山东省专用2024_2025学年高中物理第十章热力学定律第3节热力学第一定律能量守恒定律讲义含解析新人教版选修3_3.docVIP

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第3节热力学第肯定律能量守恒定律

1.热力学第肯定律：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．热力学第肯定律的表达式ΔU＝Q＋W，要熟识其符号法则。

3．能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，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。

4．第一类永动机不行能制成，因为它违反了能量守恒定律。

一、热力学第肯定律

1．变更内能的两种方式

做功和热传递。

2．热力学第肯定律

(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)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，也不会凭空消逝，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。

三、永动机不行能制成

1．第一类永动机：不须要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。

2．不行制成的缘由：违反了能量守恒定律。

1．自主思索——判一判

(1)做功和热传递在变更物体内能上是不等效的。(×)

(2)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消逝了。(×)

(3)功和能可以相互转化。(×)

(4)第一类永动机不能制成，是因为它违反了能的转化和守恒定律。(√)

(5)某个物体的能量削减，必定有其他物体的能量增加。(√)

(6)自由摇摆的秋千摇摆幅度越来越小，削减的机械能转化为内能，但总能量守恒。(√)

2．合作探究——议一议

(1)快速推动活塞对汽缸内气体做功10J，气体内能变更了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10J的热量，气体内能变更了多少？能否说明10J的功等于10J的热量？

提示：无论外界对气体做功10J，还是外界给气体传递10J的热量，气体内能都增加了10J，说明做功和热传递在变更物体内能上是等效的，但不能说10J的功等于10J的热量，因为功与热量具有本质区分。

(2)有一种“全自动”机械手表，即不须要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？并说明理由。

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，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。

(3)热力学第肯定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的详细体现吗？

提示：热力学第肯定律、机械能守恒定律是能量守恒定律在不同形式的能相互转化时的详细体现。

热力学第肯定律的理解及应用

1．公式ΔU＝W＋Q中符号的规定

符号

W

Q

ΔU

＋

外界对物体做功

物体汲取热量

内能增加

－

物体对外界做功

物体放出热量

内能削减

2.几种特殊状况

(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汲取的热量。

(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(或物体汲取的热量等于物体对外界做的功)。

3．推断是否做功的方法

一般状况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变更。

(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。

4．应用热力学第肯定律解题的思路

(1)首先应明确探讨对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。

(2)分别找出题目中探讨对象汲取或放出的热量；外界对探讨对象所做的功或探讨对象对外界所做的功；探讨对象内能的增加量或削减量。

(3)依据热力学第肯定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解。

(4)特殊留意物理量的正负号及其物理意义。

[典例][多选](2024·全国卷Ⅲ)如图，肯定质量的志向气体从状态a动身，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最终经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是()

A．在过程ab中气体的内能增加

B．在过程ca中外界对气体做功

C．在过程ab中气体对外界做功

D．在过程bc中气体从外界汲取热量

E．在过程ca中气体从外界汲取热量

[解析]ab过程中气体压强增大，体积不变，则温度上升，内能增加，A项正确；ab过程发生等容变更，气体对外界不做功，C项错误；肯定质量的志向气体内能仅由温度确定，bc过程发生等温变更，内能不变，bc过程中气体体积增大，气体对外界做正功，依据热力学第肯定律可知气体从外界汲取热量，D项正确；ca过程发生等压变更，气体体积减小，外界对气体做功，B项正确；ca过程中气体温度降低，内能减小，外界对气体做功，依据热力