高中物理竞赛辅导讲义-8.2热力学第一定律

《热力学第一定律》讲义在我们探索物理世界的奥秘时，热力学定律无疑是重要的基石之一。

今天，咱们就来好好聊聊热力学第一定律。

首先，咱们得弄清楚什么是热力学第一定律。

简单来说，热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热现象中的应用。

它表明，在一个与外界没有物质和能量交换的孤立系统中，能量的形式可以相互转换，但能量的总量始终保持不变。

那为什么这个定律如此重要呢？想象一下，如果能量可以凭空产生或者消失，那这个世界岂不是乱套了？所以，热力学第一定律为我们理解和研究各种热现象提供了一个基本的准则。

为了更深入地理解这个定律，咱们来看看它的数学表达式。

一般来说，热力学第一定律可以表示为：ΔU ＝ Q ＋ W 。

这里的ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收或放出的热量，而 W 表示系统对外界所做的功或者外界对系统所做的功。

咱们先来说说内能。

内能是系统内部微观粒子热运动的动能和势能的总和。

比如说，一个气体系统，它的内能就包括气体分子的平动、转动和振动的动能，以及分子间相互作用的势能。

内能是一个状态量，只取决于系统的状态，而与系统的变化过程无关。

再说说热量 Q 。

热量是由于温度差而在系统与外界之间传递的能量。

当系统从外界吸收热量时，Q 为正值；当系统向外界放出热量时，Q为负值。

然后是功 W 。

功是系统与外界之间通过宏观的机械运动传递的能量。

当外界对系统做功时，W 为正值；当系统对外界做功时，W 为负值。

举个例子来帮助大家理解。

假设我们有一个绝热的容器，里面有一个被压缩的弹簧和一个活塞。

当我们松开活塞，弹簧推动活塞向外运动。

在这个过程中，系统没有与外界进行热交换，也就是 Q ＝ 0 。

但是弹簧的势能转化为了活塞的动能，系统对外做功，W 为负值。

同时，系统的内能减少，ΔU 为负值。

这就很好地体现了热力学第一定律，虽然能量的形式发生了变化，但总量不变。

热力学第一定律在实际生活中的应用那可真是无处不在。

比如汽车的发动机，燃料燃烧产生的能量一部分转化为机械能推动汽车前进，另一部分则以热能的形式散失到环境中。

高中物理竞赛讲义目录高中物理竞赛讲义 (1)第0部分绪言 (5)一、高中物理奥赛概况.....................................错误!未定义书签。

二、知识体系....................................................错误!未定义书签。

第一部分力＆物体的平衡 (5)第一讲力的处理 (13)第二讲物体的平衡 (15)第三讲习题课 (16)第四讲摩擦角及其它 (21)第二部分牛顿运动定律 (24)第一讲牛顿三定律 (24)第二讲牛顿定律的应用 (25)第二讲配套例题选讲 (35)第三部分运动学 (35)第一讲基本知识介绍 (35)第二讲运动的合成与分解、相对运动 (37)第四部分曲线运动万有引力 (40)第一讲基本知识介绍 (40)第二讲重要模型与专题 (42)第五部分动量和能量 (52)第一讲基本知识介绍 (52)第二讲重要模型与专题 (55)第三讲典型例题解析 (70)第六部分振动和波 (70)第一讲基本知识介绍 (70)第二讲重要模型与专题 (75)第三讲典型例题解析 (86)第七部分热学 (86)一、分子动理论 (87)二、热现象和基本热力学定律 (89)三、理想气体 (91)四、相变 (98)五、固体和液体 (102)第八部分静电场 (103)第一讲基本知识介绍 (104)第二讲重要模型与专题 (107)第九部分稳恒电流 (120)第一讲基本知识介绍 (120)第十部分磁场 (134)第一讲基本知识介绍 (134)第二讲典型例题解析 (138)第十一部分电磁感应 (146)第一讲、基本定律 (146)第二讲感生电动势 (150)第三讲自感、互感及其它 (154)第十二部分量子论 (157)第一节黑体辐射 (158)第二节光电效应 (161)第三节波粒二象性 (168)第四节测不准关系 (172)第0部分绪言全国中学生物理竞赛内容提要--理论基础(2013年开始实行)说明：．本次拟修改的部分用楷黑体字表示，新补充的内容将用“※”符号标出，作为复赛题和决赛题增补的内容；※※则表示原属预赛考查内容，在本次修改中建议改成复赛、决赛考查的内容。

高中物理竞赛辅导热力学第一定律§2.1 改变内能的两种方式热力学第一定律2．1．1、作功和传热作功能够改变物体的内能。

假如外界对系统作功W 。

作功前后系统的内能分不为1E 、2E ，那么有W E E =-12没有作功而使系统内能改变的过程称为热传递或称传热。

它是物体之间存在温度差而发生的转移内能的过程。

在热传递中被转移的内能数量称为热量，用Q 表示。

传递的热量与内能变化的关系是Q E E =-12做功和传热都能改变系统的内能，但两者存在实质的差不。

作功总是和一定宏观位移或定向运动相联系。

是分子有规那么运动能量向分子无规那么运动能量的转化和传递；传热那么是基于温度差而引起的分子无规那么运动能量从高温物体向低温物体的传递过程。

2．1．2、气体体积功的运算1、准静态过程一个热力学系统的状态发生变化时，要经历一个过程，当系统由某一平稳态开始变化，状态的变化必定要破坏平稳，在过程进行中的任一间状态，系统一定不处于平稳态。

如当推动活塞压缩气缸中的气体时，气体的体积、温度、压强均要发生变化。

在压缩气体过程中的任一时刻，气缸中的气体各部分的压强和温度并不相同，在靠近活塞的气体压强要大一些，温度要高一些。

在热力学中，为了能利用系统处于平稳态的性质来研究过程的规律，我们引进准静态过程的概念。

假如在过程进行中的任一时刻系统的状态发生的实际过程专门缓慢地进行时，各时刻的状态也就专门接近平稳态，过程就成了准静态过程。

因此，准静态过程确实是实际过程专门缓慢进行时的极限情形关于一定质量的气体，其准静态过程可用V p -图、T p -图、T v -图上的一条曲线来表示。

注意，只有准静态过程才能如此表示。

2、功在热力学中，一样不考虑整体的机械运动。

热力学系统状态的变化，总是通过做功或热传递或两者兼施并用而完成的。

在力学中，功定义为力与位移这两个矢量的标积。

在热力学中，功的概念要广泛得多，除机械功外，要紧的有：流体体积变化所作的功；表面张力的功；电流的功。

高中物理竞赛辅导讲义：热力学第一定律§2.1 改变内能的两种方式热力学第一定律2．1．1、作功和传热作功可以改变物体的内能。

如果外界对系统作功W 。

作功前后系统的内能分别为1E 、2E ，则有W E E =-12没有作功而使系统内能改变的过程称为热传递或称传热。

它是物体之间存在温度差而发生的转移内能的过程。

在热传递中被转移的内能数量称为热量，用Q 表示。

传递的热量与内能变化的关系是 Q E E =-12做功和传热都能改变系统的内能，但两者存在实质的差别。

作功总是和一定宏观位移或定向运动相联系。

是分子有规则运动能量向分子无规则运动能量的转化和传递；传热则是基于温度差而引起的分子无规则运动能量从高温物体向低温物体的传递过程。

2．1．2、气体体积功的计算1、准静态过程一个热力学系统的状态发生变化时，要经历一个过程，当系统由某一平衡态开始变化，状态的变化必然要破坏平衡，在过程进行中的任一间状态，系统一定不处于平衡态。

如当推动活塞压缩气缸中的气体时，气体的体积、温度、压强均要发生变化。

在压缩气体过程中的任一时刻，气缸中的气体各部分的压强和温度并不相同，在靠近活塞的气体压强要大一些，温度要高一些。

在热力学中，为了能利用系统处于平衡态的性质来研究过程的规律，我们引进准静态过程的概念。

如果在过程进行中的任一时刻系统的状态发生的实际过程非常缓慢地进行时，各时刻的状态也就非常接近平衡态，过程就成了准静态过程。

因此，准静态过程就是实际过程非常缓慢进行时的极限情况对于一定质量的气体，其准静态过程可用V p -图、T p -图、T v -图上的一条曲线来表示。

注意，只有准静态过程才能这样表示。

2、功在热力学中，一般不考虑整体的机械运动。

热力学系统状态的变化，总是通过做功或热传递或两者兼施并用而完成的。

在力学中，功定义为力与位移这两个矢量的标积。

在热力学中，功的概念要广泛得多，除机械功外，主要的有：流体体积变化所作的功；表面张力的功；电流的功。

《热力学第一定律》讲义在我们探索自然界的奥秘时，热力学定律无疑是极其重要的基石。

其中，热力学第一定律更是为我们理解能量的转化和守恒提供了关键的理论依据。

要理解热力学第一定律，首先得搞清楚什么是热力学。

热力学研究的是热现象中能量转化和转移的规律。

而第一定律，简单来说，就是关于能量守恒的表述。

想象一下，我们生活中的各种能量形式，比如机械能、热能、电能等等。

它们看似各不相同，但实际上在一定条件下是可以相互转化的。

比如，汽车的发动机燃烧汽油，将化学能转化为机械能，从而让汽车跑起来；而摩擦生热，则是把机械能转化为热能。

热力学第一定律告诉我们，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在这个过程中，总能量始终保持不变。

为了更清晰地阐述这个定律，我们引入一个数学表达式：ΔU ＝ QW 。

这里的ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收的热量，W 表示系统对外所做的功。

假如有一个封闭的容器，里面装有气体。

我们对这个容器加热，让气体吸收了一定的热量 Q 。

同时，气体膨胀对外做功 W 。

根据热力学第一定律，气体内能的变化ΔU 就等于吸收的热量 Q 减去对外做的功W 。

再举个实际的例子，比如我们冬天使用的热水袋。

热水袋中的热水具有一定的内能，当我们把它抱在怀里时，热水的内能通过热传递的方式转移到我们身体上，让我们感到温暖。

在这个过程中，热水袋中热水的内能减少，而我们身体的内能增加，总能量并没有发生变化。

从微观角度来看，热力学第一定律也有其深刻的内涵。

内能实际上是组成系统的分子的无规则运动的动能和分子间势能的总和。

当系统与外界发生能量交换时，分子的运动状态和相互作用会发生改变，但总的能量依然守恒。

在实际应用中，热力学第一定律具有广泛的意义。

比如在能源领域，它指导着我们如何更有效地利用能源，减少能量的浪费。

在工程技术中，对于各种热力循环的分析和设计，都离不开热力学第一定律的应用。

《热力学第一定律》讲义在我们探索自然世界的奥秘时，热力学定律无疑是极为重要的基石。

而其中的热力学第一定律，更是为我们理解能量的转化和守恒提供了关键的理论依据。

那什么是热力学第一定律呢？简单来说，它表明了能量在转化和传递过程中，总量是保持不变的。

这就好像我们拥有一笔固定的财富，无论我们如何分配和使用它，这笔财富的总量始终不变。

为了更深入地理解热力学第一定律，我们先来了解一下能量的形式。

能量有多种表现形式，比如常见的热能、机械能、电能、化学能等等。

热能是由于物体内部分子的热运动而具有的能量；机械能则包括动能和势能，像物体的运动就具有动能，而被举高的物体具有重力势能；电能是电荷的运动所产生的能量；化学能则存在于物质的化学键中。

当一个系统发生变化时，比如一个热机在工作，它会涉及到能量的输入和输出。

假设这个热机从高温热源吸收了一定的热量 Q，同时对外做功 W，自身的内能也发生了变化，用ΔU 表示。

那么热力学第一定律就可以表示为：Q ＝ΔU ＋ W 。

这意味着什么呢？吸收的热量一部分用来增加系统的内能，另一部分则用于对外做功。

如果系统没有对外做功，那么吸收的热量就全部转化为内能的增加；反之，如果系统对外做了很多功，那么内能的增加就会相对较少。

举个例子，汽车的发动机就是一个很好的说明。

燃料燃烧产生的热量一部分转化为汽车前进的机械能，也就是对外做功，另一部分则以热能的形式散发出去，导致发动机温度升高，这就是内能的增加。

再来看一个日常生活中的例子，比如我们用电水壶烧水。

电能输入到水壶中，一部分转化为水的内能，使水温升高，另一部分则以热的形式散失到周围环境中。

热力学第一定律在实际应用中有着广泛的用途。

在能源领域，它帮助我们评估各种能源转换过程的效率。

比如在发电厂中，我们希望尽可能提高燃料燃烧产生的能量转化为电能的比例，减少能量的浪费。

通过对热力学第一定律的应用，工程师们可以分析和改进能源转换系统，以提高能源的利用效率。

8.2热力学第一定律一、热力学第一定律理想气体从一个状态缓慢变化到另一个状态的过程（准静态过程）中，做功和热传递会导致气体内能发生变化。

二、理想气体的内能由于理想气体不考虑分子间作用力，因此没有分子势能，因此内能即为分子的总动能 由压强的表达式23p n =和p nkT =，可得：32kT =。

注意ε的物理意义，ε是分子的平均平动动能。

1、对于单原子分子，总能量即平动动能 （3个自由度）32kT ε=总 2、对于双原子分子，总能量包括平动动能、转动动能（5个自由度）52kT =总3、对于多原子分子，总能量包括平动动能、转动动能（6个自由度）62kT ε=总因此可得对应气理想体的内能： 1、单原子分子组成的理想气体，内能3322A U NN kT NRT == 2、双原子分子组成的理想气体，内能5522A U NN kT NRT == 3、多原子分子组成的理想气体，内能6622A U NN kT NRT == 三、外力对气体做功的计算1、恒力（恒压）做功 W F l pS l p V =-∆=-∆=-∆2、变力（变压）做功（微元法） i i i W W p V =∆=-∆∑∑四、热量传递的计算1、对于固体和液体：一般来说体积变化可以忽略： Q cm T =∆其中，c 为比热：1kg 的物质，升温1°C 吸收的热量2、对于气体：(1)如果体积不变，所有热量都用来改变温度：V Q Nc T =∆其中，c V 为摩尔定容比热：1mol 的物质，保持体积不变，升温1°C 吸收的热量(2)如果压强不变，根据状态方程，温度变化，体积随之变化。

因此，一部分热量都用来改变温度，另一部分用来做功：p Q Nc T =∆其中，c p 为摩尔定压比热：1mol 的物质，保持压强不变，升温1°C 吸收的热量。

思考：对于气体，是否其它比热的定义？五、四种典型过程中的热力学第一定律1、等容过程02V i NR T Nc T ∆=+∆ 可得：2V i c R = 2、等压过程2p i NR T p V Nc T ∆=-∆+∆ 即：2p i N R T NR T Nc T ∆=-∆+∆ 可得：2p i c R R =+。

第二节热力学第一定律学习目标重点难点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．知道第一类永动机是不可能制成的. 1．热力学第一定律的正确运用(定性分析和定量计算)及对第一类永动机不可能制成的具体分析探究过程的理解．(难点)一、热力学第一定律1．基本知识(1)改变内能的方式：做功和热传递．(2)功和内能的关系：若物体不存在热传递，当外界对它做功时，它的内能增加，关系式为W＝ΔU；若物体对外做功，则W<0，ΔU<0，表明内能减少．(3)热传递和内能的关系：若物体既不对外做功，外界对物体也不做功，当物体从外界吸收热量Q时，它的内能增加．关系式为Q＝ΔU；若物体向外放出热量，则Q<0，ΔU<0，表明内能减少．(4)热力学第一定律物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，物体内能的增加量ΔU与外界对物体做功W、物体吸热Q的关系：ΔU＝W＋Q.2．思考判断(1)物体吸收热量，内能一定增大．(2)物体对外做功，内能一定减少．(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(√)3．探究交流外界对物体做功10J，能使物体内能改变多少若外界对物体传递10J的热量，能使物体内能改变多少10J的功是否等于10J的热量【提示】无论外界对物体做功10J，还是外界给物体传递10J的热量，物体内能都是增加10J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，不能说10J 的功等于10J的热量，因功与热量具有本质区别．对热力学第一定律的理解【问题导思】1．气体吸收热量，内能一定增加吗2．对气体做功，同时气体放出热量，内能一定减少吗3．不同的物理过程中气体内能变化，做功和热传递有什么规律的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律应用时各量的单位应统一．2．对公式ΔU、Q、W符号的规定W Q ΔU符号外界对物体做功物体吸收热量内能增加正号物体对外界做功物体放出热量内能减少负号(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W＜0.(2)若物体体积变小，表明外界对物体做功，W＞0.3．几种特殊情况(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)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q.4．应用热力学第一定律解题的思路与步骤(1)首先应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)对外界所做的功．(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．(4)特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义．应用热力学第一定律解题，一定要弄清热力学过程中物理量W、Q、ΔU的正、负号，防止公式ΔU＝W＋Q中因符号不清楚而出错．(1)一定量的气体从外界吸收了×105J的热量，内能增加了×105J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功做了多少功(2)一定质量的气体，从外界吸收×105J的热量，同时气体对外界做功×105J，则气体的内能怎样变化【审题指导】解答本题应注意以下两点：(1)根据符号法则判断已知量的正负．(2)将已知量代入热力学第一定律表达式求第三个量．【解析】(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝×105J，ΔU ＝×105J．由ΔU＝W＋Q，得W＝ΔU－Q＝×105J－×105J＝×105J W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝×105J，W＝－×105J则ΔU＝Q＋W＝×105JΔU为正值，说明气体的内能增加×105J.【答案】(1)外界对气体做功×105J (2)内能增加×105J1．如图所示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】M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内能增大．【答案】 A热力学第一定律与气体的综合应用例2 (双选)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca 回到原状态，其p­T图象如图所示．下列判断正确的是________．A．过程ab中气体一定吸热B．过程bc中气体既不吸热也不放热C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小【解析】由p­T图象可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab一定吸热，选项A正确；过程bc温度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B错误；过程ca压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，由p­T图象可知，a状态气体温度最低，则平均动能最小，选项D正确．【答案】AD热力学第一定律应用技巧1．绝热过程：气体与外界没有热传递．2．导热良好：气体与外界有热交换，且保持与外界温度相同．3．做功情况与体积变化有关：体积减小，则外界对气体做功；体积增大(不是对真空膨胀)，则气体对外界做功．4．理想气体(不计分子势能的变化)：一定质量的理想气体的内能只与温度有关．1.如图所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体(气体视为理想气体)，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的( )A．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【解析】由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得：ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU＝600J>0，故温度一定升高，A选项正确．【答案】 A2．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为( )A．不符合机械能守恒定律B．违背了能量转化和守恒定律C．做功产生的热不符合热功当量D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料【解析】第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律．【答案】 B3．一定质量的理想气体从状态A等压变化到状态B的p­V图象如图所示，已知在此过程中内能增量为ΔU，则吸收的热量为( )A．ΔU＋pV1B．ΔU＋pV2C．ΔU＋pV2－pV1D．无法确定【解析】ΔU＝Q＋W，所以Q吸＝ΔU－W，气体膨胀时外做功，W<0；又|W|＝pV2－pV1，故Q吸＝ΔU＋pV2－pV1.【答案】 C4．一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p­V图线描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量．(1)气体状态从A到B是________过程(填“等容”“等压”或“等温”)；(2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度________(填“升高”“不变”或“降低”)；(3)状态从C到D的变化过程中，气体________(填“吸热”或“放热”)；(4)状态从A→B→C→D的变化过程中，求气体对外界所做的总功．【解析】(1)由图可知，气体状态从A到B的过程为等压过程．(2)状态从B到C的过程中，气体发生等容变化，且压强减小，根据pT＝C(常量)，则气体的温度降低．(3)状态从C到D的过程中，气体发生等压变化，且体积减小外界对气体做功，即W＞0，根据VT＝C(常量)，则气体的温度T降低，气体的内能减小，由ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W＜0，所以气体放热．(4)状态从A→B→C→D的变化过程中气体对外界所做的总功W＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)．【答案】(1)等压(2)降低(3)放热(4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2)。

高中物理竞赛辅导教程(新大纲版)一、力学部分1. 运动学- 基本概念：位移、速度、加速度。

位移是矢量，表示位置的变化；速度是描述物体运动快慢和方向的物理量，加速度则反映速度变化的快慢。

- 匀变速直线运动公式：v = v_0+at，x=v_0t+(1)/(2)at^2，v^2-v_{0}^2 = 2ax。

这些公式在解决直线运动问题时非常关键，要注意各物理量的正负取值。

- 相对运动：要理解相对速度的概念，例如v_{AB}=v_{A}-v_{B}，在处理多个物体相对运动的问题时很有用。

- 曲线运动：重点掌握平抛运动和圆周运动。

平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动；圆周运动中要理解向心加速度a =frac{v^2}{r}=ω^2r，向心力F = ma的来源和计算。

2. 牛顿运动定律- 牛顿第二定律F = ma是核心。

要学会对物体进行受力分析，正确画出受力图。

- 整体法和隔离法：在处理多个物体组成的系统时，整体法可以简化问题，求出系统的加速度；隔离法用于分析系统内单个物体的受力情况。

- 超重和失重：当物体具有向上的加速度时超重，具有向下的加速度时失重，加速度为g时完全失重。

3. 动量与能量- 动量定理I=Δ p，其中I是合外力的冲量，Δ p是动量的变化量。

- 动量守恒定律：对于一个系统，如果合外力为零，则系统的总动量守恒。

在碰撞、爆炸等问题中经常用到。

- 动能定理W=Δ E_{k}，要明确功是能量转化的量度。

- 机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的系统内，机械能守恒。

要熟练掌握机械能守恒定律的表达式E_{k1}+E_{p1}=E_{k2}+E_{p2}。

二、电磁学部分1. 电场- 库仑定律F = kfrac{q_{1}q_{2}}{r^2}，描述真空中两个静止点电荷之间的相互作用力。

- 电场强度E=(F)/(q)，电场线可以形象地描述电场的分布情况。

- 电势、电势差：U_{AB}=φ_{A}-φ_{B}，电场力做功与电势差的关系W = qU。

《热力学第一定律》讲义一、热力学第一定律的引入在探索自然界能量转化和守恒的奥秘中，热力学第一定律应运而生。

它就像是一把万能钥匙，为我们打开了理解热现象和能量转换的大门。

想象一下，我们的日常生活中充满了各种能量的转换。

比如，汽车燃烧汽油产生动力，电灯将电能转化为光能，甚至我们的身体通过消化食物将化学能转化为活动所需的能量。

在这些看似纷繁复杂的能量变化背后，是否存在着某种统一的规律呢？这就是热力学第一定律要回答的问题。

二、热力学第一定律的表述热力学第一定律可以简洁地表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

这看似简单的一句话，却蕴含着深刻的物理意义。

让我们来仔细拆解一下。

首先，“能量既不会凭空产生”意味着不存在无中生有的能量。

比如，你不能期望在一个封闭的系统中，突然就多出了一股能量来推动某个物体运动。

其次，“也不会凭空消失”表示能量不会莫名其妙地消失无踪。

如果一个物体的能量减少了，那么必然是转化成了其他形式的能量或者转移到了其他物体上。

“从一种形式转化为另一种形式”则涵盖了众多常见的能量转换过程。

比如，摩擦生热是机械能转化为内能；发电是机械能或热能转化为电能。

而“从一个物体转移到另一个物体”常见的例子有热传递，高温物体的热量会传递给低温物体。

三、热力学第一定律的数学表达式为了更精确地描述热力学第一定律，我们引入了数学表达式：ΔU＝ Q ＋ W其中，ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收或放出的热量，W 表示系统对外界做功或外界对系统做功。

当 Q 为正，表示系统吸收热量；Q 为负，表示系统放出热量。

当 W 为正，表示系统对外做功；W 为负，表示外界对系统做功。

例如，一个气体在绝热膨胀过程中，由于没有热量交换（Q ＝0），气体对外做功（W ＜ 0），根据热力学第一定律，气体的内能会减少（ΔU ＜ 0）。

第3讲 热力学第一定律一、热力学第一定律1.准静态过程：2. 准静态过程中的功和热量准静态过程当中，外界对理想气体所做的功W 对应P −V 图象中的“面积”．热量：单位（Ｊ）3. 热力学第一定律pdV dQ dQ dW dU -=+=二、 热容1. 定义：C =D T ®0lim D Q D T 比热容：摩尔热容：2.两种重要的热容（1）定容热容：C V ,m =D T ®0lim (D Q )V D T =D T ®0lim (D U D T)V （2）定压热容：C p ,m =D T ®0lim (D Q )p D T =D T ®0lim (D H D T )p三、理想气体的特殊过程1. 等容过程气体等容变化时，有p /T =C ，dW =-pdV =0。

根据热力学第一定律有:,2V m i dQ dU C dT V dp ν==⋅=⋅⋅ 2. 等压过程气体在等压过程中，有V /T =C 。

根据热力学第一定律：摩尔定压热容,p m C 与摩尔定容热容量,V m C 的关系为,,p m V m C C R =+。

3. 等温过程气体在等温过程中，有pV =C 。

理想气体在等温过程中内能不变，即△U =0，因此有dQ =-dW =pdV 。

【例1】用公式T C U m v ∆=∆,ν(式中m v C ,为等容摩尔热容，视为常量，ν为气体摩尔数)计算理想气体内能增量时，此式（ ）．A. 只适用于准静态的等容过程B. 只适用于一切等体过程C. 只适用于一切准静态过程D. 适用于一切始末态为平衡态的过程【例2】一个人每天通过新陈代谢作用大概放出10460 kJ 热量．（1）如果人是绝热体系,且其热容相当于70 kg 水,那么一天内体温可上升到多少度?（2）实际上人是开放体系．为保持体温的恒定,其热量散失主要靠水分的挥发．假设37℃时水的汽化热为2405.8 J ·g -1,那么为保持体温恒定,一天之内一个人要蒸发掉多少水分?（设水的比热为4.184 J ·g -1·K -1）【例3】质量为2.8⨯10-3kg ，压强为1atm ，温度为27℃的氮气。

《热力学第一定律》讲义一、热力学第一定律的引入在深入探讨热力学第一定律之前，让我们先思考一个日常生活中的现象。

当我们使用炉灶加热一锅水时，燃料燃烧释放出的能量使得水温升高。

那么，这些能量从何而来？又如何转化和守恒？这就引出了热力学研究的范畴，而热力学第一定律正是回答这些问题的关键。

想象一下，一个封闭的系统，比如一个绝热的容器。

如果对这个系统做功，或者向它传递热量，系统的内能就会发生变化。

这一简单而又深刻的观察，是热力学第一定律的基础。

二、热力学第一定律的表述热力学第一定律可以表述为：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。

用数学表达式来写就是：ΔU ＝ Q ＋ W 。

其中，ΔU 表示系统内能的变化量，Q 表示系统从外界吸收的热量，W 表示外界对系统所做的功。

需要注意的是，这里的功和热量都是有正负之分的。

当系统从外界吸收热量时，Q 为正值；当系统向外界放出热量时，Q 为负值。

当外界对系统做功时，W 为正值；当系统对外界做功时，W 为负值。

三、对表达式的深入理解让我们来详细解读一下这个表达式。

首先看热量 Q 。

热量的传递是由于系统与外界之间存在温度差。

例如，将一杯热水放在室温环境中，热水会逐渐冷却，这是因为热水向周围环境散失了热量。

再看功 W 。

功的形式多种多样，比如压缩气体时，外界对气体做功；气体膨胀时，气体对外界做功。

而内能ΔU ，它是系统内部微观粒子的动能和势能的总和。

当系统的温度升高时，微观粒子的运动加剧，内能增加；当系统的体积变化或者物质的状态改变时，内能也会相应地发生变化。

举个例子，假如我们对一个气缸中的气体进行压缩，在这个过程中，外界对气体做功，同时气体与外界没有热交换（绝热过程），那么气体的内能就会增加，表现为温度升高。

四、热力学第一定律的应用热力学第一定律在许多领域都有着广泛的应用。

在热机中，燃料燃烧产生的热量一部分用于对外做功，一部分散失到环境中。

通过热力学第一定律，我们可以计算热机的效率，找到提高热机效率的途径。