第02节热力学第一定律

第三节热力学第一定律能量守恒定律

班级______________ 姓名____________________

【学习目标】

1、会判断W、Q、△U的正负号，能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化转移问题

2、通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性

【课前预习】

1、一个热力学系统如果跟外界不发生热交换，那么外界对它做功，它的内能就______，反之_________。

2、一个热力学系统如果跟外界之间没有做功，那么外界对它传递热量，它的内能就______，反之______。

3、理想气体的内能只与____________有关

4、一个热力学系统的内能等于______________与___________的和，这个关系叫做热力学第一定律，关系式为：_________________．

5、第一类永动机

（1）第一类永动机：____需要任何______或______，却能_______地________的机器。

【新课教学】

【问题引入】

一定质量的气体，结过绝热压缩过程，外界对气体做的功是85J，气体内能如何变化？如果气体体积不变，气体放热135J，气体内能如何变化？如果外界对气体做功85J，同时气体放热135J，则这种情况下气体内能如何变化？变化了多少呢？

一、热力学第一定律的内容与理解

1、内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的________和与外界对它所做的功的和。

2、表达式：ΔU＝___________。

4、热力学第一定律的应用举例

理想气体的内能只跟气体的温度有关，与体积无关。

(1)请分析一定质量的理想气体的等压膨胀过程对应的W、Q、△U的正负。

(2)请分析一定质量的理想气体等容升压过程对应的W 、Q 、△U 的正负。

(3) 请分析一定质量的理想气体等温膨胀过程对应的W 、Q 、△U 的正负。

二、能量守恒定律与永动机不可能制成

1、能量守恒定律的内容

能量既不会________，也不会________，它只能从一种形式_____为________，或者从

一个物体______到_________，在______或_______的过程中其总量________。

2、思考问题：第一类永动机为什么不能制成呢？

三、热力学第一定律的综合应用

【例题1】如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置的汽缸内，活塞的质量m

＝20 kg ，横截面积S ＝100 cm 2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时使汽缸水平

放置，活塞与汽缸底的距离L 1＝12 cm ，离汽缸口的距离L 2＝3 cm 。外界气温为27 ℃，大

气压强为1.0×105 Pa ，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐

加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g ＝10 m/s 2，求：

（1）当气缸开口缓慢转到向上竖直放置并稳定时，密闭气体此时的竖直高度？

（2）当活塞上表面刚好与汽缸口相平，密闭气体的温度为多少？

（3）在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q ＝370 J 的热量，则气体

增加的内能ΔU 为多大？

小结：计算外界与气体间W 时，可以用W=_____来计算，压缩时W 为正，膨胀时W 为负。

F

课堂小结：

【变式1】一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图象如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃。

（1）求该气体在状态B、C时的温度；

（2）该气体从状态A到状态C的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？

【巩固训练】

1、请判断下列说法是否正确

（1）做功和热传递在改变物体内能的效果上是等价的………………………………（）（2）一定质量的理想气体，温度不变即内能不变，所以不可能从外界吸收热量…（）（3）一定质量的理想气体，压强不断增大，外界对气体一定做功…………………（）（4）一定质量的理想气体，在体积不断被压缩过程中，内能一定增加……………（）（5）一定质量的理想气体，吸热的同时被压缩，内能一定增加……………………（）（6）能量守恒定律是自然界中普遍存在的规律，任何情况下都是成立的…………（）（7）热力学第一定律实际上就是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律……（）（8）机械能守恒定律和热力学第一定律都是能量守恒定律的一种特例……………（）（9）随着技术的发展，终有一天人类会实现第一类永动机的梦想…………………（）（10）第一类永动机的失败，促成了能量守恒定律的建立……………………………（）

2、木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能E k分别是() A.U＝200 J，E k＝600 J B.U＝600 J，E k＝200 J

C.U＝600 J，E k＝800 J

D.U＝800 J，E k＝200 J

3、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()

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

4、对于在一个大气压下，1kg的100℃水变为1kg的100℃水蒸气的过程中，下列说法中正确的是（）

A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热过程

B.水的内能不变，对外界做功，向外界吸热

C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热

D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热