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1、理解和掌握热力学第一定律表达式，并能用于分析有关问题并进行具体的计算理解和掌握能量守恒定律，明确定律的重要意义了解第一类永动机及其不能制成的原因 下图是历史上有名的一种永动机的设计从图上看，设计者为什么认为这个机器会永远运动下去，不用能量的概念，你能不能说明它不会永远运动下去？ 1改变系统的内能有两种方式： ，这两种方式是的 2一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 的和，这个关系叫表达式为： . 3能量守恒定律可以表述为： 能量既不会 也不会，它只能 或者，在转化或转移的过程中其总量 做功和热传递做功和热传递等效等效做功做功热力学第一热力学第一定律定律UWQ凭空产生凭空产生
2、凭空消失凭空消失从一种形式转化为另一种形式从一种形式转化为另一种形式从一个物体转移到从一个物体转移到别的物体别的物体不变不变 (1)热力学第一定律 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这个关系叫做热力学第一定律 表达式为：UQW (2)与热力学第一定律相匹配的符号法则：做功W热量Q内能的改变U取正值“”外界对系统做功系统从外界吸收热量系统的内能增加取负值“”系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能减少 气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化可能是() A减小20JB增大20J C减小220J D增大220J 答案：B 解析：研
3、究对象为气体依符号规则，对外做功W100J，吸收热量Q120J.由热力学第一定律有 UWQ100J120J20J. U0，说明气体的内能增加. (1)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，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不变，这就是能量守恒定律 (2)能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，它庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭. (1)第一类永动机：人们把设想中的不消耗能量的机械叫做第一类永动机，第一类永动机是不可能制成的 (2)第一类永动机失败的原因分析 如果没有外界热源供给热量，则有U2U1W，就是说，如果系统内能减少，即U2
4、U1，则W0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的 特别提醒： 层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的 有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？ 答案：不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量一定质量的气体从外界吸收了4.2105J的热量，同时气体对外做了6105J的功，问： (1)物体的内能是增加还是减少？变化
5、量是多少？ (2)分子势能是增加还是减少？ (3)分子的平均动能是增加还是减少？解析：(1)气体从外界吸热为Q4.2105J气体对外做功W6105J由热力学第一定律UWQ(6105J)(4.2105J)1.8105JU为负，说明气体的内能减少了所以，气体内能减少了1.8105J.(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了答案：(1)减少1.8105J(2)增加(3)减少一般研究常温常压气体时，往往忽略气体分子间作用力，对于一定质量的常温常压气体，下列过程可能发生的
6、有 () A气体膨胀对外做功，温度升高 B气体吸热，温度降低 C气体放热，温度升高 D气体体积逐渐膨胀，同时向外放热，而气体温度升高 答案：ABC 解析：气体膨胀对外做功的过程中，W0，由热力学第一定律UWQ知，只要QW0即可，则Q0，即气体从外界吸热A可能，D不可能气体吸热Q0，温度降低，内能减小，U0，由UWQ知，W0，即该过程气体对外做功B过程可能发生，C过程也可能发生答案选ABC.有一个10m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？已知水的比热容为4.2103J/(kg)，g取10m/s2 答案：
7、2.4103 点评：搞清能量转化的物理情景及转化过程中的数量关系，从而由能量守恒定律来列方程求解(2009德州高二检测)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，不考虑活塞的大气压力及摩擦阻力) 答案：20J 解析：由能的转化与守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，UE(Mm)gh(155)10(5040)10220J.约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰维尔金斯设计了一种磁力“
8、永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁M，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸回到上端，到小孔P处又掉下 请你分析一下，维尔金斯“永动机”能实现吗？ 解析：维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律小球向上运动过程中，磁场力对小球做正功，使小球增加了机械能；但小球下落时，同样也受到了磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消，可见维尔金斯“永动机”不可能源源不断地向外提供能量所以，维尔金斯“ 永动机”不可能实现一位同学设计了一个自动工作的机器方案：把一根毛细管直立在水里，然后水能从低处上升到高处在低于高度h处把毛细管弯曲，在管口下方安装一个叶轮，利用从毛细管中滴出的水冲击叶轮，可使叶轮不停地转动(如图)试评价论证这个设计方案 答案：这个方案从表面上看似乎可行，实际上违背了能的转化和守恒定律，是不可能实现的因为这个方案如果能实现，就构成了可以不消耗能量而永远运动的机器(永动机)大量的科学事实已证明，永动机是不可能制造成功的 在毛细管中的水，虽然能越过弯曲的管顶，但不会从管口流出