物理人教选修3-3课件10-3__热力学第一定律_能量守恒定律
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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。
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( )
人教版高中物理选修3-3课件第10章第3节热力学第一定律能量守恒定律
A．尾气的温度越低，柴油机越节能
B．尾气的温度越高，柴油机越节能
C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D．以上说法均不正确
A
解析：高温高压的燃气推动活塞向下运动，对活塞做功，燃气的内能大部分转化为活塞的机械能， 在做功的过程中，内能转化为活塞的机械能越多，尾气的温度越低，柴油机越节能，故A正确，BCD错误。
『想一想』 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？
答案：不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量(动能)。
课内互动探究
探究 一
对热力学第一定律的理解
思考讨论 1
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析：形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、 B、C错；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D对。
归纳总结
1．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，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、 原子能等。
各种形式的能，通过做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧， 化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能
Hale Waihona Puke 2．守恒条件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。
(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。
热力学中的能量守恒与热力学定律
热力学中的能量守恒与热力学定律一、能量守恒定律1.定义：能量守恒定律是指在一个封闭系统中，能量不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总值保持不变。
（1）能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。
（2）在转化或转移的过程中，能量的总值保持不变。
（3）能量的转化和转移具有方向性，如热能自发地从高温物体传到低温物体，而不会自发地从低温物体传到高温物体。
二、热力学定律1.热力学第一定律（1）定义：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的具体体现，指出在任何热力学过程中，一个系统的内能变化等于外界对系统做的功和系统吸收的热量的和。
（2）公式：ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示外界对系统做的功。
2.热力学第二定律（1）定义：热力学第二定律是关于热力学过程方向性的一条定律，指出在自然过程中，一个系统的总熵（无序度）不会自发地减少，即自然过程总是朝着熵增加的方向进行。
（2）内容：① 熵增原理：在自然过程中，孤立系统的熵总是增加，或至少保持不变。
② 熵减原理：在一个热力学过程中，熵的减少必须通过外界输入能量来实现，并且熵的减少量不能大于外界输入的能量。
③ 可逆过程与不可逆过程：可逆过程是指系统在经历一系列变化后，可以完全恢复到初始状态的过程，其熵变为零；而不可逆过程则是指系统在经历一系列变化后，不能完全恢复到初始状态的过程，其熵变大于零。
3.热力学第三定律（1）定义：热力学第三定律是关于绝对零度的定律，指出在接近绝对零度时，熵趋向于一个常数，这个常数称为零熵。
（2）内容：① 绝对零度不可达到：根据热力学第三定律，绝对零度是一个理论上的极限，实际上无法达到。
② 熵的度量：熵是一个衡量系统无序度的物理量，热力学第三定律表明，在接近绝对零度时，系统的无序度趋于最小，即熵趋于零。
2021学年高中物理第10章热力学定律第1节功和内能课件新人教版选修3_3
• (1)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的__内__能__增__加。内能的增量就等于外 界对__系__统__做__的__功_____，即ΔU＝U2－U1＝__W____。
• (2)在绝热过程中，系统对外界做功，系统的__内__能__减__少。内能的减少量就等于 系统对__外__界__做__的__功_____，即ΔU＝U2－U1＝__－__W____。
• 『选一选』
• (多项选择)一定质量的气体封闭在绝热的气缸内，当用活 塞压缩气体时，一定增大的BC物D理量有(不计气体分子势能)(
)
• A．气体体积
B．气体分子密度
• C．气体内能 D．气体分子的平均动能
• 解析：外力做功，气体体积减小，分子密度增大，内能增 加，温度升高，分子的平均动能增加。
• 『想一想』
根据理想气体状态方程pTV＝C 可判断压强一定增大，选项 B、D 错误。
〔对点训练〕 如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一个灵敏温度计和一 根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞。用 打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定 程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容
器口后( C )
• “火〞不但可以用来取暖，还可以用来加 热食物，“火〞把人类带入了文明的殿堂 。我们的祖先很早就创造了“钻木取火〞 的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩 赐〞而得到“火〞。
• 你知道“钻木取火〞的道理吗？
提示：做功可以改变物体的内能，“钻木取火”就是通过外力做功，机械能 转化为内能。木材内能增加，温度达到着火点而燃烧。
第一节 功和内能
※ ※※
了解焦耳的热功当量实验，明确实验原理 理解内能的概念，并了解功是能量改变的量度
1
课前预习
10-3热力学第一定律_能量守恒定律
练习3
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
例题4
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，则在整个过 程中一定有 （ A ） A．Q1—Q2=W2—W1 C．W1=W2 B．Q1=Q2 D．Q1>Q2
分析：根据热力学第一定律U＝W＋Q，知 U＝－75J＋50J＝－25J 式中负号说明内能减少了。 答案：减少 ; 25。
例题2：一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 况怎样？
焦耳（Joule，1818－1889） 英国人 热功当量 4.18J/Cal 1956年国际计量大会规定 热功当量：4.1868J/Cal
为能量守恒定律奠定了牢固的 实验基础
焦耳
亥姆霍兹（ Helholtz，1821－1894）
德国科学家
提出势能和动能的转换 （依据：永动机不可能制成）
亥姆霍兹
能量守恒与转换定律的表述
历史上的永动机模型
滚珠永动机 滚珠永动机是利用格板 的特殊形状，使一边重球滚 到比另一边的距离轮心远些 的地方。设计者本以为在两 边重球的作用下会使轮子失 去平衡而转动不息，但试验 的结果却是否定的。
第十章 3 热力学第一定律 能量守恒定律
人教版物理·选修3-3
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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． (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．
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1.一定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，则下列各式正确的是( ) 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＝2×105 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
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2．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 是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现 象都遵守的基本规律． 3．第一类永动机失败的原因分析 如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即 U2<U1，则W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的．若想源源不断地做功， 就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的．
2．气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化是
()
A．减少20 J
B．增大20 J
C．减少220 J
D．增大220 J
解析：研究对象为气体，依符号规则，对外做功W＝－100 J，吸收热量Q＝＋120 J. 由热力学第一定律有 ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J， ΔU＞0，说明气体的内能增加，故选项B正确．
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。
新人教版高中物理选修3-3课件 热力学第一定律 能量守恒定律
答案：ABC
5．一定质量的气体从外界吸收了 4.2×105 J 的热量， 同时气体对外做了 6×105 J 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？
解析：(1)气体从外界吸热为 Q＝4.2×105 J，气体对外做 W＝ －6×105 J，
2．公式 ΔU＝Q＋W Байду номын сангаас符号的规定
符号
W
Q
ΔU
＋ 外界对系统做功 系统吸收热量 内能增加
－ 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少
3.几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则 Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等
于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，即 W＝0，则 Q＝ΔU，物体吸收的热量等
于物体内能的增加。
[解析] 由热力学第一定律可得 ΔU＝W＋Q＝ 500 J＋(－100 J)＝400 J，即缸内气体内能增加 400 J，气体温度升高，故选项 A 正确，B、C、D 错 误。
[答案] A
[点评] 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 变化量。 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。
解析：自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明 机械能在减少，A、C 错误；减少的机械能通过摩擦 转化成了内能，B 错误，D 正确。
答案：D
[知识预览] 1．热力学第一定律的理解和应用 2．能量守恒定律的理解和应用
1.对热力学第一定律的理解 (1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能 的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的 定量关系。 (2)定律的表达式 ΔU＝Q＋W 是标量式。 (3)应用时各量的单位应统一为国际单位焦耳。
5．一定质量的气体从外界吸收了 4.2×105 J 的热量， 同时气体对外做了 6×105 J 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？
解析：(1)气体从外界吸热为 Q＝4.2×105 J，气体对外做 W＝ －6×105 J，
2．公式 ΔU＝Q＋W Байду номын сангаас符号的规定
符号
W
Q
ΔU
＋ 外界对系统做功 系统吸收热量 内能增加
－ 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少
3.几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则 Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等
于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，即 W＝0，则 Q＝ΔU，物体吸收的热量等
于物体内能的增加。
[解析] 由热力学第一定律可得 ΔU＝W＋Q＝ 500 J＋(－100 J)＝400 J，即缸内气体内能增加 400 J，气体温度升高，故选项 A 正确，B、C、D 错 误。
[答案] A
[点评] 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 变化量。 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。
解析：自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明 机械能在减少，A、C 错误；减少的机械能通过摩擦 转化成了内能，B 错误，D 正确。
答案：D
[知识预览] 1．热力学第一定律的理解和应用 2．能量守恒定律的理解和应用
1.对热力学第一定律的理解 (1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能 的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的 定量关系。 (2)定律的表达式 ΔU＝Q＋W 是标量式。 (3)应用时各量的单位应统一为国际单位焦耳。
2013届高考物理核心要点突破系列课件：第11章第五节《热力学第一定律》《能量守恒定律》(人教版选修3-3)
第五节 热力学第一定律 能量守恒定律
第五 节 热力 学第 一定 律 能量 守恒 定律
基础知识梳理 核心要点突破
课堂互动讲练
随堂达标自测 课时活页训练
目标概览 学习目标：1.理解和掌握热力学第一定律及其公 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，明确定律的重要意 义，幵能运用它分析、解决有关问题． 3．了解第一类永动机的定义及丌可能制成的原 因． 重点难点：1.重点：能的转化和守恒定律． 2．难点：对热力学第一定律的理解和运用． 学法指导：通过对热力学第一定律中符号规定的 理解感悟体会能量的转化和守恒定律．
2．意义 能量守恒定律是19世纪自然科学最重要的三 大发现之一，是自然界最普遍的规律之一， 是人们认识自然和改造自然的强有力的武器， 为我们分析和解决物理问题提供了一种重要 途径和方法，它比机械能守恒定律更为普 遍．
课堂互动讲练
对热力学第一定律的理解和应用
例1
某物体温度升高了，这说明(
)
A．该物体一定吸收了热量 B．该物体可能放出了热量 C．外界对物体可能做了功 D．物体可能吸收了热量
随堂达标自测
课时活页训练
本部分内容讲解结束
按ESC键退出全屏播放 点此进入课件目录
谢谢使用
转化戒转秱通过的两种方式．
热力学第一定律在实际问题中的应用
例2
在一个不外界没有热交换的房间内打开
冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内 的温度将如何变化( A．降低 B．升高 C．丌变 )
D．无法确定
【解析】 冰箱通过消耗电能使冰箱内外发 生热交换而达到内部致冷目的．把冰箱不房 间看作一个系统，打开冰箱门后，冰箱不房 间内的热交换发生在系统内，系统内部能量 变化丌引起总能量的变化．但系统消耗电能 增加了系统的总能量，冰箱正常工作，根据 能量守恒定律知，增加的系统能量转化为内 能使房间的温度升高． 【答案】 B 【思维升华】 要结合做功理解丌同形式的 能之间的转化．
第五 节 热力 学第 一定 律 能量 守恒 定律
基础知识梳理 核心要点突破
课堂互动讲练
随堂达标自测 课时活页训练
目标概览 学习目标：1.理解和掌握热力学第一定律及其公 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，明确定律的重要意 义，幵能运用它分析、解决有关问题． 3．了解第一类永动机的定义及丌可能制成的原 因． 重点难点：1.重点：能的转化和守恒定律． 2．难点：对热力学第一定律的理解和运用． 学法指导：通过对热力学第一定律中符号规定的 理解感悟体会能量的转化和守恒定律．
2．意义 能量守恒定律是19世纪自然科学最重要的三 大发现之一，是自然界最普遍的规律之一， 是人们认识自然和改造自然的强有力的武器， 为我们分析和解决物理问题提供了一种重要 途径和方法，它比机械能守恒定律更为普 遍．
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对热力学第一定律的理解和应用
例1
某物体温度升高了，这说明(
)
A．该物体一定吸收了热量 B．该物体可能放出了热量 C．外界对物体可能做了功 D．物体可能吸收了热量
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转化戒转秱通过的两种方式．
热力学第一定律在实际问题中的应用
例2
在一个不外界没有热交换的房间内打开
冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内 的温度将如何变化( A．降低 B．升高 C．丌变 )
D．无法确定
【解析】 冰箱通过消耗电能使冰箱内外发 生热交换而达到内部致冷目的．把冰箱不房 间看作一个系统，打开冰箱门后，冰箱不房 间内的热交换发生在系统内，系统内部能量 变化丌引起总能量的变化．但系统消耗电能 增加了系统的总能量，冰箱正常工作，根据 能量守恒定律知，增加的系统能量转化为内 能使房间的温度升高． 【答案】 B 【思维升华】 要结合做功理解丌同形式的 能之间的转化．
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答案：B
) B．增大 20J D．增大 220J
解析：研究对象为气体。依符号规则，对外做功 W＝－ 100J，吸收热量 Q＝120J。由热力学第一定律有 ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J。 ΔU>0，说明气体的内能增加。
题型1
热力学第一定律的应用
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：AD
解析：本题考查能的转化和守恒定律，考查学生的综合分析能力，从若干 不同现象中找出相同的规律的能力．这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用， 汽车主要受制动阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力．因 而物体都克服阻力做功，A项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化为其他形 式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械 能转化成了其他形式的能，D项对． 答案：AD
1.(1)内能
(2)转化 增加 减少 ΔU＝W
知识点1
热力学第一定律
1.改变内能的两种方式：做功和 热传递 。 2．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。 (2)表达式： ΔU＝Q＋W
一、对热力学第一定律的理解 1．对ΔU＝W＋Q的理解：热力学第一定律将单纯的绝 热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一 般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改 变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的 热量。
(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质 上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定 律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要 思维方法。能量守恒定律与细胞学说、达尔文的进化论并称 19 世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。 (3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。
2．与热力学第一定律相匹配的符号法则： 做功 W 热量 Q 内能的改变 ΔU 系统的内能增加
取正值 外界对系 系统从外界 “＋” 统做功 吸收热量
取负值 系统对外 系统向外界 “－” 界做功 放出热量
系统的内能减少
气体膨胀对外做功 100J，同时从外界吸收了 120J 的热 量，它的内能的变化可能是( A．减小 20J C．减小 220J
答案：2.4×10－3℃
点评：搞清能量转化的物理情景及转化过程中的数量关 系，由能量守恒定律来列方程求解。
如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量活 塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的 摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部， 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(弹簧处在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，气体达到平衡状态。经过此过程( )
行驶中的汽车制动后滑动一段距离，最后停下；流星在夜空 中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在
下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所
包含的相同的物理过程是( A．物体克服阻力做功 B．物体的动能转化为其他形式的能量 C．物体的势能转化为其他形式的能量 D．物体的机械能转化为其他形式的能量 )
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．正确答案为C. 答案：C
知识点2
能量守恒定律
1.能量守恒定律内容：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，能量的总 量 保持不变 。
题型3 综合应用
(1)如下图所示，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( )
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
三、永动机不可能制成 (1)第一类永动机：人们把设想中的不消耗能量的机械叫 做第一类永动机，第一类永动机是不可能制成的。 (2)第一类永动机失败的原因分析 如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是 说，如果系统内能减少，即U2<U1，则W<0，系统对外做功 是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使 系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不 可能的。
题型2
能量守恒定律
有一个10m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为 2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化 为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？[已知水的 比热容为4.2×103J/(kg· ℃)，g取10m/s2]
解析：根据机械能守恒定律知，水流到达瀑布底时的动 1 2 能Ek＝ mv ＋mgh。 2 水吸收热量Q与温度变化Δt满足关系Q＝cmΔt。 由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以 1 2 ( mv ＋mgh)×10%＝cmΔt。 2 代入数据得：Δt＝2.4×10－3℃。
量，则在整个过程中一定有(
A．Q1－Q2＝W2－W1 C．W1＝W2
)
B．Q1＝Q2 D．Q1＞Q2
答案：A
解析：本题所考查的内容涉及理想气体的内能、改变物体内能的两种方式 及热力学第一定律等知识．解答本题的切入点是，对一定质量的理想气体，在某 一状态下其内能是确定的．首先，对一定质量的理想气体，经过一系列的状态变 化后又回到原状态，表明整个过程中内能的变化为零，即通过做功和热传递引起 的内能变化相互抵消，所以A选项正确．当然，若Q1＝Q2，则必定有W1＝W2；若 Q1>Q2，则必定有W1<W2；若Q1<Q2，则必定有W1>W2，所以B、C、D三项都有 可能，故选A. 答案：A
变式迁移
1．如右图所示，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，筒内空气体积减小( A．从外界吸热 C．向外界放热 ) B．内能增大 D．内能减少
答案：C
解析：本题考查气体性质和热力学第一定律，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．热力学第一定律公式ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界
2． 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。
3．能量守恒定律的重要意义 (1)找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各 种自然现象用能量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性 和统一性。
答案：D
解析：由热力学第一定律ΔE＝W＋Q，Q＝2.5×104J， W＝－1.0×104J可知ΔE大于零，气体内能增加，温度升高， A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错，D 对。
一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化
后又回到开始的状态，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
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，其余部分仍为弹 簧的弹性势能
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
答案：D
解析：当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞 的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用，如图 所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时， 活塞 处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功， 由于绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始 位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平 衡，弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性势能为Ep′，由能量 守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力势能＋气体增加的内 能，所以D选项正确。
答案：(1)减少 1.8×105J (2)增加 (3)减少
一 定 量 的 理 想 气 体 在 某 一 过 程 中 ，从 外 界 吸 收 热 量 2.5×104J， 气体对外界做功 1.0×104J， 则该理想气体的( A．温度降低，密度增大 C．温度升高，密度增大 B．温度降低，密度减小 D．温度升高，密度减小 )
2．意义 (1)各种形式的能可以 相互转化 。 (2) 互不相关 的物理现象可以用 能量转化和守恒定律 联系 在一起。
知识点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。
二、对能量守恒定律的理解 1．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 的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。 各种形式的能，通过做功可以相互转化，例如：利用电 炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内 能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能
知识回顾
1．改变内能的两种方式 (1)定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态 的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做 的功相联系．我们把这个物理量称为系统的________． (2)功和内能 做功可以改变物体的内能，做功过程实现了其他形式的能向内能的 ________，内能的变化(ΔU)用做功的多少(W)来量度，外界对系统做多少功， 系统内能就________多少，系统对外界做多少功，系统的内能就________多 少，即________，所以说做功是能量转化的量度．
) B．增大 20J D．增大 220J
解析：研究对象为气体。依符号规则，对外做功 W＝－ 100J，吸收热量 Q＝120J。由热力学第一定律有 ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J。 ΔU>0，说明气体的内能增加。
题型1
热力学第一定律的应用
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：AD
解析：本题考查能的转化和守恒定律，考查学生的综合分析能力，从若干 不同现象中找出相同的规律的能力．这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用， 汽车主要受制动阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力．因 而物体都克服阻力做功，A项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化为其他形 式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械 能转化成了其他形式的能，D项对． 答案：AD
1.(1)内能
(2)转化 增加 减少 ΔU＝W
知识点1
热力学第一定律
1.改变内能的两种方式：做功和 热传递 。 2．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。 (2)表达式： ΔU＝Q＋W
一、对热力学第一定律的理解 1．对ΔU＝W＋Q的理解：热力学第一定律将单纯的绝 热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一 般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改 变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的 热量。
(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质 上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定 律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要 思维方法。能量守恒定律与细胞学说、达尔文的进化论并称 19 世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。 (3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。
2．与热力学第一定律相匹配的符号法则： 做功 W 热量 Q 内能的改变 ΔU 系统的内能增加
取正值 外界对系 系统从外界 “＋” 统做功 吸收热量
取负值 系统对外 系统向外界 “－” 界做功 放出热量
系统的内能减少
气体膨胀对外做功 100J，同时从外界吸收了 120J 的热 量，它的内能的变化可能是( A．减小 20J C．减小 220J
答案：2.4×10－3℃
点评：搞清能量转化的物理情景及转化过程中的数量关 系，由能量守恒定律来列方程求解。
如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量活 塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的 摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部， 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(弹簧处在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，气体达到平衡状态。经过此过程( )
行驶中的汽车制动后滑动一段距离，最后停下；流星在夜空 中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在
下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所
包含的相同的物理过程是( A．物体克服阻力做功 B．物体的动能转化为其他形式的能量 C．物体的势能转化为其他形式的能量 D．物体的机械能转化为其他形式的能量 )
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．正确答案为C. 答案：C
知识点2
能量守恒定律
1.能量守恒定律内容：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，能量的总 量 保持不变 。
题型3 综合应用
(1)如下图所示，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( )
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
三、永动机不可能制成 (1)第一类永动机：人们把设想中的不消耗能量的机械叫 做第一类永动机，第一类永动机是不可能制成的。 (2)第一类永动机失败的原因分析 如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是 说，如果系统内能减少，即U2<U1，则W<0，系统对外做功 是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使 系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不 可能的。
题型2
能量守恒定律
有一个10m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为 2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化 为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？[已知水的 比热容为4.2×103J/(kg· ℃)，g取10m/s2]
解析：根据机械能守恒定律知，水流到达瀑布底时的动 1 2 能Ek＝ mv ＋mgh。 2 水吸收热量Q与温度变化Δt满足关系Q＝cmΔt。 由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以 1 2 ( mv ＋mgh)×10%＝cmΔt。 2 代入数据得：Δt＝2.4×10－3℃。
量，则在整个过程中一定有(
A．Q1－Q2＝W2－W1 C．W1＝W2
)
B．Q1＝Q2 D．Q1＞Q2
答案：A
解析：本题所考查的内容涉及理想气体的内能、改变物体内能的两种方式 及热力学第一定律等知识．解答本题的切入点是，对一定质量的理想气体，在某 一状态下其内能是确定的．首先，对一定质量的理想气体，经过一系列的状态变 化后又回到原状态，表明整个过程中内能的变化为零，即通过做功和热传递引起 的内能变化相互抵消，所以A选项正确．当然，若Q1＝Q2，则必定有W1＝W2；若 Q1>Q2，则必定有W1<W2；若Q1<Q2，则必定有W1>W2，所以B、C、D三项都有 可能，故选A. 答案：A
变式迁移
1．如右图所示，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，筒内空气体积减小( A．从外界吸热 C．向外界放热 ) B．内能增大 D．内能减少
答案：C
解析：本题考查气体性质和热力学第一定律，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．热力学第一定律公式ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界
2． 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。
3．能量守恒定律的重要意义 (1)找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各 种自然现象用能量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性 和统一性。
答案：D
解析：由热力学第一定律ΔE＝W＋Q，Q＝2.5×104J， W＝－1.0×104J可知ΔE大于零，气体内能增加，温度升高， A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错，D 对。
一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化
后又回到开始的状态，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
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，其余部分仍为弹 簧的弹性势能
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
答案：D
解析：当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞 的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用，如图 所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时， 活塞 处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功， 由于绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始 位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平 衡，弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性势能为Ep′，由能量 守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力势能＋气体增加的内 能，所以D选项正确。
答案：(1)减少 1.8×105J (2)增加 (3)减少
一 定 量 的 理 想 气 体 在 某 一 过 程 中 ，从 外 界 吸 收 热 量 2.5×104J， 气体对外界做功 1.0×104J， 则该理想气体的( A．温度降低，密度增大 C．温度升高，密度增大 B．温度降低，密度减小 D．温度升高，密度减小 )
2．意义 (1)各种形式的能可以 相互转化 。 (2) 互不相关 的物理现象可以用 能量转化和守恒定律 联系 在一起。
知识点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。
二、对能量守恒定律的理解 1．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 的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。 各种形式的能，通过做功可以相互转化，例如：利用电 炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内 能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能
知识回顾
1．改变内能的两种方式 (1)定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态 的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做 的功相联系．我们把这个物理量称为系统的________． (2)功和内能 做功可以改变物体的内能，做功过程实现了其他形式的能向内能的 ________，内能的变化(ΔU)用做功的多少(W)来量度，外界对系统做多少功， 系统内能就________多少，系统对外界做多少功，系统的内能就________多 少，即________，所以说做功是能量转化的量度．