K)，汽缸与地面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，取g＝10 m/s2.求：(1)汽缸相对地面刚开始滑动时，缸内气体的温度T；(2)汽缸滑动后，继续缓慢加热，汽缸缓慢移动，直至活塞恰到汽缸口，求这个过程气体吸收的热量Q.。
2019人教版高中物理新教材目录必修一第一章运动的描述1.质点参考系2.时间位移3.位置变化快慢的描述－速度4.速度变化快慢的描述－加速度第二章匀变速直线运动的研究1.探究小车速度随时间变化的规律2.匀变速直线运动速度与时间的关系3.匀变速直线运动位移与时间的关系4.自由落体运动第三章相互作用1.重力与弹力2.摩擦力3.作用力和反作用力4.力的合成和分解5.共点力平衡第四章运动和力的关系1. 牛顿第一定律2.实验探究加速度与力和质量的关系3.牛顿第二定律4.力学单位制5.牛顿运动定律的应用6.超重和失重必修2第五章抛体运动1.曲线运动2.运动的合成与分解3.实验：探究平抛运动的特点4.抛体运动的规律第六章圆周运动1.圆周运动2.向心力3.向心加速度4.生活中的圆周运动第七章万有引力与宇宙航行1.行星的运动2.万有引力定律3.万有引力理论的成就4.宇宙航行5.相对论时空观和牛顿力学的局限性第八章机械能守恒定律1.功与功率2.重力势能3.动能和动能定理4.机械能守恒定律5.实验：验证机械能守恒定律必修三第九章静电场及其应用1.电荷2.库仑定律3.电场电场强度4.静电的防止与利用第十章静电场中的能量1.电势能和电势2.电势差3.电势差与电场强度的关系4.电容器的电容5.带电粒子在电场中的运动第十一章电路及其应用1.电源和电流2.导体的电阻3.导体电阻率的测量4.串联电路和并联电路5.实验：练习使用多用电表第十二章电能能量守恒定律1.电路中的能量转化2.闭合电路的欧姆定律3.实验：电池电动势和内阻的测量4.能源与可持续发展第十三章电磁感应与电磁波初步1.磁场磁感线2.磁感应强度磁通量3.电磁感应现象及应用4.电磁波的发现及应用5.能量量子化选修一第一章动量守恒定律1.动量2.动量定理3.动量守恒定律4.实验：验证动量守恒定律5.弹性碰撞和非弹性碰撞6.反冲现象火箭第二章机械振动1.简谐运动2.简谐运动的描述3.简谐运动的回复力和能量4.单摆5.实验：用单摆测重力加速度6.受迫振动共振第三章机械波1.波的形成2.波的描述3.波的反射折射和衍射4.波的干涉5.多谱勒效应第四章光1.光的折射2.全反射3.光的干涉4.用双缝干涉测光的波长5.光的衍射6.光的偏振和激光选修二第一章安培力与洛伦兹力1.磁场对通电导线的作用力2.磁场对运动电荷的作用力3.带电粒子在匀强磁场中的运动4.质谱仪与回旋加速器第二章电磁感应1.楞次定律2.法拉第电磁感应定律3.涡流电磁阻尼和电磁驱动4.互感和自感第三章交变电流1.交变电流2.交变电流的描述3.变压器4.电能的输送第四章电磁振荡与电磁波1.电磁振荡2.电磁场与电磁波3.无线电波的发射和接收4.电磁波谱第五章传感器1.认识传感器2.常见传感器的工作原理及应用3.利用传感器制作简单的自动控制装置选修3第一章分子动理论1.分子动理论的基本内容2.实验：油膜法测油酸分子的大小3.分子运动速率分布规律4.分子动能和分子势能第二章气体固体和液体1.温度和温标2.气体的等温变化3.气体的等压变化和等容变化4.固体5.液体第三章热力学定律1.功热和内能的改变2.热力学第一定律3.能量守恒定律4.热力学第二定律第四章原子结构和波粒二象性1.普朗克黑体辐射理论2.光电效应3.原子的核式结构模型4.氢原子光谱和玻尔的原子结构模型5.粒子的波动性和量子力学的建立第五章原子核 1.原子核的组成2.放射性元素的衰变3.核力与结合能4.核裂变与核聚变5.基本粒子。
能量守恒定律热力学第一定律
能量守恒定律是热力学中的基本定律之一，也称为热力学第一定律。
它表明，在任何系统中，能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能在不同形式之间转化。
换句话说，系统中的能量总量保持不变，即能量守恒。
这个定律适用于所有物理系统，包括热力学系统。
在热力学系统中，能量可以以多种形式存在，如热能、动能、势能、化学能等。
热力学第一定律表明，系统中的能量总量等于输入和输出的能量之和，即能量守恒。
因此，热力学第一定律可以用来描述热能的转移和转化。
例如，在一个封闭的容器中，当热源向其中输入热量时，其内部的能量总量增加，而当它向外界释放热量时，其内部的能量总量减少。
这个过程中，能量的总量始终保持不变。
总之，能量守恒定律是热力学中最基本的定律之一，它揭示了能量在物理系统中的本质和特性，具有重要的理论和实际意义。
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热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律和能量守恒是研究能量转换与守恒的基本原理和定律。
在能量的转化和传递过程中，热力学第一定律和能量守恒定律起到了至关重要的作用。
本文将介绍这两个定律的概念、基本原理以及在实际应用中的重要性。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学的基本定律之一。
它可以用来描述热量和力学能量之间的转换关系。
简单来说，热力学第一定律可以表达为：在一个系统中，能量的增加等于热量和做功两部分之和。
即ΔE = Q - W，其中ΔE表示系统内部能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
热力学第一定律反映了能量在一个封闭系统中的守恒原理。
根据该定律，能量既不会消失，也不会从无中产生，只能在不同形式之间相互转换。
例如，当我们使用电器加热水时，电能被转化为热能，使水温升高。
这是能量形式的转换，但总能量保持不变。
二、能量守恒能量守恒，是自然界的一条基本定律，也是物理学中最基本的规律之一。
能量守恒原理指出：在一个孤立系统内，能量总量保持不变。
能量不会因为转移、转换或者消失，只能在不同的形式之间进行转化。
能量的形式有很多，例如机械能、热能、电能等等。
无论是当一个物体从一处高处下落，将其势能转化为动能，还是当物体进行摩擦运动时，将机械能转化为热能，或者是当我们点燃一根蜡烛，将化学能转化为热能和光能，能量的总量是不变的。
能量守恒原理在我们的日常生活中无处不在。
当我们吃东西时，食物的能量被转化为人体的生物能，使我们保持活力。
当我们使用电器时，电能被转化为光能、热能等其他形式的能量。
了解能量守恒原理对于我们合理利用能源、保护环境具有重要意义。
三、热力学第一定律与能量守恒的关系热力学第一定律实质上是能量守恒原理在热力学中的具体应用。
热力学第一定律表明了能量在热力学系统中的转化与守恒关系，为能量守恒原理提供了具体的表达形式。
根据热力学第一定律，系统内能量的变化等于热量和做功的总和。
热力学第一定律能量守恒定律必备知识·素养奠基一、热力学第一定律问题1:这个机械的动力力矩大于阻力力矩吗?问题2:这个机械能自动地转动下去永不停止吗?提示:1.不大于,总动力力矩的和不大于总阻力力矩的和。
2.不能,因为违反了能量守恒定律。
1.改变内能的两种方式:做功与传热。
两者在改变系统内能方面是等效的。
2.热力学第一定律:(1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
(2)数学表达式:ΔU=Q+W。
二、能量守恒定律1.内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中能量的总量保持不变。
2.意义:(1)各种形式的能可以相互转化。
(2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
关键能力·素养形成一热力学第一定律的应用1.对公式ΔU=Q+W中ΔU、Q、W符号的规定:符号Q W ΔU+ 物体吸收热量外界对物体做功内能增加- 物体放出热量物体对外界做功内能减少2.几种特殊情况:(1)若过程是绝热的,即Q=0,则ΔU=W,物体内能的增加量等于外界对物体做的功。
(2)若过程中不做功,即W=0,则ΔU=Q,物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。
(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W=-Q(或Q=-W),外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。
3.判断是否做功的方法:一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0。
(2)若物体体积减小,表明外界对物体做功,W>0。
【思考·讨论】如图所示,一定质量的理想气体由a状态变化到b状态,请在图像基础上思考以下问题:讨论:(1)在变化过程中是气体对外做功,还是外界对气体做功?(2)在变化过程中气体吸热,还是向外放热?气体内能增加了,还是减少了?提示:(1)由图可知,气体的变化为等压膨胀,一定是对外做功。
第三讲热力学定律与能量守恒定律➢知识梳理一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功。
(2)热传递。
2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q＋W。
(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：二、能量守恒定律1．内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
2．条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。
3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。
三、热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
2．能量耗散：分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它只不过能使地球大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。
3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。
考点一、热力学第一定律1．对热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。
(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。
(气体向真空自发扩散过程中，气体对外界不做功)(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0。
(4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。
2．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。
热力学第一定律能量守恒热力学第一定律：能量守恒热力学第一定律是能量守恒原理在热力学中的体现。
它表明，在一个封闭系统中，能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
本文将介绍热力学第一定律，并探讨其在能源转化和可持续发展中的重要性。
在热力学中，能量被分为几种形式，包括内能、机械能和热能等。
热力学第一定律指出，系统的能量变化等于系统所吸收的热量和做功之和。
这可以用以下方程式来表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q代表系统吸收的热量，W表示系统对外界所做的功。
根据这个方程式，我们可以看出，如果系统吸收的热量大于做的功，系统的内能将增加；而如果系统的做功大于吸收的热量，系统的内能将减少。
热力学第一定律的重要性体现在能源转化和可持续发展中。
能源转化是将一种形式的能量转化成另一种形式的过程。
热力学第一定律告诉我们，在能源转化中，能量是守恒的，不会凭空消失或增加。
这意味着我们需要合理利用现有能源资源，避免浪费和不必要的能量损失。
可持续发展是当今社会面临的一项重要任务。
热力学第一定律在可持续发展中发挥着重要作用。
对于能源的利用，我们需要追求高效能源转化，减少能量的浪费和环境的破坏。
通过优化能源系统的设计和运行，我们可以提高能源利用效率，减少对环境的负面影响。
另外，热力学第一定律也与能源管理密切相关。
对于工业生产和建筑设计等领域，合理利用能源是节约成本、提高效益的重要手段。
通过实施有效的能源管理措施，如能源审计、能源监测和能源优化等，可以更好地控制能源消耗，实现能源的可持续利用。
总结起来，热力学第一定律是能量守恒原理在热力学中的体现。
它告诉我们能量是不会凭空消失或增加的，只能从一种形式转化为另一种形式。
在能源转化和可持续发展中，热力学第一定律的重要性不可忽视。
我们需要合理利用能源资源，追求能源的高效转化，以实现能源的可持续利用。
通过有效的能源管理措施，我们可以减少能源消耗，降低环境污染，推动社会的可持续发展。
热力学三大基本定律是什么？一文带你搞懂虽然从远古时期人类早就学会了取火和用火，人们就注意探究热、冷现象本身。
但是热力学成为一门系统的学科却要到19世纪，在19世纪40年代前后，人们已经形成了这样的观念:自然界的各种现象间都是相互联系和转化的。
人们对热的研究也不再是孤立地进行，而是在热与其他现象发生转化的过程中认识热，特别是在热与机械功的转比中认识热。
热力学在发展过程中形成了三大基本定律，它们构成了热力学的核心。
热力学第一定律：能量守恒定律德国物理学家迈尔从1840年起就开始研究自然界各种现象间的转化和联系。
在他的论文《与有机运动相联的新陈代谢)中，把热看作“力”(能量)的一一种形式，他指出'热是能够转比为运动的力“。
他还根据当时的气体定压和定容比热的资料,计算出热的机械功当量值为367kgm/千k。
在论文中，迈尔详细考察了当时已知的几种自然现象的相互转化，提出了“力“不灭思想，迈尔是最早表述了能量守恒定律也就是热力学第一定律的科学家。
1847年，德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》。
他提出一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释，这个时候热力学第一定律也就是能量守恒定律已经有了一个模糊的雏形。
1850年，克劳修斯发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文。
他认为单一的原理即“在一切由热产生功的情况，有一个和产生功成正比的热量被消耗掉，反之，通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热。
” 加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下，就把任意多的热量从一个冷体移到热体，这与热素的行为相矛盾”来论证。
把热看成是一种状态量。
由此克劳修斯最后得出热力学第一定律的解析式：dQ=dU-dW从1854年起，克劳修斯作了大量工作，努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这条原理。
经过重重努力，1860年，能量守恒原理也就是热力学第一定律开始被人们普遍承认。
能量守恒原理表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。
高中物理之热力学第一定律和能量守恒定律知识点热力学第一定律能量守恒定律热力学是研究物质世界中有关热现象的宏观理论，它不涉及物质的微观结构，而是将一物质系统中大量粒子看作一个整体，研究系统所表现的各种宏观性质和规律。
热力学第一定律是热力学的基本定律，是一个包括热现象在内的能量守恒与转化的定律。
热力学第一定律首先涉及到内能功热量的基本概念内能功热量内能广义上的内能，是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。
某给定理想气体系统的内能，是组成该气体系统的全部分子的动能之和，其值为，由状态参量T决定，内能E=E（T），是状态参量T的单值函数。
真实气体的内能除了其全体分子的动能外还包括分子之间的引力势能。
实验证明人，真实气体的内能，是状态参量T 和V （或ρ）的函数，即E=E（T，V）或E=E（T，P）。
总之，某给定气体系统的内能。
只由该系统的状态所决定，在热力学中内能是一个重要的状态量。
功气体系统体积变化过程所做的功（体积功）元功气体膨胀dV＞0 系统对外做正功dA＞0 气体被压缩dV＜0 系统对外做负功dA＜0 体积从Va变到Vb系统所做的功沿a c d过程的功不等于沿a d b过程的功系统通过体积变化实现作功。
热力学中的功是与系统始末状态和过程都有关的一种过程量。
热量热量是系统与外界仅由于温度不同而传递的能量。
若改用摩尔热容C，即1mol的物质温度升高1K时所吸收的热量则系统由温度T1 变到温度T2的过程中所吸收的热量系统吸收的热量为正Q＞0。
若计算结果Q＜0则表示系统放热。
热量必须与过程相联系，只有发生过程才有吸收或放出热量可言。
系统从某一状态变到另一状态，若其过程不同，则吸或放的热量也会不同。
故热量也是过程量内能、功、热量的国际标准单位都是焦耳（J ）热力学第一定律在任何一个热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统内能的增量E2-E1与系统对外作功 A 之和。
Q=E2-E1+A热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转化定律的一种表达形式。
能量守恒定律1．不同形式的能之间可以相互转化，例如，电流通过导体时，电能转化为内能，燃料燃烧时，化学能转化为内能，炽热的灯丝发光，内能转化为光能。
2．各种形式的能相互转化过程中守恒，能量守恒定律的内容为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变。
3．能量守恒定律是自然界中的一条普遍规律，恩格斯把这一定律称为“伟大的运动基本定律”，并把这一定律和细胞学说、达尔文的生物进化论称为19世纪自然科学的三大发现。
4．第一类永动机是指不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器，它不可能造成的原因是违背了能量守恒定律。
5．能量守恒定律的发现在物理学理论的发展上使经典物理学从经验科学发展成完整的理论科学，在哲学上为辩证唯物主义自然观提供了自然科学基础，揭示了自然界中各种不同的运动形式是相互联系的，且在转化过程数量上保持守恒。
所以，能量守恒定律论证了物质运动的不灭性和统一性。
1能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移的过程中其总量不变。
2．对能量守恒定律的理解(1)能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。
各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
(2)与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。
(3)能量守恒定律的重要意义①找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性。
②突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。
2019-2020高中物理第三章热力学基础第二讲热力学第一定律第三讲能量守恒定律教案粤教选修3_3第三讲能量守恒定律[目标定位] 1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式.2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题.3.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.4.知道第一类永动机是不可能制成的.一、热力学第一定律1.定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.2.数学表达式：ΔU＝Q＋W.二、能量守恒定律1.大量事实表明，各种形式的能量可以相互转化，并且在转化过程中总量保持不变.2.能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量保持不变.3.能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一.三、永动机不可能制成1.第一类永动机：人们把设想的不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器称为第一类永动机.2.第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成.一、热力学第一定律1.对热力学第一定律的理解(1)对ΔU＝W＋Q的理解：做功和热传递都可以改变内能，如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对系统所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于系统内能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.(2)对ΔU、Q、W符号的规定①功W：外界对系统做功，W>0，即W为正值；系统对外界做功，W<0，即W为负值.②热量Q：系统吸热为正：Q>0；系统放热为负：Q<0.③内能变化：系统内能增加，ΔU>0，即ΔU为正值；系统内能减少，ΔU<0，即ΔU为负值.2.判断是否做功的方法一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否变化.(1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0；(2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.例1 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？答案5×104J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ΔU＝W ＋Q.由题意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104J.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ΔU＝Q＋W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8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是( )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解析因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，B选项正确.二、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(1)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.但因为第一类永动机违背了能量守恒定律，所以无一例外地归于失败.(2)永动机给我们的启示人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.例2 如图1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ΔU，则( )图1A.ΔU＝QB.ΔU<QC.ΔU>QD.无法比较答案B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3 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三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积.注意三种特殊过程的特点：1.等温过程：内能不变，ΔU＝02.等容过程：体积不变，W＝03.绝热过程：Q＝0例4 如图2所示，倒悬的导热气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，活塞到气缸底面的距离为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，气缸中的气体吸收的热量为Q.求：图2(1)气缸内部气体内能的增量ΔU；(2)最终的环境温度T.答案(1)Q－0.1p0SL＋0.1LG (2)1.1T0解析(1)密封气体的压强p＝p0－GS密封气体对外做功W＝pS×0.1L由热力学第一定律ΔU＝Q－W得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG(2)该过程是等压变化，由盖·吕萨克定律有＝L＋0.1L ST解得T＝1.1T0热力学第一定律的理解和应用1.用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图3所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( )图3A.体积减小，内能增大B.体积减小，压强减小C.对外界做负功，内能增大D.对外界做正功，压强减小答案AC解析充气袋被挤压时，体积减小，压强增大，同时外界对气体做功，又因为袋内气体与外界无热交换，故其内能增大，A、C选项正确.2.关于内能的变化，以下说法正确的是( )A.物体吸收热量，内能一定增大B.物体对外做功，内能一定减少C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变答案C解析根据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能也不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A错；物体对外做功，还有可能吸收热量、内能可能不变或增大，B错、C正确；放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误.能量守恒定律的理解和应用3.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是( )A.机械能守恒B.能量正在消失C.只有动能和重力势能的相互转化D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒答案D解析自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能等于克服阻力、摩擦力做的功，增加了内能.气体实验定律和热力学第一定律的结合4.如图4所示，两个截面积都为S的圆柱形容器，右边容器高为H，上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为M的活塞.两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的.开始时阀门关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H，右边容器内为真空.现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时理想气体的温度增加为原来的1.4倍，已知外界大气压强为p0，求此过程中气体内能的增加量.图4答案(Mg＋p0S)H解析理想气体发生等压变化.设封闭气体压强为p，分析活塞受力有pS＝Mg＋p0S设气体初态温度为T，活塞下降的高度为x，系统达到新平衡，由盖·吕萨克定律＝H－x＋H S1.4T解得x＝H，又因系统绝热，即Q＝0外界对气体做功为W＝p0Sx根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W所以ΔU＝(Mg＋p0S)H(时间：60分钟)题组一热力学第一定律的应用1.关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是( )A.吸热的物体，其内能一定增加B.体积膨胀的物体，其内能一定减少C.放热的物体，其内能也可能增加D.绝热压缩的物体，其内能一定增加答案CD解析做功和传热都可以改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化.2.下列过程可能发生的是( )A.物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B.物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C.外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D.物体对外做功，同时物体放热，内能增加答案AB解析当物体吸收的热量多于对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必增加，C错误；物体对外做功，同时物体放热，则物体的内能必减少，D错误.3.如图1所示是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的( )图1A.温度升高，内能增加600JB.温度升高，内能减少200JC.温度降低，内能增加600JD.温度降低，内能减少200J答案A解析对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，ΔU为正表示内能增加了600J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确.4.小明同学将喝空的饮料瓶遗留在车内，当夜晚来临，车内温度降低时，密闭在瓶内的气体(可视为理想气体)将( )A.内能增大，放出热量B.内能增大，吸收热量C.内能减小，放出热量D.内能减小，吸收热量答案C解析一定质量的理想气体的内能由温度决定，当温度降低时，内能减少，ΔU＜0，由于体积不变，W＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得Q＜0，故气体放热，正确答案为C项.5.给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )A.从外界吸热B.对外界做负功C.分子平均动能减小D.内能增加答案A解析胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程.温度不变，分子平均动能和内能不变.体积增大气体对外界做正功.根据热力学第一定律气体一定从外界吸热.6.夏季烈日下的高速路面温度很高，汽车行驶过程中轮胎与路面摩擦也产生大量的热.因此高速行驶的汽车容易爆胎而出现事故，酿成悲剧.对车胎爆裂这一现象下列说法正确的是(假设升温过程轮胎容积不变)( )A.车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B.在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大C.在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能增加D.在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少答案BD题组二能量转化与守恒定律7.一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统( )A.机械能守恒B.总能量守恒C.机械能和内能增加D.机械能减少，内能增加答案BD解析物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少，由能量转化和守恒定律知，内能应增加，能的总量不变.8.如图2所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是( )图2A.子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能B.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能C.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能D.子弹动能的一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能答案D解析子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能.题组三气体实验定律与热力学第一定律的结合9.如图3所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定( )图3A.从外界吸热B.内能增大C.向外界放热D.内能减小答案C解析本题考查气体性质和热力学第一定律，由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错；热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错、C对.正确答案为C.10.如图4所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空.抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态.在此过程中( )图4A.气体对外界做功，内能减少B.气体不做功，内能不变C.气体压强变小，温度降低D.气体压强变小，温度不变答案BD解析因b内为真空，所以抽开隔板后，a内气体可以“自发”进入b，气体不做功，又因容器绝热，不与外界发生热量传递，根据热力学第一定律可以判断其内能不变，温度不变，由玻意耳定律可知：气体体积增大，压强必然变小，综上可判断B、D项正确.11.如图5所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，dc平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法正确的是( )图5A.从状态d到c，气体不吸热也不放热B.从状态c到b，气体放热C.从状态a到d，气体对外做功D.从状态b到a，气体放热答案BC解析从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故A错；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)，就一定要伴随放热的过程，故B对；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，C正确；气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D错误.题组四综合应用12.如图6所示，一定质量的理想气体从状态A先后经过等压、等容和等温过程完成一个循环，A、B、C状态参量如图所示，气体在状态A的温度为27℃，求：图6(1)气体在状态B的温度TB；(2)气体经A→B→C状态变化过程中与外界交换的总热量Q.答案(1)600K (2)2p0V0解析(1)A到B的过程是等压变化，有＝VBTB代入数据得TB＝600K(2)根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W其中W＝－2p0V0解得Q＝2p0V0(吸热)13.如图7所示，导热材料制成的横截面积相等、长度均为45cm的气缸A、B通过带有阀门的管道连接.初始时阀门关闭，厚度不计的光滑活塞C位于B内左侧，在A内充满压强pA＝2.8×105Pa的理想气体，B内充满压强pB＝1.4×105Pa的理想气体，忽略连接气缸的管道体积，室温不变，现打开阀门，求：图7(1)平衡后活塞向右移动的距离和B中气体的压强；(2)自打开阀门到平衡，B内气体是吸热还是放热(简要说明理由).答案(1)15cm 2.1×105Pa(2)放热，理由见解析解析(1)活塞向右运动后，对A气体，有pALS＝p(L＋x)S对B气体，有pBLS＝p(L－x)S得x＝15cmp＝2.1×105Pa(2)活塞C向右移动，对B中气体做功，而气体做等温变化，内能不变，由热力学第一定律可知B内气体放热.14.如图8是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22cm，现用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭的空气柱长度为2cm，人对活塞做功100J，大气压强为p0＝1×105Pa，不计活塞的重力.问：图8(1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1cm2)答案(1)1.1×106Pa(2)82J解析(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22cm，l＝2cm，V0＝l0S，V＝lS，缓慢压缩，气体温度不变由玻意耳定律得p0V0＝pV解出p＝1.1×106Pa(2)大气压力对活塞做功W1＝p0S(l0－l)＝2J人做功W2＝100J由热力学第一定律ΔU＝W1＋W2＋QQ＝－20J解出ΔU＝82J。
