第第3 3节节 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知识回顾：问：既然做功和热传递都可以改变物体的 内能，那么，功、热量跟内能的改变之间一定 有某种联系，我们就来研究这个问题.问：改变物体内能的方式有哪些？ 做功 热传递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）一、热力学第一定律一、热力学第一定律一个物体，它既没有吸收热量也没有 放出热量，那么：如果外界做的功为，则它的内能 如何变化？变化了多少？如果物体对外界做的功为，则它 的内能如何变化？变化了多少？1.内容 ：一个物体，如果外界既没有对物体做 功，物体也没有对外界做功，那么：如果物体吸收热量，它的内能如 何变化？变化了多少？如果放出热量，它的内能如何 变化？变化了多少？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U与热量及做 的功之间又有什么关系呢 ？ U = 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.U 物体内能的增加量 W 外界对物体做的功 Q 物体吸收的热量 返回1.内容 ：2 2、定律中各量的正、负号及含义、定律中各量的正、负号及含义物理量 符号意义符 号意义W+Q+U+返回外界对物 体做功物体对外 界做功 物体吸收 热量物体放出 热量内能增加内能减少热力学第一定律与气体实验定律 一定质量某种理想气体的内能只由温度决定 热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的 表现，应用U=W+Q时注意符号法则 四个理想热学过程的比较物理量热学过程压强P 体积V 温度T 内能U 热量Q 功W等温过程等容过程等压过程绝热过程四个理想热学过程增大减小不变不变放热+增大不变升高增加0吸热减小不变降低减少放热+0减小增大升高增加+例题1.某物体在对外做功为75J的同时，从外界吸收 的热量为50J，则在此过程中物体的内能 (填 增加或减少) J。分析：根据热力学第一定律分析：根据热力学第一定律 U UWWQ Q，知，知 U U75J75J50J50J25J25J式中负号说明内能减少了。式中负号说明内能减少了。答案：减少答案：减少 ; 25; 25。例题2：一定量的气体从外界吸收了 2.6105J的热量，内能增加了4.2 105J。问：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：根据U = W + Q 得 W = U Q = 4.2 105J 2.6105J= 1.6105J W为正值，外界对气体做功，做了1.6105J 的功。解：同理可得：W =U Q = 1.6 105J 2.6105J= 1.0105J W为负值，说明气体对外 界做功（气体体积变大），做了1.0105J 的功。如果气体吸收的热量仍为2.6105J不变 ，但是内能只增加了1.6105J，这一过程做功 情况怎样？一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功， 则此过程的末态与初态相比， （ ）A气体内能一定增加 B气体内能一定减小C气体内能一定不变 D气体内能是增是减不能确定练习1D下列说法正确的是（ ）A外界对气体做功，气体的内能一定增大B气体从外界只收热量，气体的内能一定增大C气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均 动能越大D气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大练习2D练习3下列说法正确的是 （ ）A外界对一物体做功，此物体的内能一定增加B机械能完全转化成内能是不可能的C将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变D一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少D例题4一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一 系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气 体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体 吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过 程中一定有（ ）AQ1Q2=W2W1BQ1=Q2CW1=W2 DQ1Q2点拨：整个过程的内能不变， E = 0 由热力学第一定律 E=W总+Q总=0 Q总= - W总 Q1Q2=W2W1A二、关于能量守恒定律的探索阅读能量守恒定律这一框题并回答一下 问题： 1、历史上有哪些科学家曾经在这一方 面做过探索 2、这些科学家都在哪些方面做出了贡 献 3、能量守恒定律的具体内容及其意义 4、恩格斯把 、 和 列为 19世纪三大发现盖斯（ Gormain Henri Hess l802-1850 ） 盖斯俄国化学家盖斯定律化学反应中的能量守恒 能量守恒定律的先驱热力学第一定律的奠基人 迈尔德国人1841、1842年论“自然力”守恒热功当量值：3.57J/Cal 第一个提出能量守恒思想的人迈尔（Robert Mayer，18141878）焦耳英国人热功当量 4.18J/Cal1956年国际计量大会规定热功当量：4.1868J/Cal为能量守恒定律奠定了牢固的 实验基础焦耳（Joule，18181889）亥姆霍兹德国科学家提出势能和动能的转换（依据：永动机不可能制成）亥姆霍兹（ Helholtz，18211894）能量守恒与转换定律的表述自然界一切物质都具有能量。能量既不会凭空产生，也不会凭空消失， 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，在转化和转移的过程 中，能量的总量保持不变。对能量守恒定律的理解2. 2.当发生能量从一种形式转化为另一种形式时，是通当发生能量从一种形式转化为另一种形式时，是通 过过_实现的。这种转化意味着物质运动可由一实现的。这种转化意味着物质运动可由一 种形式转化成其他形式。种形式转化成其他形式。做功1. 1.每一种物质运动形式对应一种能量。每一种物质运动形式对应一种能量。大量事实证明，任何形式的能转化为别种形式的大量事实证明，任何形式的能转化为别种形式的 能时，总的能量都是守恒的。能时，总的能量都是守恒的。在物质运动形式不变时，能量只从物体间发转在物质运动形式不变时，能量只从物体间发转 移，能的形式不会改变。移，能的形式不会改变。3. 3.以焦耳的实验为基础的热力学第一定律，实际上就以焦耳的实验为基础的热力学第一定律，实际上就 是内能与其它能量发生转化时的能量守恒定律是内能与其它能量发生转化时的能量守恒定律能量守恒定律发现的意义1.在20世纪30年代初，W.泡利和E.费米根据能量 守恒定律预言了中微子的存在并在后来得到证实2.他把原来人们认为互不相关的各种现象力 学的、热学的、电磁学的、光学的、化学的、生物 的、地学的联系在一起，把表面上完全不同的 各类运动统一在一个自然规律中。这样，他就是不 同领域的科学工作者有了一系列的共同语言。现在 ，能量守恒定律仍是我们研究自然科学的强有力的 武器。3.能量转化和守恒定律的发现是科学史上的重大 事件。恩格斯把它与细胞学说、生物进化论一起列 为19世纪的三大发现。三、关于永动机的研究阅读：永动机是不可能制成这一框题回答 以下问题： 1、什么是第一类永动机？ 2、为什么第一类永动机不可能制成？永动机不可能制成 历史上有不少人希望设计一种机器，这种历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器被称为永动机，又叫对外做功，这种机器被称为永动机，又叫第一类永动机。第一类永动机。n n第一类永动机的一种设计方案见课本第一类永动机的一种设计方案见课本 P56.P56.能量守恒的另一种表述：第一类永动机是不可能制成的。历史上的永动机模型奥恩库尔的永动机模型据说，13世纪有一个法 国人叫奥恩库尔的，他在一 个轮子的边缘上等间隔地安 装了12根可活动的锤杆。 他设想一旦轮子被启动,由 于轮子右边的各个重锤距轮 轴更远些,就会驱动轮子按 箭头方向永不停息地转动下 去。骗人的永动机历史上的永动机模型滚珠永动机滚珠永动机是利用格板 的特殊形状，使一边重球滚 到比另一边的距离轮心远些 的地方。设计者本以为在两 边重球的作用下会使轮子失 去平衡而转动不息，但试验 的结果却是否定的。历史上的永动机模型软臂永动机 软臂永动机的臂可以弯曲。 臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长 的臂端，使力矩增大。转到另一 侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢 。设计者认为这样可以使机器获 得转矩。然而，他没有想到力臂 虽然缩短了，力却增大了，转轮 只能停止在原地 历史上的永动机模型阿基米德螺旋永动机把水从蓄水池里汲到上面的水 槽里，让它冲击水轮使之转动，轮 子在带动水磨的同时，又通过一组 齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到 水槽里去。这样，整台机械就可以 永不停息地运转下去。这样的设计 当然也必然以失败告终。因为即使 没有摩擦力，从水槽中流下的水的 冲力,也不足以既带动水磨工作,又带 动汲水器把全部流下的水重新汲回 到原来的高度。 历史上的永动机模型1570年，意大利的泰斯尼 尔斯，提出用磁石的吸力可以 实现永动机。A是一个磁石， 铁球G受磁石吸引可沿斜面滚 下去，滚到上端的E处，从小 洞B落下，经曲面BFC返回， 复又被磁石吸引，铁球就可以 沿螺旋途径连续运动下去。磁力型永动机 1、在U=Q+W中关于U、W、Q各个物理量 的正、负，下列说法中正确的是（ ）A.外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负， 内能增加时U为正B.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正， 内能增加时U为负C.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正， 内能增加时U为正D.外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负， 内能增加时U为负当堂达标C2、自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说 法正确的是 （ ） A.秋千的机械能守恒 B.秋千的能量正在消失C.只有动能和重力势能的相互转化 D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒当堂达标D