§10.3热力学第一定律 能量守恒定律
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律和能量守恒定律是描述能量转化和能量守恒的两个基本定律。
它们在热力学和物理学中有着重要的地位。
本文将探讨热力学第一定律和能量守恒之间的关系，以及它们在实际应用中的意义和重要性。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量在物理系统中不能被创造或者灭亡，只能由一种形式转化为另一种形式。
简单来说，能量的总量在任何封闭系统中都是恒定的。
热力学第一定律的数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据这个定律，当系统吸收热量时，它的内能增加；当系统对外做功时，它的内能减少。
二、能量守恒定律能量守恒定律是自然界的基本定律之一，它表明在任何封闭系统中，能量的总量保持不变。
无论能量以何种形式存在，都不会从系统中消失或出现。
能量守恒定律可以用以下数学表达式描述：ΔE = E2 - E1 = Q - W，其中ΔE表示系统内能量的变化，E1和E2分别表示系统的初态和末态能量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据这个定律，系统吸收的热量和对外做的功之和等于系统内能量的变化量。
三、热力学第一定律与能量守恒的关系热力学第一定律和能量守恒定律本质上是相互关联的，两者可以互相推导和补充。
热力学第一定律强调了能量转化和能量守恒的过程，而能量守恒定律则是对热力学第一定律的数学描述。
通过热力学第一定律，我们可以更好地理解能量的转化过程，并利用能量守恒定律来计算系统中能量的变化。
在实际应用中，热力学第一定律和能量守恒定律的结合帮助我们解决能量转化和能量守恒的问题，为工程设计和科学研究提供了基础和依据。
四、热力学第一定律和能量守恒在实际中的应用热力学第一定律和能量守恒定律在能源利用和工程设计中有着广泛的应用。
例如，在热力学系统中，我们可以通过热力学第一定律来计算系统吸收的热量和对外做的功，进而计算系统内能量的变化量。
10.3热力学第一定律能量守恒定律
例4、
下列说法正确的是 （
D
）
A．外界对气体做功，气体的内能一定增大
B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均
动能越大
D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均 动能越大
例 5、
下列说法正确的是 （
D
）
A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加 B．机械能完全转化成内能是不可能的 C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变 D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少
5.与热力学第一定律的关系
热力学第一定律是只研究内能与其它 形式的能发生转化时的能量守恒定律.
五、永动机不可能制成
永动机：不消耗任何能量，却可以源 源不断地对外做功，这种机器叫永动 机.人们把这种不消耗能量的永动机叫 第一类永动机.（不吃草的马） 根据能量守恒定律，任何一部机器， 只能使能量从一种形式转化为另一种 形式，而不能无中生有地制造能量， 因此第一类永动机是不可能制成的.
由热力学第一定律 ΔE=W总+Q总=0 Q总= - 这是因为永动机 ( B ) • A．不符合机械能守恒定律 • B．违背了能的转化和守恒定律 • C．制造永动机的技术不过关 • D．无法解决机械摩擦问题
例8、一颗子弹以某一水平速度击中了静止在
光滑水平面上的木块，未从木块中穿出．对于
这一过程，下列说法中正确的是（ D ） A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能 B．子弹减少的动能等于木块增加的动能
C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木
块增加的内能之和 D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹 和木块的内能增量之和
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律
热力学第一定律能量守恒定律
热力学第一定律能量守恒定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学中最基本的定律之一。
它阐述了能量在系统中的转化和传递过程中的守恒关系。
本文将介绍热力学第一定律的基本原理、适用范围以及实际应用等内容。
一、基本原理热力学第一定律表明了能量的守恒关系，即能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
这意味着一个封闭系统内的能量总量在任何过程中是不变的。
根据热力学第一定律，一个封闭系统中的能量变化等于系统所接收的热量与系统所做的功的代数和。
换句话说，能量的增加等于系统从外界吸收的热量减去系统对外界做的功。
数学表达式如下：∆E = Q - W其中，∆E代表系统内能量的变化，Q代表系统所接收的热量，W 代表系统对外界所做的功。
二、适用范围热力学第一定律适用于封闭系统，即系统与外界之间没有物质的交换。
在这种情况下，系统内的能量只能通过热传递和功交换来改变。
如果系统与外界之间有物质的交换，热力学第一定律就不再适用。
热力学第一定律适用于各种热力学系统，包括气体、液体和固体等状态的系统。
无论是理想气体的绝热膨胀，还是热机的工作过程，热力学第一定律都是适用的。
三、实际应用热力学第一定律是工程和科学研究中的重要工具，广泛应用于不同领域。
在能源系统中，热力学第一定律被用于分析能源转化的效率。
例如，对于汽车发动机，热力学第一定律可以帮助我们计算燃烧产生的热量和发动机所做的功，从而评估发动机的热效率。
通过优化燃烧过程和减少能量损失，可以提高发动机的热效率，实现更加节能环保的汽车。
热力学第一定律还可以应用于热力学循环和热力学系统的分析。
例如，蒸汽动力循环是一种用于发电的常见系统，通过热力学第一定律的分析，可以确定发电效率和热能损失，从而指导设计和优化发电设备。
此外，在化学反应、生物学系统热力学等领域，热力学第一定律也被广泛应用于能量转化和相互作用的研究。
总结起来，热力学第一定律能量守恒定律是热力学中的基本定律，它揭示了能量在系统中的转化和传递过程中的守恒关系。
热力学第一定律能量守恒定律
热力学第一定律能量守恒定律热力学是研究能量转换与传递规律的学科。
热力学第一定律是热力学基本定律之一，也被称为能量守恒定律。
它指出，在一个系统中，能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能转化形式或者传递，总能量保持不变。
在这篇文章中，我们将深入探讨热力学第一定律及其应用。
1. 定律解读热力学第一定律是基于能量守恒原理得出的。
它表明，一个系统内能量的增加等于系统所得的热量减去所做的功。
即ΔE = Q - W，其中ΔE表示系统内能量的变化，Q表示系统所得的热量，W表示系统所做的功。
根据这个定律，我们可以推导出一系列与能量转化相关的关系式。
2. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程学、物理学以及其他领域中有广泛的应用。
以下是其中几个重要的应用示例。
2.1 热机效率热机效率是指热机从热源吸收热量后产生的功的比例。
根据热力学第一定律，热机的净功输出等于从热源吸收的热量减去向冷源放出的热量。
因此，热机效率可以表示为η = W/Qh，其中η表示热机效率，W表示净功输出，Qh表示热机从热源吸收的热量。
热力学第一定律为热机的效率提供了理论基础，也为热机的设计和优化提供了依据。
2.2 热传导方程热传导是指热量在物体或介质中通过分子碰撞传递的过程。
根据热力学第一定律，热量传递的速率与温度梯度成正比。
热传导方程描述了热传导过程中的温度变化情况，它可以表示为dQ/dt = -kA(dt/dx)，其中dQ/dt表示单位时间内通过物体截面传递的热量，k表示热导率，A表示截面积，dt/dx表示温度梯度。
热传导方程在热流计算、材料热传导性能研究等领域有广泛的应用。
2.3 平衡态热力学平衡态热力学研究的是恒定温度和压力下的物质性质及其相互关系。
根据热力学第一定律，热平衡状态下，系统所得的热量等于系统所做的功。
通过研究热力学第一定律，我们可以推导出各种平衡态热力学关系，如焓的变化、热容、热膨胀等。
3. 热力学第一定律的实验验证热力学第一定律得到广泛的实验证实。
10.3 热力学第一定律(共22张PPT)
一、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。
ΔU 物体内能的增加量
2.表达式:
W 外界对物体做的功
Q 物体吸收的热量
ΔU＝W + Q
一定质量的理想气体从外界吸收
4.2×105J的热量，同时对外做功
2.6×105J，则内能变化了多少？是增加
还是减少？
等容过程
不变
一定质量的理想气体，
等压过程 不变
升高相同的温度，等 增大压过升程高和等容增过加程哪 吸热
-
增大 减小个吸升热高多？ 增加 绝热过程
0
+
小试身手
1.图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、 活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以U甲、 U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在 将拉杆缓慢向外拉的过程中（ C ）
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变
5.应用热力学第一定律解题的一般步骤：
（1）明确研究对象是哪个物体或是那个热力学 系统；
（2）根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）
的正、负； （3）根据热力学第一定律ΔU=W+Q求出未知量；
（4）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。
例1：如图所示，甲、乙两个相同的金属球， 甲用细线悬挂于空中，乙放在水平地面上。 现在分别对两球加热，使它们吸收相同的热 量，试讨论甲、乙两球内能增量的关系？ （假设金属球不向外散热）
分析：吸热后金属球体积膨 胀，甲球重心降低，重力做 正功，
乙球重心升高，重力做负功，
而又因为两球吸收相同热量，
人教版高二物理 热力学定律 导学案(含答案,精排版) 10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
§10.3 热力学第一定律能量守恒定律【目标及达标标准】1．能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其表达式，会用ΔU＝W＋Q分析和计算问题2．理解和掌握能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律,会用能量转化和守恒的观点分析物理现象3．知道第一类永动机是不可能实现的【重点、难点】热力学第一定律ΔU = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定【教学方法】合作探究【教学用具】多媒体【物理背景、物理模型】饱和汽、湿度【导读导思】达标标准：思考并完成下列问题和任务，并能独立向别人表述出来（书面或口述）自主学习、课前诊断先通读教材，画出本节课中的基本概念及物理规律，回答导学案预习中涉及的问题，独立完成，限时25分钟。
一、热力学第一定律：阅读课本第54页“热力学第一定律”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论1】一定质量的气体，被活塞密封在气缸内．问题1：如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与气体对外做功，会引起气体内能怎样的变化？问题2：如果外界与气体之间没有做功，那么气体吸热与放热会引起气体内能怎样的变化？问题3：如果气体跟外界同时发生做功和热传递的过程，W、Q、△U的正负号如何确定？问题4：W、Q、△U三者都有正负，它们的关系怎样？【思考与讨论2】一定质量的气体，如果膨胀时做的功是135J，同时向外放热85J．问题5：外界对气体做功，还是气体对外界做功？问题6：气体内能的变化量是多少？问题7：内能增加了还是减少了？【案例探究1】一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况又怎样？二、能量守恒定律：阅读课本第54-55页“能量守恒定律”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论3】能量守恒定律不是由某一个人通过某一项研究而得到的，从18世纪末到19世纪40年代，不同领域的科学家从不同角度都提出了能量守恒的思想．问题8：历史上有哪些科学家曾经在这一方面做过探索？问题9：这些科学家都在哪些方面做出了贡献？问题10：能量可以由一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体.能量在转化或转移的过程中遵循什么规律？问题11：做功和热传递都可以改变物体的内能，那么这两种方式在改变物体内能的本质上有什么区别吗？问题12：能量守恒定律有什么重要意义？能量守恒定律使人们找到了研究自然现象的公共量度—能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性．三、永动机不可能制成：阅读课本第55-56页“永动机不可能制成”部分，思考并回答下列问题：【思考与讨论4】据说，13世纪有一个法国人叫奥恩库尔的，他在一个轮子的边缘上等间隔地安装了12根可活动的锤杆,如图所示．他设想一旦轮子被启动,由于轮子右边的各个重锤距轮轴更远些,就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去．问题12：不用能量的概念，你能不能说明它不会“永动”？问题13：什么是第一类永动机？问题14：为什么第一类永动机不可能制成？【案例探究3】有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？【巩固练习】1.达标标准：（1）每道题都能独立做出来，并总结涉及的知识点；（2）尝试总结出常见题型及其做法。
10.3热力学第一定律_能量守恒
永动机不可能制成
历史上有不少人希望设计一种机器，这种 机器不消耗任何能量，却可以源源不断地 对外做功，这种机器被称为永动机，又叫 第一类永动机。
第一类永动机的一种设计方案见课本P57.
physic
例.水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后， 速度越来越慢，最后停止。这一现象符合能 的转化和守恒定律吗？如果符合，汽车失去 的动能变成了什么？
physic
热力学第一定律
△U=W+Q
定律中各量的正、负号及含义 物理量 符号 W + 意义 符号 － 意义
Q
ΔU
physic
+
+
外界对系 统做功 系统吸收 热量 系统内能 增加
系统对外界做 功 系统放出热量
系统内能减少
－
－
例题
1.某物体在对外做功为75J的同时，从外界吸收 的热量为50J，则在此过程中物体的内能 (填 增加或减少) J。
physic
3．对于一定质量的气体，可能发生的过 程是（ ） A．等压压缩，温度降低 B．等温吸热，体积不变 C．放出热量，内能增加 D．绝热压缩，内能不变
physic
专题：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 一定质量某种理想气体的内能只由温度决定 热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的 表现，应用U=W+Q时注意符号法则 判断气体做功方法与做功计算——看V变化， W=PV 四个理想热学过程的比较
分析：汽车发动机熄火后，汽车要克服阻力做功，
当所克服阻力做的功等于其熄火时的动能时，汽车 即停止运动。在这一过程中，汽车克服阻力做的功 要转变成地面、轮胎的内能，所以在这个过程中能 量还是守恒的，是机械能转变成内能了。
热力学的三大定律
热力学的三大定律是热力学基本原理中的三个基本定理，它们对热力学的研究有着重要的意义。
三大定律的内涵深刻，各自有着不同的物理意义和应用场景。
下面，我们将逐一介绍这三个定律。
第一定律：能量守恒定律热力学第一定律（能量守恒定律）是热力学的最基本原理之一，它表明了能量不能被创造也不能消失，只能由一种形式转变为另一种形式。
也就是说，在任何物理过程中，系统中的能量的总量是守恒的。
如果能量从一个物理系统流出，那么就必须有等量的能量流入另一个物理系统，而不是在宇宙中消失。
这个定律还表明，能量的转移可以通过两种途径：热量传递和工作转移。
热量传递是指发生温度差时，系统中的热量会从高温区域流向低温区域的过程。
工作转移是指机械能可以被转化成其他形式的能量，例如电能、化学能或热能。
第二定律：热力学第二定律热力学第二定律是热力学基本原理中的一个非常重要的基本定理，它规定了自然界的不可逆过程。
热力学第二定律有多种表述，其中一种比较普遍的表述是符合柯尔莫哥洛夫-克拉芙特原理，即热力学第二定律表明了所有自然过程都是非平衡的，在任何自然过程中，总是存在一些能量转化的损失。
这个定律很大程度上影响了热力学的发展。
它是关于热力学过程不可逆性的集中表述。
热力学第二定律规定，热量只能从高温区域流向低温区域，自然过程总是向熵增加方向进行。
其意义在于说明热机的效率是受限的，这是由于机械能被转化成其他形式能量的过程存在热量和能量损失。
第三定律：热力学第三定律热力学第三定律是一个非常深刻的定律，它是热力学中的一个核心原理。
这个定律规定了绝对零度状态是不可能达到的。
绝对零度是指元素或化合物的热力学温度为零时，其原子或分子的平均热运动变为最小值的状态。
热力学第三定律是由瓦尔特·纳图斯于1906年提出的。
热力学第三定律的一个重要应用是在处理理想晶体的热力学问题时，可以将温度下限设为零开尔文（绝对零度）。
这个定律也为固体物理学的研究提供了基础理论。
人教版高中物理选修3-3课件《10.3热力学第一定律-能量守恒定律》
3.如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中,内能的变化 ΔU 与热量 Q 及做的功 W 之间又有什么关系呢?
答案:ΔU=Q+W。该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关 系,在物理学中叫做热力学第一定律。
迁移与应用 1 一定质量的气体从外界吸收了 4.2×105J 的热量,同时气体对外界做 了 6×105J 的功,问: (1)物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? 答案:见解析 解析:(1)气体从外界吸热为:Q=4.2×105J 气体对外界做功为:W=-6×105J 由热力学第一定律知: ΔU=W+Q=(-6×105J)+(4.2×105J)=-1.8×105J ΔU 取负值,说明气体的内能减少,减少了 1.8×105J。
答案:D 解析:由热力学第一定律 ΔU=Q+W,气体吸收热量 Q>0,体积膨胀对 外做功 W<0,但不能确定 Q 与 W 值的大小,所以不能判断 ΔU 的正负, 则气体内能的增减也就不能确定,选项 D 正确。
预习导引
一、热力学第一定律
1.内容:一个热力学系统的内能的增量等于外界向它传递的热量与 外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。
2.数学表达式:ΔU=W+Q。
二、能量守恒定律
1.各种能量:自然界存在着多种不同形式的运动,每种运动对应着 一种形式的能量。如机械运动对应着机械能;分子的热运动对应着内 能。
迁移与应用 2 如图所示,一演示用的“永动机”转轮由 5 根轻杆和转轴构成,轻杆的 末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因 伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此 能较长时间转动。下列说法正确的是( )
热力学第一定律能量守恒定律
热力学第一定律能量守恒定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是热力学中最基本的定律之一。
它揭示了能量在系统内的转换和守恒规律，对于提供能源和工程热力学的研究都至关重要。
本文将对热力学第一定律进行深入探讨，以加深我们对能量守恒的理解。
能量守恒定律是指在一个封闭系统内，能量的总量在任何时刻都保持不变。
这意味着能量可以从一个形式转化为另一个形式，但总能量的值保持不变。
热力学第一定律可以用以下方程表达：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能量的变化，Q代表热量的加热或散失，W代表外界对系统所做的功。
根据能量守恒定律，系统内的能量增加等于系统所吸收的热量减去对外界所做的功。
热力学第一定律的应用包括了多个领域。
在环境科学中，能源管理和建筑节能都与能量守恒定律密切相关。
例如，合理利用能源、减少能源浪费和提高能源效率都是基于能量守恒定律的原理。
在化学工程中，能量守恒定律被用于研究化学反应的热力学效应以及能源转化过程。
在生物医学工程领域，能量守恒定律被应用于生物体内的能量代谢研究。
了解热力学第一定律的前提是理解热量和功的概念。
热量是指系统和环境之间由温差引起的能量传递，通常以Q表示。
功则是指系统通过应用力使物体移动而产生的能量转移，通常以W表示。
在热力学中，热量和功都是能量的形式转移，但两者的作用方式不同。
热量是通过温度差驱动的能量传递，而功是通过力的作用使物体克服位移而产生的能量转移。
在实际应用中，能量转化通常涉及多个形式的能量之间的转换。
例如，热能可以转化为机械能、电能、化学能等。
无论是什么形式的能量，热力学第一定律都说明了其转换和守恒的规律。
这一定律的应用使我们能够更好地利用能源，减少能量浪费，并促进可持续发展。
总结起来，热力学第一定律能量守恒定律是热力学中最基本的定律之一，它揭示了能量在封闭系统内的转换和守恒规律。
通过对热量和功的理解，我们能够更好地应用这一定律，实现能源的有效利用和节约。
热力学第一定律对于工程热力学、环境科学、化学工程和生物医学工程等领域的研究都具有重要意义，对于推动技术和社会的发展产生着积极的影响。
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律与能量守恒热力学是研究能量转化和能量传递的一门学科，而热力学第一定律和能量守恒是热力学的基本原理。
本文将对热力学第一定律与能量守恒进行探讨，并介绍它们在物理学和工程领域的重要性。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，表明在一个封闭系统中，能量的增加等于系统所吸收的热量与系统所做的功之和。
简单来说，热力学第一定律可以表达为以下的公式：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
这个公式说明了能量并不会凭空消失，而是会转化为其他形式。
无论是吸收热量还是做功，都会对系统的内能产生影响。
二、能量守恒能量守恒是自然界中最基本的原理之一，它表明能量在任何情况下都是不会减少或增加的，只会从一种形式转变为另一种形式。
热力学第一定律即是能量守恒的具体应用。
在自然界中，能量存在于各种形式，包括热能、动能、化学能等等。
而能量的转化也是普遍存在的，比如从化学能转化为热能的火焰，从动能转化为电能的发电机等等。
能量守恒的基本原理保证了能量的总量永远不会改变。
三、物理学中的应用热力学第一定律与能量守恒在物理学中有着广泛的应用。
在热力学领域，我们可以通过研究热能的转化和传递来分析物体的热行为。
通过热力学第一定律，我们可以计算系统的内能变化，并了解热能与功的平衡关系。
此外，热力学第一定律也为热机的设计和分析提供了理论基础。
热机是利用热能转化为其他形式能量的设备，包括汽车发动机、蒸汽机等。
利用热力学第一定律，我们可以计算热机的效率，并进一步优化热机的设计。
四、工程领域的应用在工程领域，热力学第一定律与能量守恒同样具有重要作用。
例如，在能源领域，通过研究能量转化和传递的过程，我们可以找到能源利用的最佳方式，提高能源转化的效率。
此外，热力学第一定律也被应用于工厂和热电站的运行与管理。
通过分析系统所吸收的热量和做的功，我们可以了解系统的能量损失情况，并进行有效的能量管理和节约。
热力学第一定律 说课稿 教案
4．永动机不可能制成
历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。
（3）理解热力学第一定律ΔU =W+Q
（4）会用ΔU =W+Q分析和计算问题。
（4）理解能量守恒定律，能列举出能量守恒定律的实例；
（5）理解“永动机”不能实现的原理。
教
学
过
程
及
方
法
环节二合作释疑环节三点拨拓展
过程设计
二次备课
（－）引入新课
上节课我们学习了改变内能的两种方式，做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么规律呢？这节课我们就来研究这些问题。
①电炉取暖：电能→内能
②煤燃烧：化学能→内能
③炽热灯灯丝发光：内能→光能
（3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析：
3．能量守恒定律
大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。
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；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律和能量守恒是研究能量转换与守恒的基本原理和定律。
在能量的转化和传递过程中，热力学第一定律和能量守恒定律起到了至关重要的作用。
本文将介绍这两个定律的概念、基本原理以及在实际应用中的重要性。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学的基本定律之一。
它可以用来描述热量和力学能量之间的转换关系。
简单来说，热力学第一定律可以表达为：在一个系统中，能量的增加等于热量和做功两部分之和。
即ΔE = Q - W，其中ΔE表示系统内部能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
热力学第一定律反映了能量在一个封闭系统中的守恒原理。
根据该定律，能量既不会消失，也不会从无中产生，只能在不同形式之间相互转换。
例如，当我们使用电器加热水时，电能被转化为热能，使水温升高。
这是能量形式的转换，但总能量保持不变。
二、能量守恒能量守恒，是自然界的一条基本定律，也是物理学中最基本的规律之一。
能量守恒原理指出：在一个孤立系统内，能量总量保持不变。
能量不会因为转移、转换或者消失，只能在不同的形式之间进行转化。
能量的形式有很多，例如机械能、热能、电能等等。
无论是当一个物体从一处高处下落，将其势能转化为动能，还是当物体进行摩擦运动时，将机械能转化为热能，或者是当我们点燃一根蜡烛，将化学能转化为热能和光能，能量的总量是不变的。
能量守恒原理在我们的日常生活中无处不在。
当我们吃东西时，食物的能量被转化为人体的生物能，使我们保持活力。
当我们使用电器时，电能被转化为光能、热能等其他形式的能量。
了解能量守恒原理对于我们合理利用能源、保护环境具有重要意义。
三、热力学第一定律与能量守恒的关系热力学第一定律实质上是能量守恒原理在热力学中的具体应用。
热力学第一定律表明了能量在热力学系统中的转化与守恒关系，为能量守恒原理提供了具体的表达形式。
根据热力学第一定律，系统内能量的变化等于热量和做功的总和。
高中物理 10.3热力学第一定律 能量守恒定律详解
高中物理| 10.3热力学第一定律能量守恒定律详解热力学第一定律能量守恒定律热力学是研究物质世界中有关热现象的宏观理论，它不涉及物质的微观结构，而是将一物质系统中大量粒子看作一个整体，研究系统所表现的各种宏观性质和规律。
热力学第一定律是热力学的基本定律，是一个包括热现象在内的能量守恒与转化的定律。
热力学第一定律首先涉及到内能功热量的基本概念内能功热量内能广义上的内能，是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。
某给定理想气体系统的内能，是组成该气体系统的全部分子的动能之和，其值为，由状态参量T决定，内能E=E（T），是状态参量T的单值函数。
真实气体的内能除了其全体分子的动能外还包括分子之间的引力势能。
实验证明人，真实气体的内能，是状态参量T 和V （或ρ）的函数，即E=E（T，V）或E=E（T，P）。
总之，某给定气体系统的内能。
只由该系统的状态所决定，在热力学中内能是一个重要的状态量。
功气体系统体积变化过程所做的功（体积功）元功气体膨胀dV＞0 系统对外做正功dA＞0气体被压缩 dV＜0 系统对外做负功dA＜0体积从 Va变到Vb系统所做的功沿a c d过程的功不等于沿a d b过程的功系统通过体积变化实现作功。
热力学中的功是与系统始末状态和过程都有关的一种过程量。
热量热量是系统与外界仅由于温度不同而传递的能量。
若改用摩尔热容C，即1mol的物质温度升高1K时所吸收的热量则系统由温度T1 变到温度T2的过程中所吸收的热量系统吸收的热量为正Q＞0。
若计算结果Q＜0则表示系统放热。
热量必须与过程相联系，只有发生过程才有吸收或放出热量可言。
系统从某一状态变到另一状态，若其过程不同，则吸或放的热量也会不同。
故热量也是过程量内能功热量的国际标准单位都是焦耳（J ）热力学第一定律在任何一个热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统内能的增量E2-E1与系统对外作功 A 之和。
Q=E2-E1+A热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转化定律的一种表达形式。
《热力学第一定律_能量守恒定律》导学案
解答: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.判断下列说法是否正确。 (1)某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加。 (2)石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了。 (3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,减少的机械能转化为内能,但总能量守恒。第源自节热力学第一定律 能量守恒定律
课时10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
1.理解热力学第一定律。
2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。 3.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。
4.通过对能量守恒定律的学习,认识自然规律的多样性和统一性。
5.知道第一类永动机是不可能制成的。
2.(考查能量守恒定律)汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑在这过程中( C )。 A.汽车的机械能守恒 B.汽车的动能和势能相互转化 C.机械能转化为内能,总能量守恒 D.机械能和内能之间没有转化
【解析】汽车沿斜坡匀速下滑,克服阻力做功,其动能不变、重力势能减小,即 减少的机械能转化为内能,所以C选项正确。 【点评】与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的,例如,物体的机械能 守恒,必须是只有重力或弹簧弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一 切自然界现象都遵守的基本规律。
4.(考查热力学第一定律的综合应用)一定量的理想气体在某一过程中,从外界吸
收热量2.5×104 J,气体对外界做功1.0×104 J,则该理想气体的( D )。
A.温度降低,密度增大 B.温度降低,密度减小 C.温度升高,密度增大 D.温度升高,密度减小
热力学第一定律和能量守恒定律
热力学第一定律和能量守恒定律热力学第一定律和能量守恒定律是热力学中两个基本的定律，它们揭示了能量在物质世界中的转化和守恒规律。
热力学第一定律也被称为能量守恒定律，它表明能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律的提出可以追溯到19世纪初，当时科学家们开始研究热和机械能之间的关系。
他们发现，在一个封闭系统中，热量和机械能可以相互转化，但总能量保持不变。
这就是能量守恒定律的核心观点。
热力学第一定律的数学表达式是ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功。
这个表达式说明了能量守恒的原理：系统内能量的变化等于系统吸收的热量减去系统对外做的功。
如果ΔU为正，表示系统内能量增加；如果ΔU为负，表示系统内能量减少。
能量守恒定律的应用非常广泛。
在日常生活中，我们可以通过能量守恒定律来解释许多现象。
比如，当我们用电热毯取暖时，电能被转化为热能，使我们感到温暖。
同样地，当我们吃食物时，食物中的化学能被转化为身体所需的能量，使我们保持生命活动。
能量守恒定律在工程领域也有重要应用。
例如，汽车发动机通过燃烧汽油将化学能转化为机械能，驱动汽车行驶。
在能源领域，我们利用太阳能、风能等可再生能源，将它们转化为电能，用于供电和照明。
这些应用都是基于热力学第一定律和能量守恒定律的基本原理。
除了能量守恒定律外，热力学第一定律还有一个重要的推论，即热量和功是能量的两种不同形式。
根据热力学第一定律，热量和功可以相互转化，但总能量保持不变。
这就解释了为什么我们可以用机械能做功来产生热量，也可以用热量产生机械能。
热力学第一定律和能量守恒定律的发现和应用推动了科学技术的发展。
它们为我们提供了理解能量转化和守恒的基本原理，为能源的利用和管理提供了指导。
同时，它们也引发了许多深入的研究和探索，如热力学循环、热力学平衡等。
总之，热力学第一定律和能量守恒定律是热力学中的两个基本定律，揭示了能量在物质世界中的转化和守恒规律。
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用磁石的吸力可以实现永动机.他的设计如图所示.
A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿
斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，
经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就
可以沿螺旋途径连续运动下去.大概他那时还
没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距
离的平方成反比变化的，只要认真想一想， 其荒谬处就一目了然了.
滚球永动机 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯 人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图所示.
转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢 球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到 高处时，钢球会自动地滚向中心.据说，他曾向 英国国王查理一世表演过这一装置.国王看了很 是高兴，就特赦了他.其实这台机器是靠惯性来 维持短时运动的.
4.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． (2)根据方程ΔU＝W＋Q 求出未知量． (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．
二、能量守恒定律 实验录像：能的转化和守恒定律
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 移的过程中其总量保持不变． 2、能量守恒定律的历史意义
物理量 符号
意义
符号
意义
W ＋ 外界对物体做功 － 物体对外界做功
Q
＋ 物体吸收热量 － 物体放出热量
ΔU ＋
内能增加
－
内能减少
1.一定量的气体，从外界吸收热量2.7×105J,内能增加4.3×105J. 在这一过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？做了 多少功？
﹀ Q=+2.7×105J ΔU=+4.3×105J ΔU＝W + Q
动能
地面、轮胎的内能
符合能的转化和守恒定律
三、永动机不可能制成
1、 第一类永动机 概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功. 结果：无一例外地归于失败. 原因：违背了能量守恒定律. 2、永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.
录像：永动机不可能制成
动画：失败的永动机
塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另
一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然 长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后
活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程（ D ）
A． EP全部转换为气体的内能 B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍
大气压力对A、B两管 中水做功代数和为零
能量守 恒定律 水的内能增加
小结： 1、热力学第一定律：
ΔU = W + Q
2、能量守恒定律：
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；在转化和转移过程中其总量不变， 这就是能量守恒定律.
能量守恒定律的重要性
U>0 由热力学第一定律ΔU = Q + W 知： W= ΔU－Q = +1.5 ×105J -（- 2.0 ×105J） = +3.5 ×105J>0
所以此过程中外界对空气做了3.5 ×105J的功
牛刀小试
2.如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，
上为空气，大气压恒定.A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与
小试身手
6．下列说法正确的是 （ D ）
A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加 B．机械能完全转化成内能是不可能的 C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变 D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少
小试身手
7．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又 回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界 做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个
1.水沟
2.阿基米得螺旋 3.水轮
阿基米得螺旋永动机
4.水磨
把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了
带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复 始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人 在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出 现了热潮.
磁力永动机 大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出
著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想， 他曾设计过一种转轮，如图所示.
在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充 了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使 转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得 出了否定的结论.他从许多类似的设计方案中认 识到永动机的尝试是注定要失败的.他写道： “永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳 达·芬奇设想的永动机 无功！还是去做淘金者吧！”
过程中一定有（ A ）
A．Q1—Q2=W2—W1 C．W1=W2
B．Q1=Q2 D．Q1>Q2
点拨：整个过程的内能不变， ΔE = 0
由热力学第一定律 ΔE=W总+Q总=0
Q总= - W总
Q1—Q2=W2—W1
小试身手
8. 如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活
小试身手
2. 固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两
边分别盛有气体甲和气体乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气 体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（ C ）
A、外力对乙做功，甲的内能不变。 B、外力对乙做功，乙的内能不变。 C、乙传递热量给甲，乙的内能增加。
解：①根据ΔU = W + Q 得W = ΔU － Q = 4.2 ×105J － 2.6×105J= 1.6×105J W为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J 的功。
解：②同理可得：W＇=ΔU＇－ Q＇= 1.6 ×105J － 2.6×105J= － 1.0×105J W为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的功。
能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严 宣告了永动机幻想的彻底破灭.
能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广 泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列 的共同语言.
2.水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越来越慢，最后停 止.这一现象符合能的转化和守恒定律吗？如果符合,汽车失去的动能 变成了什么？
为弹簧的弹性势能
理想气 体
C． EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D． EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换
为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
滚球永动机
软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如图所示.
它的臂可以弯曲.臂上有槽，小球沿凹 槽滚向伸长的臂端，使力矩增大.转到另一 侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢.设计者认 为这样可以使机器获得转矩.然而，他没有 想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转 轮只能停止在原地.
软臂永动机
阿基米得螺旋永动机 1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提 出一个建议，利用阿基米得螺旋.
一、热力学第一定律
1、表述：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、意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的
定量关系.
ΔU 物体内能的增加量
3、数学表达式： ΔU= Q +W
W 外界对物体做的 功
Q 物体吸收的热量
ΔU＝W + Q
定律中各量的正、负号及含义 ΔU = W + Q
与初态相比， （ D ）
A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能是增是减不能确定
小试身手
5．下列说法正确的是 （ D ）
A．外界对气体做功，气体的内能一定增大 B．气体从外界只收热量，气体的内能一定增大 C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大 D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大
（1）是一个普遍适用的定律 （2）将各种现象联系在一起 （3）指导着人们的生产、科研 （4）19世纪自然科学三大发现之一
小试身手
1. 图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝 热的，且不漏气，以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内 能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（ C ）
Ａ. U甲不变，U乙减小 Ｂ. U甲增大，U乙不变 Ｃ. U甲增大，U乙减小 Ｄ. U甲不变，U乙不变
甲 B乙 P
D、乙的内能增加，甲的内能不变。
小试身手
3. 一定质量的理想气体由状态Ⅰ(p1，V1，T1)被压缩至状态 Ⅱ(p2，V2，T2)，已知T2＞ T1，则该过程中（ AB）
A．气体的内能一定是增加的 B．气体可能向外界放热 C．气体一定从外界吸收热量 D．气体对外界做正功
小试身手
4．一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态
磁力永动机
就在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家 们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的 客观规律性.继达·芬奇之后，斯蒂文于1568年写了 一本《静力学基础》，其中讨论斜面上力的分解问 题时，明确地提出了永动机不可能实现的观点.
“神奇其实并不神奇”
他所用的插图画在该书扉页上，见图，图的上方写着：“神奇其实并 不神奇.”将14个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链，放在 斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”，所以两侧应平衡.
得： W=1.6×105J ＞0 即外界对气体做功
变式训练
例题：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增 加了4.2 ×105J。 问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多 少焦耳的功？