2. 熱力學第一定律3. 能量守恒定律
1．通過有關史實，了解熱力學第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會科學探索中的挫折和失敗對科學發(fā)現(xiàn)的意義。2．理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點解釋自然現(xiàn)象。3．體會能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一。1．理解并會運用能量守恒定律。2．知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因。
1．改變內能的兩種方式做功與_______。兩者在改變系統(tǒng)內能方面是_________。2．熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能變化量等于外界向它傳遞的______與外界對它___________的和。(2)表達式：_______________。注意：熱力學第一定律的數(shù)學表達式也適用于物體對外界做功、向外界傳熱和內能減少的情況。
『判一判』(1)ΔU＝W＋Q。該式表示的是功、熱量跟內能改變之間的定量關系，在物理學中叫作熱力學第一定律。(　　)
『選一選』關于做功、傳熱與內能變化的說法，正確的是(　　) A．不通過做功的過程，物體的內能也可以改變B．不對物體做功，物體的內能會保持不變C．外力對物體做2 J的功，物體就一定增加2 J的內能D．物體吸收熱量，內能一定增加解析： 做功和傳熱都可以改變物體的內能，故A正確，B錯誤；外力對物體做2 J的功，若物體與外界沒有熱交換，則內能一定增加2 J，故C錯誤；物體吸收熱量時，如果對外做功，內能不一定增加，故D錯誤。
能量守恒定律(1)內容：能量既不會憑空_______，也不會憑空_______，它只能從一種形式_______為其他形式，或者從一個物體_______到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的_______保持不變。(2)意義：①各種形式的能可以相互_______。②各種互不相關的物理現(xiàn)象可以用___________定律聯(lián)系在一起。
『判一判』(2)某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加。(　　)(3)石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了。(　　)(4)能量既可以轉移又可以轉化，故能的總量是可以變化的。(　　)(5)違背能量守恒定律的過程是不可能發(fā)生的。(　　)
1．永動機：不需要任何動力或燃料，卻能不斷地___________的機器。2．永動機不可能制成的原因：違背了___________定律。3．意義：正是歷史上設計永動機的_______，才使后人的思考走上了正確的道路。
『選一選』(多選)下列關于第一類永動機的說法，正確的是(　　)A．第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器B．第一類永動機不能制成的原因是違背了熱力學第二定律C．第一類永動機不能制成的原因是技術問題D．第一類永動機不能制成的原因是違背了能量守恒定律解析： 第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器，這是人們的美好愿望，但它違背了能量守恒定律，這是它不能制成的原因。
『想一想』有一種所謂“全自動”機械手表，既不需要上發(fā)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？如果不是，你知道維持表針走動的能量是從哪兒來的嗎？答案：不是永動機，手表戴在手上，手運動的能量一部分轉化為手表的能量(動能)。
對熱力學第一定律的理解
要|點|提|煉1．對ΔU＝W＋Q的理解熱力學第一定律將單純的絕熱過程和單純的熱傳遞過程中內能改變的定量表述推廣到一般情況，既有做功又有熱傳遞的過程，其中ΔU表示內能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量。
2．與熱力學第一定律相匹配的符號法則
3．幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內能的增加量等于外界對物體做的功。(2)若過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內能的增加量等于物體從外界吸收的熱量。(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)。
4．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。(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W＜0。(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W＞0。
(1)當做功和熱傳遞同時發(fā)生時，物體的內能可能增加，也可能減小，還可能保持不變。(2)物體內能發(fā)生變化可能是由做功引起的，也可能是由熱傳遞引起的，還可能是兩者共同作用的結果。
典|例|剖|析　　　　　如圖所示是封閉的氣缸，內部封有一定質量的理想氣體．用外力推動活塞 P壓縮氣體，對缸內氣體做功 800 J，同時氣體向外界放熱200 J，則缸內氣體的(　　)A．溫度升高，內能增加600 JB．溫度升高，內能減少200 JC．溫度降低，內能增加600 JD．溫度降低，內能減少200 J
解析： 由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q得，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定質量的理想氣體的內能大小只與溫度有關，ΔU＝600 J>0，故溫度升高，A選項正確。
　　　　　　　　一定質量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的p－V圖像如圖所示，已知A→B過程放出熱量Q，TA＝TC，則B→C 過程氣體吸收還是放出熱量？熱量是多少？答案：吸收熱量　Q＋p2(V2－V1)
解析：由圖可知，B→C過程氣體的壓強不變，氣體的體積增大，氣體對外做功，溫度升高，則內能增大，由熱力學第一定律知氣體吸收熱量。B→C過程，氣體對外做的功為W＝－p2(V2－V1)。A→B過程，氣體的體積不變，不對外做功，由A→C過程氣體內能不變，根據ΔU＝W總＋Q總得0＝W＋(－Q＋QBC)，可得QBC＝Q－W＝Q＋p2(V2－V1)，即B→C過程氣體吸收的熱量為Q＋p2(V2－V1)。
要|點|提|煉1．能量的存在形式及相互轉化各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有諸如電磁能、化學能、原子能等。各種形式的能，通過做功可以相互轉化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉化為內能；煤燃燒，化學能轉化為內能；列車剎車后，輪子溫度升高，機械能轉化為內能
2．守恒條件與某種運動形式對應的能是否守恒是有條件的，例如，物體的機械能守恒，必須是只有重力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它是一切自然界現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。
3．能量守恒定律的重要意義(1)找到了各種自然現(xiàn)象的公共量度——能量，從而把各種自然現(xiàn)象用能量規(guī)律聯(lián)系起來，揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。(2)突破了人們關于物質運動的機械觀念的范圍，從本質上表明了各種運動形式之間相互轉化的可能性。能量守恒定律比機械能守恒定律更普遍，它是物理學中解決問題的重要思維方法。能量守恒定律與電子的發(fā)現(xiàn)、達爾文的進化論并稱19世紀自然科學中三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見。(3)具有重大實踐意義，即徹底粉碎了永動機的幻想。
(1)能量守恒定律是一個自然界中普遍適用的規(guī)律，凡是遇到涉及能量的轉化和轉移問題時可優(yōu)先考慮使用其解決。(2)層出不窮的永動機設計方案，由于違背了能量守恒定律，無一例外地宣布失敗，人類制造永動機的企圖是沒有任何成功希望的。
典|例|剖|析　　　　　如圖所示，密閉絕熱容器內有一絕熱的具有一定質量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁間的摩擦忽略不計。置于真空中的輕彈簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零)?，F(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運動，經過多次往復運動后活塞靜止，氣體達到平衡狀態(tài)。經過此過程(　　)
A．Ep全部轉換為氣體的內能B．Ep一部分轉換成活塞的重力勢能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能C．Ep全部轉換成活塞的重力勢能和氣體的內能D．Ep一部分轉換成活塞的重力勢能，一部分轉換為氣體的內能， 其余部分仍為彈簧的彈性勢能解題指導：利用能量守恒定律解決問題時，首先應明確題目中涉及哪幾種形式的能量，其次分析哪種能量增加了，哪種能量減少了，確定研究的系統(tǒng)后，用能量守恒的觀點求解。
解析：當繩子突然斷開時，活塞受彈簧的彈力F、活塞的重力G、封閉氣體對活塞向下的壓力F′共同作用，如圖所示，其合力向上，經多次往復運動后活塞靜止時， 活塞處于三力平衡狀態(tài)，氣體體積必減小，外力對氣體做正功，由于絕熱，氣體的內能增加，而活塞最終的靜止位置比初始位置高，其重力勢能增加，最終彈力與另外兩個力的合力平衡，彈簧仍有形變。設最終彈簧的彈性勢能為Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力勢能＋氣體增加的內能，所以D選項正確。
　　　　　　　　(多選)空調市場上有很多變頻空調，據專家介紹變頻空調比定頻的要節(jié)能，因為定頻空調開機時就等同于汽車啟動時，很耗能，是正常運行的5～7倍?？照{在工作時達到設定溫度就停機，等溫度高了再繼續(xù)啟動。這樣的頻繁啟動，耗電多，而變頻空調啟動時有一個由低到高的過程，運行過程是自動變速來保持室內溫度，從開機到關機中間不停機，而是達到設定溫度后就降到最小功率運行，所以比較省電。閱讀上述介紹后，以下說法合理的是(　　)A．變頻空調節(jié)能，運行中不遵守能量守恒定律B．變頻空調運行中做功少，轉化能量多C．變頻空調在同樣工作條件下運行效率高，省電D．變頻空調與定頻空調做同樣功時，消耗同樣電能
解析： 自然界的一切過程都遵守能量守恒定律，A錯誤；功是能量轉化的量度，做同樣的功，消耗同樣電能，B錯誤，D正確；由變頻空調的工作特點可知省電的原因是效率高，C正確。
永動機不可能制成1．第一類永動機人們把設想中的不消耗能量的機械叫作第一類永動機，第一類永動機是不可能制成的。2．第一類永動機失敗的原因分析如果沒有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統(tǒng)內能減少，即U2

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2 熱力學第一定律

版本： 人教版 (2019)

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