1、选修选修3 33 3 第十章第十章热力学定律热力学定律10.3热力学第一定律热力学第一定律 能量守恒定律能量守恒定律复习回忆复习回忆问题：问题：在绝热过程之中，系统的内能与做功有什么关系？在绝热过程之中，系统的内能与做功有什么关系？在绝热过程之中，系统内能的增加量等于外界对系统所在绝热过程之中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。做的功。UW其中其中W W指外界对系统所做的功指外界对系统所做的功.问题：问题：在没有对系统做功时，系统的内能与传热有什么关在没有对系统做功时，系统的内能与传热有什么关系？系？在没有对系统做功时，系统内能的增加量等于系统所吸在没有对系统做功时，系统内能的增加量等于
2、系统所吸收的热量。收的热量。UQ其中其中Q Q指系统所吸收的热量指系统所吸收的热量.复习回忆复习回忆问题：问题：做功与热传递有什么关系？做功与热传递有什么关系？做功与热传递在改变系统内能方面是等价的。做功与热传递在改变系统内能方面是等价的。问题：问题：当外界既对系统做功，又对系统传热时，当外界既对系统做功，又对系统传热时，系统内能的增加量又如何求解？为什么？系统内能的增加量又如何求解？为什么？内能的增加量等于外界对系统传递的热量与外内能的增加量等于外界对系统传递的热量与外界对系统所做功的和。因为做功与热传递在改变系界对系统所做功的和。因为做功与热传递在改变系统内能方面是等价的。统内能方面是等价
3、的。一、热力学第一定律：一、热力学第一定律：1.1.内容：内容：一个热力学系统的内能增加量等于外一个热力学系统的内能增加量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，这个关系叫做功的和，这个关系叫做热力学第一定热力学第一定律律.2.2.表达式：表达式：UW+Q【例题例题】一定量的气体，膨胀过程中是外界一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功是时做的功是135J135J，同时向外放热，同时向外放热85J85J，气体的，气体的内能变化量是多少？内能是增加了还是减少内能变化量是多少？内能是增加
4、了还是减少了？了？解析：解析：膨胀过程，气体对外做功。膨胀过程，气体对外做功。气体对外做功，气体对外做功，W W取负值，系统放热，取负值，系统放热，Q Q取负值，内能变化量取负值，内能变化量UW+Q=-220J=-220J，负号，负号表示内能减小了。表示内能减小了。物理量物理量意义意义符号符号意义意义符号符号W WQ QUU一、热力学第一定律：一、热力学第一定律：3.3.定律中各物理量取值的正、负符号及含义：定律中各物理量取值的正、负符号及含义：压缩气体，外压缩气体，外界对系统做功界对系统做功系统内能增加系统内能增加系统吸收热量系统吸收热量+气体膨胀，系统气体膨胀，系统对外界做功（自对外界做功
5、（自由膨胀不做功）由膨胀不做功）-系统放出热量系统放出热量系统内能减小系统内能减小【例题】【例题】一定量的气体，从外界吸收热量一定量的气体，从外界吸收热量2.72.710105 5J J，内能增加内能增加4.34.310105 5J J。在这一过程中，是气体对外做功，。在这一过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？做了多少功？还是外界对气体做功？做了多少功？解析：解析：Q=+2.7Q=+2.710105 5J JU=+4.3U=+4.310105 5J JUUW+QW+Q得：得：W=1.6W=1.610 10 5 5J J 0 0 ，外界对气体做功。，外界对气体做功。做功和热传递都做功和热
6、传递都 使物体内能改变，使物体内能改变，做功的过程是能量发生了转化，热传做功的过程是能量发生了转化，热传递的过程是能量发生了转移。通过实递的过程是能量发生了转移。通过实验可以证明：在这些转化和转移的过验可以证明：在这些转化和转移的过程中，总的能量应该保持不变。程中，总的能量应该保持不变。二、能量守恒定律：二、能量守恒定律：1.内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空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，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，在转化或转或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变移的过程中其总量保持不
7、变.（增加的（增加的=减小的）减小的）2.2.是一个普遍适用的定律：是一个普遍适用的定律：热力学第一定律是能量守恒定律在热学上热力学第一定律是能量守恒定律在热学上的一种具体表现形式。的一种具体表现形式。这是在这是在1313世纪法国人亨内考制作出的一种世纪法国人亨内考制作出的一种“魔盘魔盘”。转盘中央有一个转动轴，盘子边缘等间距地安装着转盘中央有一个转动轴，盘子边缘等间距地安装着1212根活动根活动短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。亨内考认为，右边向短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。亨内考认为，右边向下运动的球比左边向上运动的球离轴远些，因此，右边的球下运动的球比左边向上运动的球离轴远些，因此，
8、右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大.力矩的不力矩的不平衡使得魔盘会永无休止地如图所示的方向转动下去，并且平衡使得魔盘会永无休止地如图所示的方向转动下去，并且带动机器转动带动机器转动.问题：问题：观察动态图，你看观察动态图，你看到了什么？到了什么？转盘在铁球的带动转盘在铁球的带动下持续不停地运动。下持续不停地运动。三、第一类永动机：三、第一类永动机：1.定义：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功的机器。对外做功的机器。2.2.第一类永动机不可能制成：第一类永动机不可能制成：违背了能量守恒定律。违
9、背了能量守恒定律。违背了热力学第一定律。违背了热力学第一定律。【例题】【例题】图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞气缸、活塞(连同拉杆连同拉杆)是绝热的，且不漏气，是绝热的，且不漏气，以以U U甲甲、U U乙乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（）、U U甲甲不变，不变，U U乙乙减小减小、U U甲甲增大，增大，U U乙乙不变不变、U U甲甲增大，增大，U U乙乙减小减小、U U甲甲不变，不变，U U乙乙不变不变C C【例题】【例题】固定容器及可动活塞固定容器及可动
10、活塞P P都是绝热的，中间都是绝热的，中间有一导热的固定隔板有一导热的固定隔板B B，B B的两边分别盛有气体甲和的两边分别盛有气体甲和气体乙。现将活塞气体乙。现将活塞P P缓慢地向缓慢地向B B移动一段距离，已知移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P P的的过程中（过程中（）A A、外力对乙做功，甲的内能不变、外力对乙做功，甲的内能不变B B、外力对乙做功，乙的内能不变、外力对乙做功，乙的内能不变C C、乙传递热量给甲，乙的内能增加、乙传递热量给甲，乙的内能增加D D、乙的内能增加，甲的内能不变、乙的内能增加，甲的内能不变甲甲乙乙
11、BPC C【例题】一定质量的理想气体由状态一定质量的理想气体由状态(p p1 1，V V1 1，T T1 1)被压缩至状态被压缩至状态(p p2 2，V V2 2，T T2 2)，已知，已知T T2 2 T T1 1，则该过程中则该过程中（）A A气体的内能一定是增加的气体的内能一定是增加的B B气体可能向外界放热气体可能向外界放热C C气体一定从外界吸收热量气体一定从外界吸收热量D D气体对外界做正功气体对外界做正功AB【例题】【例题】一定质量的理想气体，从某一状态开始，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，用经过一系列变化后又回一开始的状态，用W W1 1表
12、示外表示外界对气体做的功，界对气体做的功，W W2 2表示气体对外界做的功，表示气体对外界做的功，Q Q1 1表表示气体吸收的热量，示气体吸收的热量，Q Q2 2表示气体放出的热量，则在表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（整个过程中一定有（）A AQ Q1 1QQ2 2=W=W2 2WW1 1B BQ Q1 1=Q=Q2 2C CW W1 1=W=W2 2 D DQ Q1 1QQ2 2A课堂小课堂小 结结一、热力学第一定律：一、热力学第一定律：1.1.内容：内容：一个热力学系统的内能增加量等于外一个热力学系统的内能增加量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的界向它传递的热量与外界对它所做
13、的功的和，这个关系叫做功的和，这个关系叫做热力学第一定热力学第一定律律.2.2.表达式：表达式：UW+Q课堂小课堂小 结结物理量物理量意义意义符号符号意义意义符号符号W WQ QUU一、热力学第一定律：一、热力学第一定律：3.3.定律中各物理量取值的正、负符号及含义：定律中各物理量取值的正、负符号及含义：压缩气体，外压缩气体，外界对系统做功界对系统做功系统内能增加系统内能增加系统吸收热量系统吸收热量+气体膨胀，系统气体膨胀，系统对外界做功（自对外界做功（自由膨胀不做功）由膨胀不做功）-系统放出热量系统放出热量系统内能减小系统内能减小课堂小课堂小 结结二、能量守恒定律：二、能量守恒定律：1.内容
14、：能量既不会凭空产生，也不会凭空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，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，在转化或转或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变移的过程中其总量保持不变.（增加的（增加的=减小的）减小的）2.2.是一个普遍适用的定律：是一个普遍适用的定律：热力学第一定律是能量守恒定律在热学上热力学第一定律是能量守恒定律在热学上的一种具体表现形式。的一种具体表现形式。课堂小课堂小 结结三、第一类永动机：三、第一类永动机：1.定义：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功的机器。对外做功的机器。2.2.第一类永动机不可能制成：第一类永动机不可能制成：违背了能量守恒定律。违背了能量守恒定律。违背了热力学第一定律。违背了热力学第一定律。
