【全章】第05章 热力学定律-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-3）

第1节　热力学第一定律 第2节　能量的转化与守恒 [目标定位]　1.掌握热力学第一定律，并会应用于解决相关问题．　2.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．　3.知道第一类永动机不可能制成的原因． 一、热力学第一定律及应用 1．改变物体内能的两种方式：做功和热传递． 2．功、热量和内能改变的关系： (1)如果物体与外界无热传递，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，物体的内能减小． (2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体从外界吸收热量时，它的内能增加；物体向外放出热量时，它的内能减少． 3．热力学第一定律：[来源:学科网ZXXK] (1)内容：物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和． (2)表达式：ΔU＝W＋Q. 4．热力学第一定律的意义： (1)内能的变化必然伴随有做功或热传递． (2)一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，此过程中总能量守恒． 二、第一类永动机 1．定义：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器． 2．热力学第一定律的另一表述：第一类永动机是不可能实现的． 三、能量守恒定律及其应用 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．应用： (1)各种形式的能量可以转化，在转化过程中，自然界能量的总和不变． (2)能量在转化过程中总伴有内能的损失． (3)除核能以外，人类利用的能量都来源于太阳能． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、热力学第一定律的理解和应用 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．对公式ΔU、Q、W符号的规定： 名称 做功 热量 内能的改变 符号 W[来源:学科网] Q ΔU 取正值“＋” 外界对系统做功 系统从外界吸收热量 系统的内能增加 取负值“－”[来源:Zxxk.Com] 系统对外界做功 系统向外界放出热量 系统的内能减少 3.应用热力学第一定律解题的一般步骤： (1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统． (2)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负． (3)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】　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？ 答案　5×104 J 解析　选择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. 借题发挥　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者是哪个热力学系统． (2)分别列出物体或系统吸收或放出的热量；外界对物体或系统所做的功或物体或系统对外所做的功． (3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解． (4)特别应注意的就是物理量的正、负号及其物理意义． 针对训练　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 答案　B 解析　因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；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，B选项正确． 二、气体实验定律和热力学第一定律的结合 1．判断对气体做功正、负的方法： (1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. (2)若气体体积变小，表明外界对气体做功，W>0. 2．几种常见的气体变化过程： (1)绝热过程：过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做功等于物体内能的增加． (2)等容过程：过程是不做功，则W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加． (3)等温过程：在过程的始、末状态