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《热力学第一定律能量守恒定律》教案

1．理解热力学第一定律，并能进行有关计算。

2.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题。

3．知道第一类永动机是不可能制成的。

eq\a\vs4\al(一、热力学第一定律)

1．填一填

(1)改变内能的两种方式：做功和传热都可以改变物体的内能，而且这两种方式是等价的。

(2)单纯地对系统做功时内能的变化量与功的关系：ΔU＝W。

(3)单纯地对系统传热时内能的变化量与传递热量的关系：ΔU＝Q。

(4)当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量：ΔU＝Q＋W。

(5)热力学第一定律的内容

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．判一判

(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加。(×)

(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收热。(×)

(3)系统从外界吸收热量5J，内能可能增加5J。(√)

(4)系统内能减少，一定是系统对外界做功。(×)

3．想一想

快速推动活塞对汽缸内气体做功10J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10J的热量，气体内能改变了多少？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，说明做功和传热在改变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别。

eq\a\vs4\al(二、能量守恒定律)

1．填一填

(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其他形式，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。

(3)永动机不可能制成

①第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。

②第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律。

2．判一判

(1)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了。(×)

(2)功和能可以相互转化。(×)

(3)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律。(√)

(4)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。(√)

3．选一选

“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为()

A．它不符合机械能守恒定律

B．它违背了能量守恒定律

C．它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：选B第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B项正确。

热力学第一定律的理解及应用

[学透用活]

1．公式ΔU＝Q＋W中符号的规定

符号

Q

W

ΔU

＋

物体吸热

外界对物体做功

内能增加

－

物体放热

物体对外界做功

内能减少

2．三种特殊情况

(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。

eq\a\vs4\al([典例1])一定质量的实际气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：

(1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？

(2)分子势能是增加还是减少？

(3)分子的平均动能是增加还是减少？

[解析](1)气体从外界吸热，故Q＝4.2×105J，

气体对外做功，故W＝－6×105J，

由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)＋(4.2×105J)＝－1.8×105J。

ΔU为负，说明气体的内能减少了，所以，气体内能减少了1.8×105J。

(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加。

(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少。

[答案](1)减少1.8×105J(2)增加(3)减少

[规律方法]

应用热力学第一定律解题的方法

(1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。

(2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量。

(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解。

(4)特别注意物理量的正负号及其意义。

[对点练清]

1．下列说法正确的是(