高中物理 第十章 热力学定律 第三节 热力学第一定律 能量守恒定律课件 新人教版选修3-3
1． (2015· 高考北京卷)下列说法正确的是 ( A．物体放出热量，其内能一定减小 B．物体对外做功，其内能一定减小
)
C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加 D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
解析：选 C.根据热力学第一定律 (公式Δ U＝ Q＋ W)可知，做功 和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物 体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体 的内能增加，选项 A、 B 错误，选项 C 正确；物体放出热量同 时对外做功，则 Q＋ W<0，内能减小，选项 D 错误．
2.(2016· 高考全国卷甲 )一定量的理想气体从 状态 a 开始，经历等温或等压过程 ab、 bc、 cd、da 回到原状态，其 p－T 图象如图所示， 其中对角线 ac 的延长线过原点 O.下列判断正确的是( A．气体在 a、 c 两状态的体积相等 B．气体在状态 a 时的内能大于它在状态 c 时的内能 C．在过程 cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D．在过程 da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E．在过程 bc 中外界对气体做的功等于在过程 da 中气体对外 界做的功 )
4．应用热力学第一定律解题的一般思路 (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Δ U＝ Q＋ W 列出方程进行求解． (4)特别注意物理量的正负号及其物理意义．
[思路点拨 ] 先分析系统中哪些形式的能量发生变化， 再由能量 守恒定律判断．
[解析]
因 A 部分气体密度小， B 部分气体密度大，以整体为研
究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的 重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大， 由能量守恒定律可知， 吸收的热量 Q 有一部分增加气体的重力势 能，另一部分增加内能．故正确答案为 B.
第十章
热力学定律
第三节 热力学第一定律
能量守恒定律
第十章
热力学定律
学习目标
明目标
知重点
1.理解热力学第一定律，掌握它的表达式并能进行有关计算.
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.
一Hale Waihona Puke 热力学第一定律做功 和 _______ 传热 ． 1. 改变内能的两种方式： _______
3 2
[思路点拨 ] 撞击前的动能→转化的内能→上升的温度
[解析]
根据机械能守恒定律知，水流到达瀑布底时的动能
1 2 Ek＝ mv ＋mgh 2 水吸收热量 Q 与温度变化Δ t 满足关系 Q＝ cmΔ t 由题意知，有 10%的动能转化为水的内能，所以
1mv2＋mgh× 10%＝ cmΔ t 2
转化或转移的过程中，能量的总量保持不变． 2. 意义
相互转化 ． (1)各种形式的能可以 _________
(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．
三、永动机不可能制成
对外做功 1. 第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地 _______
的机器．
能量守恒 定律． 2. 第一类永动机不可能制成的原因：违背了 _________
2 3
设气锤应下落 n 次，才能使铁块温度升高 40 ℃，则由能的转 化和守恒定律得 n·Wη＝Q Q 3.696×10 所以 n＝ ＝ ＝246.4 Wη 1.5×104 故 n 应取 247.
1．判断正误 (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量．(
(3)系统从外界吸收热量 5 J，系统的内能可能增加 5 J．(
(4) 石子从空中落下，最后停止在地面上 ，说明机械能消失 了．( )
提示： (1)× (2)×
(3)√
(4)×
2. 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，维持 表针走动的能量是从哪儿来的？
考查维度 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× 10 J 的热量， 同时气 体对外做了 6× 10 J 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？
[思路点拨 ] (1)利用热力学第一定律， W、 Q 各为多少？ (2)分子势能如何判断？ (3)分子的平均动能如何判断？
2. 热力学第一定律
等于 外界向它传递的 (1)内容：一个热力学系统的内能增量 _______ 和 ． 热量与外界对它所做的功的 _______
Δ U＝ Q＋ W ． (2)表达式： ____________
二、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
转化 为另一种形式，或者从一个物体 _______ 转移 到别的物体， 式 _______ 在
4．重 1 000 kg 的气锤从 2.5 m 高处落下，打在质量为 200 kg 的 铁块上，要使铁块的温度升高 40 ℃，气锤至少应落下多少次？ 设气锤撞击铁块时 60%的机械能损失用来升高铁块的温度 [取 g ＝ 10 m/s ，铁的比热容 c＝ 0.462× 10 J/(kg·℃)]．
解析：气锤从 2.5 m 高处下落到铁块上损失的机械能 Δ E＝mgh＝ 1 000× 10× 2.5 J＝ 2.5× 104 J 气锤每次撞击铁块后用来升高铁块温度的能量为 Wη＝ Δ E× 60%＝ 1.5× 104 J 使铁块温度升高 40 ℃所需的热量 Q＝ cmΔ t＝ 0.462× 103× 200× 40 J＝ 3.696× 106 J
考查维度 1 对能量守恒定律的理解 如图所示，直立容器的内部有被隔板隔开的 A、 B 两部分气体， A 的密度小，B 的密度大．抽去 隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合．设在此 过程中气体吸热 Q，气体内能的增量为Δ E，则 ( A．Δ E＝ Q C．Δ E>Q B．Δ E<Q D．Δ E＝ 0 )
[思路点拨 ] (1)一定质量理想气体的内能由温度决定． (2)由 pV＝ C 判断压强变化． (3)根据体积变化判断做功情况． (4)由热力学第一定律判断吸热还是放热．
[解析 ]
由题图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压
强减小，故气体的内能不变，气体对外做功；由热力学第一 定律可知，气体一定从外界吸收热量．综上可知，C 对，A、 B、 D 错．
pV 解析：选 ABE.由 ＝k 可知，p—T 图象中过原点的一条倾斜的直 T 线是等容线，A 项正确；气体从状态 c 到状态 d 的过程温度不变， 内能不变，从状态 d 到状态 a 的过程温度升高，内能增加，B 项正 确；由于过程 cd 中气体的内能不变，根据热力学第一定律可知， 气体向外放出的热量等于外界对气体做的功，C 项错误；在过程 da 中气体内能增加，气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的 功，D 项错误；过程 bc 中，外界对气体做的功 Wbc＝pb(Vb－Vc)＝ pbVb－pcVc，过程 da 中气体对外界做的功 Wda＝pd(Va－Vd)＝paVa －pdVd，由于 pbVb＝paVa，pcVc＝pdVd，因此过程 bc 中外界对气体 做的功与过程 da 中气体对外界做的功相等，E 项正确．
2．公式Δ U＝ Q＋ W 中符号的规定 符号 ＋ － 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
3. 几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则 Q＝ 0， W＝Δ U，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＝Δ U，物体吸收的热量等于 物体内能的增加． (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即 Δ U＝ 0，则 W＋ Q＝ 0 或 W＝－ Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
提示：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．
热力学第一定律 1．对热力学第一定律的理解 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．此定律是标量式，应用时热量的单位应统一 为国际单位制中的焦耳．
能量守恒定律 能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程． 1．在自然界中，不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如 物体做机械运动具有机械能、分子运动物体具有内能等． 2．某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和 增加量一定相等． 3．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．
代入数据得：Δ t＝ 2.4× 10
－3
℃.
[答案]
2.4× 10－ 3 ℃
应用能量守恒定律解题的基本思路 (1)明确研究对象，对研究对象进行正确的受力分析，弄清物理过 程，考察做功情况． (2)分析物理过程中能量转化的形式和转化方向． (3)根据分析选择正确的物理定律，并写出相应的数学表达式进行 求解．
5
[答案]
(1)减少
1.8× 10 J (2)增加
5
(3)减少
考查维度 2 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 (2016· 清远高二检测)如图所示，A、 B 两点表示一定质量的某种理想气体的 两个状态， 当气体从状态 A 变化到状态 B 时( ) B．气体压强变大 D．气体对外界放热
A．气体内能一定增加 C．气体对外界做功
3．如图，容器 A、 B 各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞 下面是水，上面是大气，大气压恒定． A、 B 的底部由带阀门 K 的管道相连，整个装置与外界绝热．原先 A 中水面比 B 中 的高，打开阀门，使 A 中的水逐渐向 B 中流动，最后达到平 衡．在这个过程中 ( )
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10.1-2-3 功和内能、热和内能、 热力学第一定律 能量守恒定律
解：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
3．下列关于热量的说法，正确的是( CD )
A．温度高的物体含有的热量多 B．内能多的物体含有的热量多 C．热量、功和内能的单位相同 D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
做功
改变内能的两种方式 热传递
对内 对外
（外界对物 （物体对 体做功） 外界做功）
内能增加 内能减少
U W
吸热
（物体从 外界吸热）
（1）热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做 热传导。
（2）对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程 （3）热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热 辐射。
二、热量
1、定义：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
（1）在单纯的热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增 加多少，即Q吸=△U 。（2）在单纯的热传递过程中，系统向外界放出多少 热量，系统的内能就减少多少，即Q放= -△U。
3、热传递具有方向性：热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。 4、做功和热传递在改变内能上的比较
（1）做功和热传递在改变内能上是等效的。
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高，即做功可以改变物体的内能。
焦耳的实验
焦耳
詹姆斯·普雷斯科 特·焦耳（1818年12月24 日－1889年10月11日）， 英国物理学家，出生于曼 彻斯特近郊的沙弗特 。起 初研究电学和磁学. 1840 年在英国皇家学会上宣布 了电流通过导体产生热量 的定律，即焦耳定律.焦 耳测量了热与机械功之间 的当量关系——热功当量， 为热力学第一定律和能量 守恒定律的建立奠定了实 验基础.
3．下列关于热量的说法，正确的是( CD )
A．温度高的物体含有的热量多 B．内能多的物体含有的热量多 C．热量、功和内能的单位相同 D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
做功
改变内能的两种方式 热传递
对内 对外
（外界对物 （物体对 体做功） 外界做功）
内能增加 内能减少
U W
吸热
（物体从 外界吸热）
（1）热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做 热传导。
（2）对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程 （3）热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热 辐射。
二、热量
1、定义：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
（1）在单纯的热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增 加多少，即Q吸=△U 。（2）在单纯的热传递过程中，系统向外界放出多少 热量，系统的内能就减少多少，即Q放= -△U。
3、热传递具有方向性：热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。 4、做功和热传递在改变内能上的比较
（1）做功和热传递在改变内能上是等效的。
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高，即做功可以改变物体的内能。
焦耳的实验
焦耳
詹姆斯·普雷斯科 特·焦耳（1818年12月24 日－1889年10月11日）， 英国物理学家，出生于曼 彻斯特近郊的沙弗特 。起 初研究电学和磁学. 1840 年在英国皇家学会上宣布 了电流通过导体产生热量 的定律，即焦耳定律.焦 耳测量了热与机械功之间 的当量关系——热功当量， 为热力学第一定律和能量 守恒定律的建立奠定了实 验基础.
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。
热力学第一定律 能量守恒定律 课件 (共22张PPT)
规律方法——应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式．(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：①哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．②哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，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另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，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另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
高中物理精品课件：热力学定律与能量守恒定律
命题点三 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 能力考点 师生共研
例3 (2019·陕西第二次质检)如图6所示，一个长方形汽缸放置于水平地面上， 左右侧壁光滑且绝热，底面面积为S＝20 cm2且导热良好，质量为m＝2 kg且绝 热的活塞下方封闭了一定量的理想气体，稳定时气柱长度为h＝20 cm.现在在 活塞上放一个物块(未画出)，待系统再次稳定后，活塞下方的气柱长度变为 h′＝10 cm，已知大气压强始终为p0＝1×105 Pa，重力加速度g＝ 10 m/s2，一切摩擦阻力不计、汽缸气密性良好且外界环境温度保 持不变.求： (1)活塞上所放物块的质量M； 答案 见解析
√B.气体向外界放出热量2.0×105 J
C.气体从外界吸收热量6.0×104 J D.气体向外界放出热量6.0×104 J
二 热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能 自发地 从低温物体传到高温物体. (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其 他影响. 2.用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会 减小 . 3.热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的 无序性 增大的方向进行. 4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了 热力学第二定律 .
锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分.已知a部分气体为1 mol氧气，b部分 气体为2 mol氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体.解除锁定，活塞滑 动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的
体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb.下列说法正确的是
A.Va>Vb，Ta>Tb B.Va>Vb，Ta<Tb
变式4 (多选)(2016·全国卷Ⅱ·33(1)改编)一定量的理想气体从状态a开始，经
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
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律 新课标 人教版
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律 新课标 人教版【指路问津】（1）热力学第一定律与能量守恒定律有怎样的关系？（2）能量守恒定律重大意义是什么?【典型例题】1．关于物体内能变化，以下说法中正确的是A ．物体对外做功，温度一定降低，内能一定减少B ．物体吸收热量，温度一定增加，内能一定增大C ．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D ．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变[精与解] 改变物体内能的途径有两个，做功和热传递。
分析问题时必须同时考虑做功和热传递两个因素对内能的影响。
物体对外界做多少功内能就会减少多少；外界对物体做多少功物体内能就会增加多少。
物体吸收多少热量内能就会增加多少；物体发出多少热量内能就会减少多少。
A 、B 选项错误的原因都只考虑了做功或热传递一个因素对内能的影响。
D 选项虽然考虑了做功或热传递两个因素对内能的影响，但两个因素都使内能减少，故D 选项错误。
正确答案为C 。
[解后思] 用热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 解题，要根据系统做功的正、负，吸热还是放热以及内能的增减，来确定公式中ΔU 、Q 、W 的正负。
当外界对系统做功、吸热、内能增加时，ΔU 、Q 、W 取正值；当系统对外界做功、放热、内能减少时，ΔU 、Q 、W 取负值。
[延伸] 例如：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， 物体的内能增加还是减少？变化量是多少？解析：气体从外界吸热：Q =4.2×105J ，气体对外做功：W =－6×105J ，由热力学第一定律：⊿U =W +Q =－6×105J ＋4.2×105J=－1.8×105J ，⊿U 为负，说明气体的内能减少了1.8×105J 。
2．水在1个标准大气压下沸腾时，汽化热为L =2264 J/g ，这时质量m =1g 的水变为水蒸气，其体积由V 1=1.043 cm 3变为V 2=1676 cm 3，在该过程中水增加的内能是多少？[精与解] 在1 g 水汽化的过程中吸收的热量为Q =mL =1×2264 J ， 水气在1标准大气压下做等压膨胀，对外界所做的功为 W =p 0（V 2－V 1）=1.013×105×(1676－1.043)×10-6 J=170 J根据热力学第一定律，增加的内能为： ΔU =Q +W =2264 J －170 J≈2094 J[评注] 一定量的液体全部汽化时，在一大气压条件下体积将增大1000倍左右，气体对外界做功W =p 0ΔV ，p 0为大气压强。
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．
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。
《热力学第一定律 能量守恒定律 》 新人教版选修
• 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，转移过程中是守恒 的．这正好是能量守恒定律的两个方面 —— 转 化与转移．任何永动机都是不可能制成的，它 违背了能量守恒守律．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，但机械能并没有消失， 能量守恒定律表明能量既不会创生，也不会消 失，故D是错的． • 答案： D
• 二、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：机械运动对应机械能， 分子的热运动对应内能，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，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． • 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，它是一切自然现象都遵 守的基本规律．
• 4．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．
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•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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下列对能量的转化和守恒定律的认识 不正确的是( ) A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式 能量的增加 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——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