1、.41熱力學第一定律42能量守恒定律的發現歷程學 習 目 標知 識 脈 絡1.掌握功與內能的關系，掌握熱量和內能的關系重點2正確認識做功和熱傳遞在改變內能上是等效的，但本質是不同的3知道熱力學第一定律的內容、公式，并能用其解決問題重點、難點4理解第一類永動機及其不可能制成的原因5知道能量守恒定律發現的過程，體會自然界的統一性重點6理解能量守恒定律的內涵及外延，并解釋自然現象重點、難點熱力學第一定律 1做功和內能的改變1絕熱過程系統跟外界之間不發生熱交換，這時系統經歷的過程叫做絕熱過程2關系式UU2U1W.2熱傳遞和內能的改變1熱傳遞的三種方式傳導、對流、輻射2關系式UU2U1Q.3熱力學第一定

2、律1改變物體內能的兩種方式做功和熱傳遞2物體內能的改變假如物體與外界無熱傳遞，假設外界對物體做功，那么物體的內能增加；假設物體對外做功，物體的內能減少假如物體既不對外做功，外界也不對物體做功，那么物體吸收熱量時，它的內能增加；物體放出熱量時，它的內能減少3熱力學第一定律內容：物體內能的增加量U，等于外界對物體所做的功W與物體從外界吸收的熱量Q之和表達式：UWQ.符號規那么：物體從外界吸收熱量，外界對物體做功，那么Q0，W0；反之Q0，W0；假設U0表示物體內能增加，U0表示物體內能減小意義：一個物體內能增加，必定有其他物體對它做功，或向它傳遞熱量與此同時，對此物體做功或向它傳熱的其他物體要減少

3、等量的能量，而系統的總能量保持不變在一切涉及熱現象的宏觀過程中，能量可以發生轉移或轉化，在轉移或轉化過程中總能量守恒1在絕熱過程中，外界對系統做多少功，內能就能增加多少2熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體×3做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的給旱區送水的消防車停于程度地面在緩慢放水的過程中，假設車胎不漏氣且胎內氣體溫度不變，不計分子間的勢能，試分析氣體的吸、放熱情況圖4­1­1【提示】由于車胎內氣體溫度不變，故氣體分子的平均動能不變，內能不變放水過程中氣體體積增大，對外做功，由熱力學第一定律可知，車胎內氣體吸熱1改變內能的兩種方式的比較1等效的理解等效是指

4、做功和熱傳遞在改變物體內能上可以獲得一樣的效果兩種方式均可以改變物體的內能，假如我們不知道系統所經歷的詳細過程時，僅從內能的改變上無法區分系統所采用的是做功，還是熱傳遞方式使其內能發生變化的所以做功和熱傳遞是等效的2兩種方式的區別比較工程做功熱傳遞內能變化外界對物體做功，物體的內能增加物體對外界做功，物體的內能減少物體吸收熱量，內能增加物體放出熱量，內能減少物理本質其他形式的能與內能之間的轉化不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移互相聯絡做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內能的效果上是一樣的3內能及內能的變化內能是狀態量，物體的內能對應物體所處的狀態內能的變化是過程量，通過做功和熱傳遞可以

5、改變物體的內能，即做功和熱傳遞都是過程量4內能、熱量、功的區別就某一狀態而言，只有“內能，根本不存在什么“熱量和“功，因此，不能說一個系統中含有“多少熱量或“多少功一個物體內能的多少是無法測量的，但物體內能的變化是可以測量的2.對熱力學第一定律的理解1熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內能過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系此定律應用時各量的單位應統一2對公式UQW符號的規定符號WQU外界對物體做功物體吸收熱量內能增加物體對外界做功物體放出熱量內能減少3判斷是否做功的方法一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化假設物體體積增大，說明物體對外界

6、做功，W0；假設物體體積變小，說明外界對物體做功，W0.3熱力學第一定律的應用應注意的問題1在應用過程中應特別分清W、Q的正負號，以便準確地判斷U的正、負2幾種特殊情況：假設過程是絕熱的，那么Q0，WU，外界對物體做的功等于物體內能的增加假設過程中不做功，即W0，那么QU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加假設過程的始末狀態物體的內能不變，即U0，那么WQ0或WQ，外界對物體做的功等于物體放出的熱量4第一類永動機的特點不消耗任何能量而能永遠對外做功的機器5第一類永動機不可能制成一切與熱現象有關的過程，能量一定守恒第一類永動機本質上都是認為能量可以無中生有地創造出來，這違犯了熱力學第一定律，因此是

7、不可能實現的1關于物體的內能和熱量，以下說法中正確的有A質量相等的熱水和冷水相比較，熱水的內能比冷水的內能多B溫度高的物體其熱量必定多，內能必定大C在熱傳遞過程中，內能大的物體其內能將減小，內能小的物體其內能將增大，直到兩物體的內能相等D在熱傳遞過程中，熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，直到兩物體的溫度一樣為止E熱量是熱傳遞過程中內能轉移的量度【解析】物體的內能由溫度、體積及物體的質量決定，不是只由溫度決定，故A對、B錯；在熱傳遞過程中，熱量由高溫物體傳給低溫物體，而與物體的內能大小無關，所以完全有可能是內能大的物體內能繼續增大，內能小的物體內能繼續減小，故C項錯、D項對；關于熱量的闡述，E項是正

8、確的【答案】ADE2以下過程，可能發生的是【導學號：35500040】A物體吸收熱量，對外做功，同時內能增加B物體吸收熱量，對外做功，同時內能減少C外界對物體做功，同時物體吸熱，內能減少D外界對物體做功，同時物體放熱，內能增加E物體對外界做功，同時物體放熱，內能增加【解析】根據熱力學第一定律UWQ，做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，故由此可確定A、B、D正確，C、E錯誤【答案】ABD3一定質量的氣體從外界吸收了4.2×105 J的熱量，同時氣體對外做了6×105 J的功，問：1物體的內能是增加還是減少？變化量是多少？2分子勢能是增加還是減少？3分子的平均動能是增加還是減少？

9、【解析】1氣體從外界吸收的熱量為Q4.2×105 J氣體對外做功W6×105 J由熱力學第一定律UWQ6×105 J4.2×105 J1.8×105 JU為負，說明氣體的內能減少了所以，氣體內能減少了1.8×105 J.2因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的間隔 增大了，分子力做負功，氣體分子勢能增加了3因為氣體內能減少，同時氣體分子勢能增加，所以氣體分子的平均動能一定減少了【答案】1減少1.8×105 J2增加3減少氣體狀態變化與物理量對應方法1絕熱過程：氣體與外界沒有熱傳遞2導熱良好：氣體與外界有熱交換，且與外

10、界溫度保持一樣3體積減小，外界對氣體做功；體積增大不是對真空膨脹，氣體對外界做功4溫度升高，理想氣體的內能增加；溫度降低，理想氣體的內能減少能量守恒定律 1漫長的發現之路11800年，意大利科學家伏打創造“伏打電堆，實現了化學運動與電運動之間的轉化21820年，丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應，提醒了電與磁之間的聯絡31821年，法拉第制成了“電磁旋轉器，實現了電運動和機械運動之間的轉化4邁爾觀點：體力和體熱必定來源于食物中的化學能，內能、化學能、機械能都是等價的，是可以互相轉化的，假如動物體的能量輸入與支出是平衡的，那么，所有這些形式的能在量上必定是守恒的5焦耳的研究確定了電能向內能轉化

11、的定量關系用了近40年的時間，不懈地鉆研熱功轉換問題，為能量守恒定律提供了無可置疑的證據6亥姆霍茲的奉獻從理論上把力學中的能量守恒原理推廣到熱、光、電、磁、化學反響等過程，提醒了它們之間的統一性2能量守恒定律及其應用1內容能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個系統物體轉移到另一個系統物體，在轉化和轉移的過程中其總量不變2意義提醒了自然科學各個分支之間的普遍聯絡，是自然界內在統一性的第一個有力證據3應用各種形式的能可以互相轉化但能量轉化過程中總伴有內能的損失各種互不相關的物理現象，可以用能量守恒定律聯絡在一起自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，減少的機械能轉

12、化為內能，但總能量守恒有一種所謂“全自動機械手表，既不需要上發條，也不用任何電源，卻能不停地走下去這是不是一種永動機？假如不是，維持表針走動的能量是從哪兒來的？圖4­1­2【提示】這不是永動機手表戴在手腕上，通過手臂的運動，機械手表獲得能量，供手表指針走動假設將此手表長時間放置不動，它就會停下來1自然界中能量的存在形式物體運動具有機械能、分子熱運動具有內能、電荷具有電能、原子核內部的運動具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應2不同形式能量之間的轉化“摩擦生熱是通過抑制摩擦做功將機械能轉化為內能；水壺中的水沸騰時水蒸汽對壺蓋做功將壺蓋頂起，說明內能

13、轉化為機械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉化為內能，汽缸內燃油燃燒釋放的內能通過燃氣推動活塞做功而轉化為機械能等這些實例說明了不同形式的能量之間可以互相轉化，且這一轉化過程是通過做功來完成的3太陽能的轉化【說明】自然界中各種形式的能量可以互相轉化，說明不同的運動形式也可以互相轉化4對能量守恒定律的理解1某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等2某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等3各種形式的能在轉化和轉移過程中總量守恒無需任何條件，而某種或幾種形式的能的守恒是有條件的例如，物體的機械能守恒，必須是只有重力做功4意義：能量守恒定律的發

14、現，使人們進一步認識到，任何一部機器，只要對外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而不能無中生有地創造能量不消耗能量，卻可以源源不斷地對外做功的機器第一類永動機是不可能制成的4以下對能量的轉化和守恒定律的認識正確的選項是A某種形式的能量減少，一定存在其他形式能量的增加B某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C不需要任何外界的動力而持續對外做功的機器第一類永動機是不可能制成的D石子從空中落下，最后停頓在地面上，說明機械能消失了E汽車剎車而停頓，汽車的動能消失了【解析】A選項是指不同形式的能量間的轉化，轉化過程中能量是守恒的，B選項是指能量在不同的物體間發生轉移，轉移過程中能量是守恒的這正好是能量守恒定律的兩個方面轉化與轉移第一類永動機是不可能制成的，因為它違犯了能量守恒定律，所以A、B、C正確；D選項中石子的機械能在變化，比方受空氣阻力作用，機械能可能減少，但機械能并沒有消失，能量守恒定律說明能量既不會創生，也不會消失，故D、E是錯誤的【答案】ABC5說出以下過程中是什么能量轉化為內能1物體沿粗糙斜面下滑 ；2變壓器發熱 ；3汽油機內氣體燃燒后變成高溫氣體 ；4車刀切下熾熱鐵屑 【解析】物體沿斜面下滑，抑制摩擦力做功，機械能轉化為內能；電流通過變壓器線圈發熱，電能轉化為內