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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。

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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QWΔU

+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,W0。

(2)若物体体积减小,表明外界对物体做功,W0。

【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。

(2)由日常经验可知,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。

【典例示范】

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(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”