高中物理 第十章 热力学定律 课时3 热力学第一定律 能量守恒定律课件3高二选修33物理课件
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两者的结合点是体积V和温度T.
注意三个特殊过程的特点：
(1)等温过程：内能不变，ΔU＝0； (2)等容过程：体积不变，W＝0； (3)绝热过程：Q＝0.
第八页，共三十四页。
二、能量(néngliàng)守恒定律
问题(wèntí) 设计
使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递.做功的过程是其 他形式的能转化(zhuǎnhuà)为内能的过程，热传递是把其他物体的 内能转移为系统的内能.在能量发生转化或转移时，能量的总量会
答案 是.
第十三页，共三十四页。
典例精析 一、热力学第一(dìyī)定律
例1 关于物体内能的变化情况，下列说法中正确(zhèngquè)的是( )
A.吸热的物体，其内能一定增加 B.体积膨胀的物体，其内能一定减少
C.放热的物体，其内能也可能增加 D.绝热压缩的气体，其内能一定增加
第十四页，共三十四页。
第二十三页，共三十四页。
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2.(热力学第一定律(dìnglǜ))如图2所示，某同学将空的
薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定，
筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，
则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒
图2
内空气体积减小，空气一定( )
第二十四页，共三十四页。
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A.从外界吸热
图1
到气缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该 过程中活塞下降了0.1L，气缸中的气体吸收的热量为Q.求：
第十九页，共三十四页。
(1)气缸内部气体(qìtǐ)内能的增量ΔU； 解析 密封(mìfēng)气体的压强p＝p0－(G/S) 密封气体对外做功W＝pS×0.1L 由热力学第一定律得ΔU＝Q－W
知识(zhī shi)探究 自我(zìwǒ)检测
12/9/2021
第三页，共三十四页。
一、热力学第一(dìyī)定律
知识探究
问题(wèntí) 设计
一根金属丝经过某一物理(wùlǐ)过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本
无法判定是通过做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加.因为单
纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能.既然它们在改变系统内能
方面是等价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的
增量ΔU应该是多少？
答案 系统内能的增量ΔU＝Q＋W.
第四页，共三十四页。
要点提炼
1.改变内能的两种方式： 做功与(zuògōn热g) 传递.两(ch者uán在dì) 改变系统内能方面
是等价的.
2.热力学第一(dìyī)定律：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递
得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG
答案(dáàn) Q－0.1p0SL＋0.1LG
第二十页，共三十四页。
(2)最终(zuìzhōnɡ)的环境温度T. 解析(jiě xī) 该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有
LTS0 ＝L＋0T.1LS
解得T＝1.1T0.
答案(dáàn) 1.1T0
第二十一页，共三十四页。
第二十二页，共三十四页。
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解析 因为外界(wàijiè)对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J； 气体的内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J； 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝ －1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，即B选项正确.
答案 B
解析 做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种 方式的变化就判断(pànduàn)内能的变化.
答案 CD
第十五页，共三十四页。
例2 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的 内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？ 解析 选择(xuǎnzé)被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU ＝W＋Q. 由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得： Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J. 负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J. 答案 5×104 J
第二十六页，共三十四页。
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3.(能量守恒定律)下面设想符合能量守恒定律的是( ) A.利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 B.做一条船，利用流水的能量逆水行舟
C.通过太阳(tàiyáng)照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行 D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系
第二十七页，共三十四页。
的
与外热界量对它所
的做和的. 功
3.热力学第一定律的表达式：ΔU＝
Q＋.W
第五页，共三十四页。
4.对公式(gōngshì)ΔU＝Q＋W符号的规定
符号
W
Q
体积 减小 ，外界对热 热力学系统
＋
力学系统做功
吸收(xīshō热u) 量
ΔU 内能 增加
体积 增大，热力学系 热力学系统
－
统对外界做功
放出(fànɡ 热chū)量
减少吗？
答案 能量的总量保持不变.
第九页，共三十四页。
要点(yàodiǎn) 提炼
1.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式
为另
一种转形化式，或者从一个物体 到别的物体，转在移转化或转移(zhuǎnyí)
的过程中，
能保量持(不néng变liàn.g)的总量
第十页，共三十四页。
2.对能量(néngliàng)守恒定律的理解
(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量
和增加量一定
相等 .
(xiāngděng)
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量
和增加量一定
相等 . (xiāngděng)
第十一页，共三十四页。
3.能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有
但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，
故D错误.
答案 ABC
第十八页，共三十四页。
三、热力学第一定律(dìnglǜ)与气体实验定律(dìnglǜ)的结合
例4 如图1所示，倒悬的导热气缸中封闭(fēngbì)着一定质量
的理想气体.轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的
横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体， 大气压强恒为p0.起初环境的热力学温度为T0时，活塞
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自我(zìwǒ)检测
1.( 热 力 学 第 一 定 律 ) 一 定 质 量 的 气 体 在 某 一 过 程 中 ， 外 界 对 气 体 做 了
8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则根据(gēnjù)热力学第 一定律，下列各式中正确的是( ) A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
B.内能增大(zēnɡ dà)
C.向外界放热
D.内能减小
解析 由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，
所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错；
第二十五页，共三十四页。
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由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为(yīn wèi)在下降过程中气体体积 减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即 气体向外放热，故选项A错，C对. 答案 C
内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等.
各种形式的能通过某种力做功可以相互转化.
4.第一类永动机
(1)定义：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机
器.
(2)不可能制成的原因(yuányīn)：违背了
.
能量(néngliàng)守恒定律
第十二页，共三十四页。
延伸(yánshēn) 思考
热力学第一定律(dìnglǜ)、机械能守恒定律(dìnglǜ)是能量守恒定律(dìnglǜ) 的具体体现吗？
答案 82 J
第三十二页，共三十四页。
课堂要点(yàodiǎn) 小结
第三十三页，共三十四页。
内容(nèiróng)总结
No 第十章。(3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况.。热力学第一定律、机械能
守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗。负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J.。得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG。答案 Q－0.1p0SL＋0.1LG。则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒。C. 通过太阳照射(zhàoshè)飞机，即使飞机不带燃料也能飞行。4.(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用) 如图3
第三十一页，共三十四页。
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(2)若以适当的速度压缩气体，气体向外散失(sànshī)的热量为20 J，则气
体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1 cm2)
解析 大气压力对活塞做功W1＝p0S(l0－l)＝2 J
人做功W2＝100 J
由热力学第一定律得ΔU＝W1＋W2＋Q
Q＝－20 J
解得ΔU＝82 J
Image
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第三十四页，共三十四页。
第十七页，共三十四页。
解析 A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的. B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这 正好(zhènghǎo)是能量守恒定律的两个方面——转化与转移.第一类永动机是 不可能制成的，它违背了能量守恒定律.所以A、B、C正确； D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，
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解析 利用磁场(cíchǎng)能可以使磁铁所具有的磁场(cíchǎng)能转化为 动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转 动停止，故A不符合.让船先静止在水中，设计一台水力发电机 使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；
第二十八页，共三十四页。
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同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞 机的动能，实现飞机不带燃料(ránliào)也能飞行，故B、C符合； 利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太
第六页，共三十四页。
内能 减少
5.应用热力学第一定律解题的一般步骤
(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负(zhènɡ fù)；
(2)根据方程ΔU＝
W＋求Q 出未知量；
(3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况.
第七页，共三十四页。
6.气体实验定律和热力学第一定律的关系(guān x，不计活塞的重力.问：
图3
第三十页，共三十四页。
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(1)若用足够长的时间缓慢压缩(yā suō)，求压缩(yā suō)后气体的压强多 解大析？ 设压缩后气体(qìtǐ)的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cm， l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS，缓慢压缩，气体温度不变 由玻意耳定律得p0V0＝pV 解得p＝1.1×106 Pa 答案 1.1×106 Pa
阳引力的束缚而离开太阳系，故D符合. 答案 BCD
第二十九页，共三十四页。
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4.(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图3
是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始 时封闭的气柱长度为22 cm，现用竖直向下的外力(wàilì)F压 缩气体，使封闭的气柱长度变为2 cm，人对活塞做功
第十六页，共三十四页。
二、能量(néngliàng)守恒定律
例3 下列对能量守恒定律的认识正确的是( )
A.某种形式的能量减少，一定(yīdìng)存在其他形式的能量增加
B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机
是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
第十章 热 力 学 定 律
第一页，共三十四页。
学案3 热力学第一定律(dìnglǜ)
目标(mùbiāo)定位
(dìnglǜ)
能量守恒定律
1.理解热力学第一定律，并会运用(yùnyòng)于分析和计算. 2.理解并会运用能量守恒定律. 3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因.
第二页，共三十四页。
注意三个特殊过程的特点：
(1)等温过程：内能不变，ΔU＝0； (2)等容过程：体积不变，W＝0； (3)绝热过程：Q＝0.
第八页，共三十四页。
二、能量(néngliàng)守恒定律
问题(wèntí) 设计
使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递.做功的过程是其 他形式的能转化(zhuǎnhuà)为内能的过程，热传递是把其他物体的 内能转移为系统的内能.在能量发生转化或转移时，能量的总量会
答案 是.
第十三页，共三十四页。
典例精析 一、热力学第一(dìyī)定律
例1 关于物体内能的变化情况，下列说法中正确(zhèngquè)的是( )
A.吸热的物体，其内能一定增加 B.体积膨胀的物体，其内能一定减少
C.放热的物体，其内能也可能增加 D.绝热压缩的气体，其内能一定增加
第十四页，共三十四页。
第二十三页，共三十四页。
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2.(热力学第一定律(dìnglǜ))如图2所示，某同学将空的
薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定，
筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，
则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒
图2
内空气体积减小，空气一定( )
第二十四页，共三十四页。
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A.从外界吸热
图1
到气缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该 过程中活塞下降了0.1L，气缸中的气体吸收的热量为Q.求：
第十九页，共三十四页。
(1)气缸内部气体(qìtǐ)内能的增量ΔU； 解析 密封(mìfēng)气体的压强p＝p0－(G/S) 密封气体对外做功W＝pS×0.1L 由热力学第一定律得ΔU＝Q－W
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第三页，共三十四页。
一、热力学第一(dìyī)定律
知识探究
问题(wèntí) 设计
一根金属丝经过某一物理(wùlǐ)过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本
无法判定是通过做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加.因为单
纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能.既然它们在改变系统内能
方面是等价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的
增量ΔU应该是多少？
答案 系统内能的增量ΔU＝Q＋W.
第四页，共三十四页。
要点提炼
1.改变内能的两种方式： 做功与(zuògōn热g) 传递.两(ch者uán在dì) 改变系统内能方面
是等价的.
2.热力学第一(dìyī)定律：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递
得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG
答案(dáàn) Q－0.1p0SL＋0.1LG
第二十页，共三十四页。
(2)最终(zuìzhōnɡ)的环境温度T. 解析(jiě xī) 该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有
LTS0 ＝L＋0T.1LS
解得T＝1.1T0.
答案(dáàn) 1.1T0
第二十一页，共三十四页。
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解析 因为外界(wàijiè)对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J； 气体的内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J； 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝ －1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，即B选项正确.
答案 B
解析 做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种 方式的变化就判断(pànduàn)内能的变化.
答案 CD
第十五页，共三十四页。
例2 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的 内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？ 解析 选择(xuǎnzé)被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU ＝W＋Q. 由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得： Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J. 负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J. 答案 5×104 J
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3.(能量守恒定律)下面设想符合能量守恒定律的是( ) A.利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 B.做一条船，利用流水的能量逆水行舟
C.通过太阳(tàiyáng)照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行 D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系
第二十七页，共三十四页。
的
与外热界量对它所
的做和的. 功
3.热力学第一定律的表达式：ΔU＝
Q＋.W
第五页，共三十四页。
4.对公式(gōngshì)ΔU＝Q＋W符号的规定
符号
W
Q
体积 减小 ，外界对热 热力学系统
＋
力学系统做功
吸收(xīshō热u) 量
ΔU 内能 增加
体积 增大，热力学系 热力学系统
－
统对外界做功
放出(fànɡ 热chū)量
减少吗？
答案 能量的总量保持不变.
第九页，共三十四页。
要点(yàodiǎn) 提炼
1.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式
为另
一种转形化式，或者从一个物体 到别的物体，转在移转化或转移(zhuǎnyí)
的过程中，
能保量持(不néng变liàn.g)的总量
第十页，共三十四页。
2.对能量(néngliàng)守恒定律的理解
(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量
和增加量一定
相等 .
(xiāngděng)
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量
和增加量一定
相等 . (xiāngděng)
第十一页，共三十四页。
3.能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有
但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，
故D错误.
答案 ABC
第十八页，共三十四页。
三、热力学第一定律(dìnglǜ)与气体实验定律(dìnglǜ)的结合
例4 如图1所示，倒悬的导热气缸中封闭(fēngbì)着一定质量
的理想气体.轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的
横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体， 大气压强恒为p0.起初环境的热力学温度为T0时，活塞
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1.( 热 力 学 第 一 定 律 ) 一 定 质 量 的 气 体 在 某 一 过 程 中 ， 外 界 对 气 体 做 了
8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则根据(gēnjù)热力学第 一定律，下列各式中正确的是( ) A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
B.内能增大(zēnɡ dà)
C.向外界放热
D.内能减小
解析 由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，
所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错；
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由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为(yīn wèi)在下降过程中气体体积 减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即 气体向外放热，故选项A错，C对. 答案 C
内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等.
各种形式的能通过某种力做功可以相互转化.
4.第一类永动机
(1)定义：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机
器.
(2)不可能制成的原因(yuányīn)：违背了
.
能量(néngliàng)守恒定律
第十二页，共三十四页。
延伸(yánshēn) 思考
热力学第一定律(dìnglǜ)、机械能守恒定律(dìnglǜ)是能量守恒定律(dìnglǜ) 的具体体现吗？
答案 82 J
第三十二页，共三十四页。
课堂要点(yàodiǎn) 小结
第三十三页，共三十四页。
内容(nèiróng)总结
No 第十章。(3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况.。热力学第一定律、机械能
守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗。负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J.。得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG。答案 Q－0.1p0SL＋0.1LG。则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒。C. 通过太阳照射(zhàoshè)飞机，即使飞机不带燃料也能飞行。4.(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用) 如图3
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(2)若以适当的速度压缩气体，气体向外散失(sànshī)的热量为20 J，则气
体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1 cm2)
解析 大气压力对活塞做功W1＝p0S(l0－l)＝2 J
人做功W2＝100 J
由热力学第一定律得ΔU＝W1＋W2＋Q
Q＝－20 J
解得ΔU＝82 J
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解析 A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的. B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这 正好(zhènghǎo)是能量守恒定律的两个方面——转化与转移.第一类永动机是 不可能制成的，它违背了能量守恒定律.所以A、B、C正确； D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，
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解析 利用磁场(cíchǎng)能可以使磁铁所具有的磁场(cíchǎng)能转化为 动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转 动停止，故A不符合.让船先静止在水中，设计一台水力发电机 使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；
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同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞 机的动能，实现飞机不带燃料(ránliào)也能飞行，故B、C符合； 利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太
第六页，共三十四页。
内能 减少
5.应用热力学第一定律解题的一般步骤
(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负(zhènɡ fù)；
(2)根据方程ΔU＝
W＋求Q 出未知量；
(3)再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况.
第七页，共三十四页。
6.气体实验定律和热力学第一定律的关系(guān x，不计活塞的重力.问：
图3
第三十页，共三十四页。
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(1)若用足够长的时间缓慢压缩(yā suō)，求压缩(yā suō)后气体的压强多 解大析？ 设压缩后气体(qìtǐ)的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cm， l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS，缓慢压缩，气体温度不变 由玻意耳定律得p0V0＝pV 解得p＝1.1×106 Pa 答案 1.1×106 Pa
阳引力的束缚而离开太阳系，故D符合. 答案 BCD
第二十九页，共三十四页。
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4.(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图3
是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始 时封闭的气柱长度为22 cm，现用竖直向下的外力(wàilì)F压 缩气体，使封闭的气柱长度变为2 cm，人对活塞做功
第十六页，共三十四页。
二、能量(néngliàng)守恒定律
例3 下列对能量守恒定律的认识正确的是( )
A.某种形式的能量减少，一定(yīdìng)存在其他形式的能量增加
B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机
是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
第十章 热 力 学 定 律
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学案3 热力学第一定律(dìnglǜ)
目标(mùbiāo)定位
(dìnglǜ)
能量守恒定律
1.理解热力学第一定律，并会运用(yùnyòng)于分析和计算. 2.理解并会运用能量守恒定律. 3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因.
第二页，共三十四页。