高中物理 第十章 热力学定律 第三节 热力学第一定律能量守恒定律名师导航学案 新人教版选修3-3
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第三节 热力学第一定律 能量守恒定律
名师导航
知识梳理
1.热力学第一定律
(1)内容：一个物体内能的变化，决定于_________和_________.
(2)表达式：ΔU=_________.
(3)符号定义：上式中W表示_________，Q表示_________，ΔU表示_________.
(4)符号正负意义：
W>0，表示_________，W<0，表示_________；Q>0表示物体_________，Q<0表示物体_________；ΔU>0，表示物体内能_________，ΔU<0，表示物体内能_________.
2.能量守恒定律
(1)内容：能量既不会_________也不会_________，它只能从_________或者_________，在转化和转移过程中，其总量不变.
(2)意义：_________说明第一类永动机不可能制成.
疑难突破
怎样理解热力学第一定律是研究功、能量和内能之间的关系的？
剖析：(1)热力学第一定律的表达式
我们知道，做功和热传递都可以改变物体的内能，在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU，即
ΔU=Q＋W
上式所表示的功、热量跟内能改变之间的关系，叫做热力学第一定律.
(2)对ΔU=Q＋W的说明
热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况，因此在使用ΔU=Q＋W时，通常有以下规定：
为了区分以上两种情况，在应用ΔU=Q＋W进行计算时，它们的正负符号规定：外界对系统做功，W>0，即W为正值；系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0，即W为负值；外界对系统传递热量，也就是系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值；外界从系统吸收热量，或系统向外界放出热量，Q<0，即Q为负值；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.
问题探究
问题：第一类永动机为什么不能制成？
大家也许听说过“永动机”，这是一种不需要任何能量，自己就能够做功干活，并且永远运动的机器.但是，这种“永动机”是否能制造出来呢？同永远找不到不吃草的好马一样，不需要能量而永远运动并且能够做功的永动机，也是不可能制造出来的.因为在自然界中物质的任何一种形式的能量，在一定条件下都能够用直接或间接的方式，转化成其他形式的能量，在转化中，总能量保持不变.这就是能量守恒和转化定律.用恩格斯的话来说，这是一条“绝对的自然规律”.
典题精讲
【例1】 汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中( )
A.汽车的机械能守恒
B.汽车的动能和势能相互转化
C.汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少 2 D.汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒
思路解析：汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少.
答案：C
【例2】 某物体温度升高了，这说明( )
A.该物体一定吸收了热量 B.该物体可能放出了热量
C.外界对物体可能做了功 D.物体可能吸收了热量
思路解析：由ΔU=Q＋W来分析，物体温度升高了，一定有物体的内能增加，ΔU>0，要满足ΔU>0可能有各种情况：①W>0,Q=0；②W=0，Q>0；③W>0，Q>0；④W>0，Q<0，W>|Q|；⑤W<0，Q>0，Q>|W|.由①否定选A；④与选项B一致；①、③、④与选项C一致；②、③、⑤与选项D一致，故选项B、C、D正确.
答案：BCD
知识导学
1.用热力学第一定律时要明确：(1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和功的数值，热量和数值之间的定量关系.(2)应用此定律前应准确理解各物理量的物理含义：ΔU是物体内能的增量，当物体内能增加时取“＋”号，当物体的内能减少时取“-”号，Q是外界与系统之间传递的热量，当外界传递给系统热量(系统吸热)时取“＋”号，当系统向外界传递热量(系统放热)时取“-”号.
2.用能的转化和守恒定律时要明确：(1)能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律.(2)一切违背能的转化与守恒定律的过程是不可能实现的，能的转化与守恒定律表明永动机不可能制成.
疑难导析
做功和热传递都能改变物体的内能，因此物体内能的改变量ΔU，必与功W和热量Q有关：(1)如果单纯通过做功改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来量度，这时，物体内能的增加(或减少)量ΔU就等于外界(或物体对外界)所做的功W的数值，即ΔU=W.(2)如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化便可用传递热量的多少来量度，物体内能的增加(或减少)量ΔU应等于从外界吸收(或向外界放出)热量Q的数值，即ΔU=Q.(3)在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化则由做功和所传递的热量共同决定.在这种情况下，物体内能的增加量就应等于外界对物体所做的功W和物体从外界吸收的热量Q之和，即ΔU=Q＋W.
问题导思
永动机的诱人前景，曾使许多人致力于永动机的研究，但都以失败告终.
能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外界做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化成别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，而不能无中生有地创造能量.不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的.
典题导考
绿色通道：解此类问题要用能量转化和能量守恒的观点去考虑，重在理解能量的转化关系和能量的守恒定律.
【典题变式1】 (2006重庆理综，16) 如图10-3-1，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，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小( ) 3
图10-3-1
A.从外界吸热 B.内能增大
C.向外界放热 D.内能减小
绿色通道：应用热力学第一定律解题，先要明确研究对象，其次要根据符号的法则判断符号的正负.
【典题变式2】 某一定量的气体膨胀对外做功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.减少了20 J B.增加了20 J
C.减少了220 J D.增加了220 J
典题变式答案
【典题变式1】 解析：水温恒定且金属筒缓慢下降，则空气的温度始终不变，气体的内能不变，B、D错误.筒内空气体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律，气体必须向外界放热，A错误，所以C正确.
答案：C
【典题变式2】 答案：B 4 百度文库是百度发布的供网友在线分享文档的平台。百度文库的文档由百度用户上传 ，需要经过百度的审核才能发布，百度自身不编辑或修改用户上传的文档内容。网友可以在线阅读和下载这些文档。百度文库的文档包括教学资料、考试题库、专业资料、公文写作、法律文件等多个领域的资料。百度用户上传文档可以得到一定的积分，下载有标价的文档则需要消耗积分。当前平台支持主流的doc(.docx)、.ppt(.pptx)、.xls(.xlsx)、.pot、.pps、.vsd、.rtf、.wps、.et、.dps、.pdf、.txt文件格式。
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