10.3热力学第一定律

10.3热力学第一定律能量守恒定律结论一：系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量等于外界对系统所做的功。公式：ΔU=U2-U1=w公式条件：(绝热)结论二：系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的减少量等于系统对外界所做的功。外界对系统做功时，W0；系统对外界做功时，W0一、做功可以改变物体的内能二、热传递可以改变物体的内能1.热和内能ΔU=U2-U1=Q单纯热传递结论一：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的增量等于外界向系统传递的热量向系统传热，Q0二、热传递可以改变物体的内能1.热和内能(单纯热传递)结论二：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的减少量等于系统向外界传递的热量向外界传热，Q0ΔU=U2-U1=Q改变内能的两种方式做功热传递对内对外吸热放热内能增加内能增加内能减少内能减少（外界对物体做功）（物体对外界做功）（物体从外界吸热）（物体对外界放热）ΔU=U2-U1=WΔU=U2-U1=Q思考：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？ΔU=U2-U1=WΔU=U2-U1=QΔU=W+Q该式表示的是内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律.一、热力学第一定律.ΔU=W+Q一、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、公式：3、单位：国际单位制焦耳J4、定律中各量的正、负号及含义物理量符号意义符号意义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•5.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．•(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝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．二、应用例题：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？解：①根据ΔU=W+Q得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105JW为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J的功。解：②同理可得：W=ΔU－Q=1.6×105J－2.6×105J=－1.0×105JW为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J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？•三、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，它只能从一种形式为另一种形式，或者从一个物体到别的物体，在转化或转移的过程中保持不变．•2．意义•(1)各种形式的能可以．•(2)各种物理现象可以用联系在一起．转化转移能量的总量相互转化能量转化守恒定律能量守恒定律的建立•第一个提出能量守恒思想的科学家：•为守恒定律奠定实验基础的科学家：•在化学领域提出守恒观点的科学家：•在医学领域提出守恒观点的科学家：•在否定永动机的研究中提出守恒观点：德国医生迈尔英国物理学家焦耳俄国化学家盖斯德国医生迈尔德国物理学家亥姆霍兹•四、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，却能不断地的机器．•2．第一类永动机不可能制成的原因：违背了定律.对外做功能量守恒•例一：一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是()•A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104J•B．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105J•C．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104J•D．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J应用答案：B•例二.图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J．缸内气体的()•A．温度升高，内能增加600J•B．温度升高，内能减少200J•C．温度降低，内能增加600J•D．温度降低，内能减少200J•解析：由热力学第一定律W＋Q＝ΔU，代入数据解得：ΔU＝＋600J，故气体内能增加600J，同时可判定气体的温度一定升高，选A.•答案：A•【跟踪发散】1、一定质量的气体，从状态A变化到状态B的过程中，内能增加了160J，下列是关于内能变化的可能原因的说法，其中不可能的是()•A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160J•B．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160J的热量•C．从A到B的过程中吸热280J，并对外界做功120J•D．从A到B的过程中放热280J，外界对气体做功120J•解析：由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，A、B、C正确，D错误．•答案：D•2、气体温度计结构如图所示．玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1＝14cm，后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2＝44cm.(已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76cmHg)•(1)求恒温槽的温度．•(2)此过程A内气体内能________(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将________(填“吸热”或“放热”)．•答案：(1)91℃(2)增大吸热•3、带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如V－T图所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(填入选项前的字母，有填错的不得分)()•A．pb＞pc，Qab＞Qac•B．pb＞pc，Qab＜Qac•C．pb＜pc，Qab＞Qac•D．pb＜pc，Qab＜Qac答案：C•4、如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm.求在这一过程中气体的内能增加多少．(g取10m/s2，不考虑活塞受到的大气压力及摩擦阻力)•思路点拨：•绝热过程→外界对气体做功→内能增加→ΔU＝W•解析：由能量守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2J＝20J.•答案：20J