10.3热力学第一定律 能量守恒定律

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。

§10.3 热力学第一定律能量守恒定律【目标及达标标准】1．能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其表达式，会用ΔU＝W＋Q分析和计算问题2．理解和掌握能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律,会用能量转化和守恒的观点分析物理现象3．知道第一类永动机是不可能实现的【重点、难点】热力学第一定律ΔU = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定【教学方法】合作探究【教学用具】多媒体【物理背景、物理模型】饱和汽、湿度【导读导思】达标标准：思考并完成下列问题和任务，并能独立向别人表述出来（书面或口述）自主学习、课前诊断先通读教材，画出本节课中的基本概念及物理规律，回答导学案预习中涉及的问题，独立完成，限时25分钟。

一、热力学第一定律：阅读课本第54页“热力学第一定律”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论1】一定质量的气体，被活塞密封在气缸内．问题1：如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与气体对外做功，会引起气体内能怎样的变化？问题2：如果外界与气体之间没有做功，那么气体吸热与放热会引起气体内能怎样的变化？问题3：如果气体跟外界同时发生做功和热传递的过程，W、Q、△U的正负号如何确定？问题4：W、Q、△U三者都有正负，它们的关系怎样？【思考与讨论2】一定质量的气体，如果膨胀时做的功是135J，同时向外放热85J．问题5：外界对气体做功，还是气体对外界做功？问题6：气体内能的变化量是多少？问题7：内能增加了还是减少了？【案例探究1】一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况又怎样？二、能量守恒定律：阅读课本第54-55页“能量守恒定律”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论3】能量守恒定律不是由某一个人通过某一项研究而得到的，从18世纪末到19世纪40年代，不同领域的科学家从不同角度都提出了能量守恒的思想．问题8：历史上有哪些科学家曾经在这一方面做过探索？问题9：这些科学家都在哪些方面做出了贡献？问题10：能量可以由一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体.能量在转化或转移的过程中遵循什么规律？问题11：做功和热传递都可以改变物体的内能，那么这两种方式在改变物体内能的本质上有什么区别吗？问题12：能量守恒定律有什么重要意义？能量守恒定律使人们找到了研究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．三、永动机不可能制成：阅读课本第55-56页“永动机不可能制成”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论4】据说，13世纪有一个法国人叫奥恩库尔的，他在一个轮子的边缘上等间隔地安装了12根可活动的锤杆,如图所示．他设想一旦轮子被启动,由于轮子右边的各个重锤距轮轴更远些,就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去．问题12：不用能量的概念，你能不能说明它不会“永动”？问题13：什么是第一类永动机？问题14：为什么第一类永动机不可能制成？【案例探究3】有一种所谓“全自动”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，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？【巩固练习】1.达标标准：（1）每道题都能独立做出来，并总结涉及的知识点；（2）尝试总结出常见题型及其做法。

热力学第一定律和能量守恒定律的区别热力学第一定律和能量守恒定律，这两个名词听起来有点高深莫测，但其实它们都是在告诉我们一个道理：能量是不会消失的，只是会从一种形式转化为另一种形式。

这两个定律有什么区别呢？别急，让我来给你慢慢道来。

我们来看看热力学第一定律。

这个定律的名字叫做“能量守恒定律”，听起来就像是说能量是不会减少的。

实际上，这个定律告诉我们的是，在一个封闭的系统中，能量的总量是不变的。

也就是说，如果你把一个物体加热，那么它的温度就会升高，但是它的热量(即能量)是不变的。

这个定律告诉我们，能量是可以转化的，比如说，你可以把电能转化成热能，也可以把热能转化成光能。

热力学第二定律又是什么呢？这个定律的名字叫做“熵增原理”，听起来有点复杂，但其实它的意思很简单：在一个封闭的系统中，熵(即混乱程度)总是趋向于增加。

也就是说，如果你把一个苹果放在那里不动，过一段时间后，它的表面就会变得越来越光滑，因为空气中的尘埃和水分都会附着在上面。

这个定律告诉我们，能量的转化是有方向性的，有些能量是无法回收利用的。

热力学第一定律和热力学第二定律有什么区别呢？其实很简单，热力学第一定律告诉我们能量是如何守恒的，而热力学第二定律告诉我们能量是如何转化的。

换句话说，热力学第一定律告诉我们“不要把东西丢掉”，而热力学第二定律告诉我们“不要把东西弄得太乱”。

举个例子来说吧。

比如说你在家里做饭，你把米放进锅里煮，然后用火加热。

在这个过程中，米的能量被转化为热能和光能(当水沸腾时),而这些能量又被用来做饭、烧水和照明。

当你吃完饭之后，锅里的水已经凉了，米也已经没了味道。

这时候，你可以把锅洗一洗，然后再用它来烧水或者做饭。

这就是热力学第一定律告诉我们的“不要把东西丢掉”。

如果你不注意卫生，把锅里的水倒在地上或者扔到垃圾桶里，那么水就会变成污水，而污水又会污染环境。

这就是热力学第二定律告诉我们的“不要把东西弄得太乱”。

所以说，热力学第一定律和热力学第二定律虽然看起来很相似，但实际上它们是在告诉我们两个不同的道理：一个是关于能量守恒的，另一个是关于能量转化的方向性的。

热力学第一定律 能量守恒定律题型一：热力学第一定律的简单应用例1：（教材习题变式）铁块和装有一定质量气体的气球吸收相同的热量，下列说法中正确的是：A ．铁块内能增加得多B ．气体内能增加得多C ．两者内能增加一样多D ．条件不够，无法判断．变式1：物体的内能增加了20Ｊ，则A ．一定是外界对物体做了20Ｊ的功B ．一定是物体吸收了20J 的热量C ．可能是外界对物体做了20J 的功，也可能是物体吸收了20J 的热量D ．可能是物体吸收热量的同时外界对物体做了功，且热量和功共20J题型二：气体状态变化过程中的内能变化例2：一定质量的理想气体，体积由V 1膨胀到V 2，如果是通过等压过程实现，做功为W 1、传递热量为Q 1、内能变化为△U 1；如果是通过等温过程实现，做功为W 2、传递热量为Q 2、内能变化为△U 2，则A 、W 1＞W 2，Q 1＞Q 2，△U 1＞△U 2B 、W 1＞W 2，Q 1＞Q 2，△U 1=△U 2C 、W 1＞W 2，Q 1=Q 2，△U 1=△U 2D 、W 1＜W 2，Q 1=Q 2，△U 1=△U 2变式2：若某种实际气体分子之间的作用力表现为引力，则一定质量的该气体内能大小与气体体积和温度的关系是A ．如果保持其温度不变，体积增加，则内能减小B ．如果保持其体积不变，温度升高，则内能增大C ．如果保持其体积不变，温度升高，则内能减小D ．如果保持其温度不变，体积增加，则内能增大题型三：涉及功能关系的问题例3：如图所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部．另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为E p （弹簧处于自然长度时的 弹性势能为零），现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程A ．E p 全部转换为气体的内能功和内能：如果一个物体既不吸收热量也不放出热量，那么，当外界对它做功W 时，它的内能增量是ΔU ，则 。

热力学第一定律与能量守恒定律热力学是一门研究能量转化和传递规律的学科，而热力学第一定律和能量守恒定律是热力学体系中两个核心的理论基础。

本文将详细探讨热力学第一定律和能量守恒定律的基本概念、表达方式以及它们在实际问题中的应用。

1. 热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是指在一个系统中，能量的增减等于系统的输入减去输出。

换句话说，能量是守恒的，它既不能从无中产生，也不能消失。

热力学第一定律可以用以下数学公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内部能量的变化，Q表示热量的输入，W表示功的输入。

当ΔU大于零时，说明系统的内能增加，表示系统吸收了热量或者做了功；当ΔU小于零时，说明系统的内能减少，表示系统释放了热量或者外界对系统做了功。

2. 能量守恒定律能量守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。

能量守恒定律指出，在一个孤立系统中，能量的总量保持不变。

这意味着能量既不能从无中产生，也不能无缘无故地消失。

能量只能在不同的形式之间相互转换，但总能量守恒。

能量守恒定律与热力学第一定律的关系密切。

热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的表述。

能量守恒定律可以应用于各个层面，包括宏观和微观系统，从机械能到热能、化学能等各种形式的能量都需要遵守能量守恒定律。

3. 热力学第一定律和能量守恒定律的应用热力学第一定律和能量守恒定律在实际问题中具有广泛的应用。

下面以几个例子来说明：3.1 能源利用能源是人类社会发展所必需的，热力学第一定律和能量守恒定律对于能源的利用提供了重要的理论基础。

利用热力学第一定律和能量守恒定律可以对能源进行合理的分配和利用，有效地提高能源利用率，减少能源的浪费。

3.2 热机效率热力学第一定律和能量守恒定律还可以用于研究和评价热机的效率。

根据热力学第一定律，热机的输出功等于输入热量减去输出热量，即W = Q1 - Q2。

而根据能量守恒定律，输入热量等于输出热量加上对外做功，即Q1 = Q2 + W。

3热力学第一定律能量守恒定律记一记热力学第一定律能量守恒定律知识体系一个分析——分析第一类永动机失败的原因两个定律——热力学第一定律、能量守恒定律辨一辨1.物体吸收热量，内能一定增大．(×)2．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(√)3．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加．(√) 4．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．(√)5．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．(×)想一想1.一定质量的理想气体，做等压膨胀，在变化过程中是气体对外做功，还是外界对气体做功？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：气体的变化为等压膨胀，一定是对外做功；理想气体在等压膨胀过程中需要从外界吸收热量．由盖—吕萨克定律可知，理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能一定增加．2．有一种所谓“全自动”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？提示：这不是永动机；手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表发条做机械运动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．思考感悟：练一练1.至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是()A．机械制造的技术没有过关B．违反了牛顿运动定律C．违反了电荷守恒定律D．违反了能量守恒定律解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量的转化和守恒定律．答案：D2．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将()A．降低B．升高C．不变D．无法确定解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，消耗了电能，系统总内能增加．答案：B3．气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化可能是()A．减小20 J B．增大20 JC．减小220 J D．增大220 J解析：研究对象为气体，对外做功W＝－100 J，吸收热量Q ＝120 J，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J.ΔU>0，说明气体的内能增加．答案：B4．在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块．对此过程，下列说法中正确的是()A．摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加量B．摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能C．子弹减少的机械能等于子弹与木块增加的内能D．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与内能之和解析：对木块由动能定理可判断出A项正确，子弹克服摩擦力做功而减少的机械能，转化为木块、子弹的内能和木块的动能，故B、C、D三项错误，故选A项．答案：A要点一热力学第一定律的理解和应用1.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．内能增加解析：缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，B项错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，C 项错；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，D项错；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，A项正确．答案：A2．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小解析：本题考查了热力学第一定律，理解做功和热传递可以改变物体的内能．筒内气体不与外界发生热交换，M向下滑的过程中，外界对气体做功，由热力学第一定律可知气体内能增大，A 项正确．答案：A3．一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，即B选项正确．答案：B4.如图所示容器中，A，B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中，下面说法正确的是()A．大气压力对水做功，水的内能增加B．水克服大气压力做功，水的内能减少C．大气压力对水不做功，水的内能不变D．大气压力对水不做功，水的内能增加解析：打开阀门K，由于水的重力作用，A中的水逐渐流向B 中，运动一段时间后达到平衡状态，A和B中的水面静止在同一高度上．A中水面下降h A，B中水面上升h B，相当于A管中S A h A 体积的水移到B管，且S A h A＝S B h B，这部分水的重心降低，重力对水做正功，重力势能减少，大气压力做功情况是大气压对A管中的水做正功，对B管中的水做负功，所以，大气压力对水做的总功为p0S A h A－p0S B h B，因为S A h A＝S B h B，所以大气压对水做的总功为零，又由于系统绝热，与外界没有热交换，只有水的重力做功，由能量守恒知重力势能转化为内能，故选项D正确．答案：D要点二能量守恒定律的理解和应用5.(多选)下列设想符合能量守恒定律的是()A．利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器B．做成一条船利用河水的能量逆水航行C．通过太阳照射飞机使飞机起飞D．不用任何燃料使河水升温解析：利用磁场可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦的不可避免性，动能最终会转化为内能，使转动停止，故A项错．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C两项正确．设计水坝利用河水的重力势能发电，电能可转化为内能使水升温，另外，重力势能还可以通过水轮机叶片转化为水的内能使水升温，故D 项正确．答案：BCD6．第一类永动机是不可能制成的，这是因为此类永动机() A．不符合机械能守恒定律B．违背了能量守恒定律C．做功产生的热不符合热功当量D．找不到合适的材料和合理的设计方案解析：第一类永动机是指不需要消耗任何能量就能对外做功的机器，因此第一类永动机不可能制成不是因为找不到合适的材料和合理的设计方案，而是因为它违背了能量守恒定律，故选B.答案：B7.如图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，则下列有关能量转化的说法中正确的是()A．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机械能C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能D．子弹的动能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．答案：D基础达标1.一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的() A．温度降低，密度增大B．温度降低，密度减小C．温度升高，密度增大D．温度升高，密度减小解析：由ΔU＝W＋Q可得理想气体内能变化：ΔU＝－1.0×104 J＋2.5×104J＝1.5×104J>0，故温度升高，A、B两项均错．因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由ρ＝m/V可知密度变小，故C项错误，D项正确．答案：D2.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法中正确的是()A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少解析：小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A项正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B项错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C项错误，D项正确．答案：AD3.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是()A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量解析：形状记忆合金进入水中后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知，能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C三项错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D项正确．答案：D4．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这一过程中()A．汽车的机械能守恒B．汽车的动能和势能相互转化C．机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减少D．机械能逐渐转化为内能，总能量不变解析：汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车和斜坡之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，一部分机械能转化为内能，但能的总量保持不变，故选D.答案：D5．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有()A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1>Q2解析：因为该气体从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，所以内能没有变化，ΔU＝0.根据热力学第一定律可知W1－W2＋Q1－Q2＝ΔU＝0，即Q1－Q2＝W2－W1，故A正确．答案：A6．下列说法正确的是()A．随着科技的发展，第一类永动机是可能制成的B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可能凭空产生的解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，故永远无法制成，A项错误；太阳照射到宇宙空间的能量均能转化成其他形式的能量，B项错误；马儿奔跑时同样需要消耗能量，故“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，C项正确；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是不存在的，它违背了能量守恒定律，D项错误．答案：C7.(多选)如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p-V图中从a到b的直线所示．在此过程中() A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功解析：一定质量的理想气体从a到b的过程，由理想气体状态方程p a V aT a＝p b V bT b可知，T b>T a，即气体的温度一直升高，A项错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能一直增加，B项正确；由于从a到b的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，C项正确；根据热力学第一定律，从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，D项正确；气体吸收的热量一部分增加内能，一部分对外做功，E项错误．答案：BCD8.导热性能良好的汽缸和活塞，密封一定质量的理想气体，汽缸固定不动，保持环境温度不变，现用外力将活塞向下缓慢移动一段距离，则这一过程中()A．外界对缸内气体做功，缸内气体内能不变B．缸内气体放出热量，内能增大C．汽缸内每个气体分子的动能都保持不变D．单位时间内撞击到器壁上单位面积的分子数减小解析：由于汽缸和活塞导热性能良好，且环境温度不变，因此在将活塞向下缓慢移动一段距离的过程中，气体温度不变，气体内能不变，由ΔU＝W ＋Q可知，外界对气体做功，内能不变，气体将放出热量，故A项正确，B项错误；温度不变，说明气体分子平均动能不变，而并非指每个气体分子的动能均保持不变，故C项错误；气体温度不变，体积缩小，根据理想气体状态方程可知，其压强增大，单位时间内撞击到器壁上单位面积上的分子数增多，故D项错误．答案：A9．如图所示的两端开口的U形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高．现打开阀门K，从打开阀门到两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为ΔU，动能变化量为ΔE k；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得：①W1＝0②W2－W3＝ΔE k③W2－W3＝Q＝ΔU④W3＋Q ＝ΔU其中正确的是()A．①②③B．①②④C．②③D．①③解析：由动能定理可知W2－W3＋W1＝ΔE k，其中W1＝p·ΔV 左－p·ΔV右＝0，可知①、②正确．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 得ΔU＝W3＋Q，可知④正确、③错误．综合以上分析可知B正确．答案：B10.如图所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时()A．气体内能一定增加B．气体压强变大C．气体对外界做功D．气体对外界放热解析：由图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，故气体的内能不变，气体对外做功；由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量．综上可知，C项对，A、B、D项错．答案：C11.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走，若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中()A．气体对外做功，气体温度可能不变B．气体对外做功，内能一定减少C．气体压强可能增大，内能可能不变D．气体从外界吸热，内能一定增加解析：由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换．细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变．答案：A 12.如图所示，带有光滑活塞的汽缸中封闭一定质量的理想气体，将一个半导体NTC 热敏电阻R(阻值随温度升高而减小)置于汽缸中，热敏电阻与容器外的电源E 和电流表A 组成闭合回路，汽缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能．若发现电流表的示数增大时，以下判断错误的是( )A ．气体内能一定增大B ．气体体积一定增大C ．气体一定对外做功D ．气体压强一定减小解析：气体用活塞封闭，故气体的压强不变，故D 项错误．电流表示数增大，则由闭合电路欧姆定律可知，电路中电阻R 减小；根据半导体热敏电阻的性质可知，汽缸内温度升高，由气体状态方程pV T ＝C 可得，气体体积一定增大、气体对外界做功，气体内能只与温度有关，故内能一定增大，故A 、B 、C 三项正确．本题选错误的，故选D 项．答案：D能力达标13.[2019·全国卷Ⅰ]某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．解析：容器与活塞绝热性能良好，容器中空气与外界不发生热交换(Q ＝0)，活塞移动的过程中，容器中空气压强减小，则容器中空气正在膨胀，体积增大，对外界做功，即W<0. 根据热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 可知：容器中空气内能减小，温度降低，容器中空气的温度低于外界温度．根据理想气体状态方程有pV T＝C，又ρ＝mV，联立解得：ρ＝mpCT.对容器外与容器内质量均为m的气体，因容器中空气压强和容器外空气压强相同，容器内温度低于外界温度，则容器中空气的密度大于外界空气的密度．答案：低于大于14．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：(1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)分子势能是增加还是减少？(3)分子的平均动能是增加还是减少？解析：(1)气体从外界吸收的热量为Q＝4.2×105J气体对外做功W＝－6×105J由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)＋(4.2×105J)＝－1.8×105JΔU为负，说明气体的内能减少了．所以，气体内能减少了1.8×105J.(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了．(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，所以气体分子的平均动能一定减少了．答案：(1)减少 1.8×105J(2)增加(3)减少15．目前地热资源主要用来发电和供暖．若有85 ℃的地热水，质量为4×105kg，经过散热器放热后的水温为35 ℃，则这些地热水放出了多少热量？[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]解析：地热水的质量：m＝4×105kg，地热水放出的热量：Q放＝c水mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×4×105 kg×(85 ℃－35 ℃)＝8.4×1010J.答案：8.4×1010J。

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。

高中物理| 10.3热力学第一定律能量守恒定律详解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。