高中物理热力学定律第1节热力学第一定律知识导航素材鲁科版.pdf

学必求其心得，业必贵于专精

第1节热力学第一定律

思维激活

约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁

力“永动机永动机如图511所示,在斜坡上放一块强有力的磁铁M,斜坡上

端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金

斯认为：如果在斜坡底放一个小铁球,那么由于磁铁的吸引力,小铁球

就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下，再沿着斜面下

的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功,然后又被

磁铁吸回到上端,到小孔P处又掉了……

图5-1—1

试分析维尔金斯“永动机永动机的工作原理，它能实现吗?

提示：看上去这种“永动机”是很令人着迷的。在人类发展史上有无

数的人致力于研究永动机.但无一例外,都失败了.这一节我们从研究

功、热量和内能变化之间的定量关系入手，学习热力学第一定律和

能量守恒定律，揭开永动机之谜。

自主整理

一、热力学第一定律及其应用

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

___________与外界对它所做的___________的和。

2。数学表达式：_________________________________.

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二、永动机不可能制成

1。第一类永动机:人们把设想中的不消耗___________而能永远对外

做功的机器称第一类永动机。

2.第一类永动机的设想由于违背了______________________,所以不

可能制成.

高手笔记

1。研究对象

热力学第一定律研究的是功、热量跟内能的变化之间的定量关

系。

2.定律内容

当物体跟外界同时发生做功和热传递时，则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=W+Q。

上式所表示的功、热量跟内能变化ΔU之间的定量关系，在物理

学中叫做热力学第一定律。

3。符号法则

在应用热力学第一定律解题时，一定要注意各量的符号规定：外

界对物体做功，W取正值，物体对外界做功,W取负值;物体吸收热

量,Q取正值，物体放出热量,Q取负值；物体内能增大,ΔU取正值,

物体内能减小,ΔU取负值.

名师解惑

1.关于热力学第一定律的理解

剖析:（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

2

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的方式是等效的,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.此定律是标量式,应用时热量的单位应统一为国际单位制

中的焦耳。

(2)对公式ΔU=Q+W符号的规定

符号WQΔU

+外界对物体物体吸收热内能增加

做功量

-物体对外界物体放出热内能减少

做功量

（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，外界对物体做的功等于物体放出的热量。

2.第一类永动机不能制成

剖析：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