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1、第五节第五节 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：知识回顾：问问：既然做功和热传递都可以改变物体的：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有某种联系，我们就来研究这个问题.问问：改变物体内能的方式有哪些？改变物体内能的方式有哪些？做功做功热传递热传递改变内能的两种方式做功热传递对内对内对外对外吸热吸热放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
2、吸收热量也没有一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：放出热量，那么：如果外界做的功为，则它的内能如果外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了多少？如何变化？变化了多少？如果物体对外界做的功为，则它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？的内能如何变化？变化了多少？1.内容：内容：一个物体，如果外界既没有对物体做一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：功，物体也没有对外界做功，那么：如果物体吸收热量，它的内能如如果物体吸收热量，它的内能如何变化？变化了多少？何变化？变化了多少？如果放出热量，它的内能如何变如果放出热量，它的内能如何变化？变化了多少
3、？化？变化了多少？如果物体在跟外界同时发生如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内做功和热传递的过程中，内能的变化能的变化U与热量及做的与热量及做的功之间又有什么关系呢？功之间又有什么关系呢？U=W+Q U=W+Q 该式表示的是内能的变化量跟功、热该式表示的是内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做量的定量关系，在物理学中叫做热力学热力学第一定律第一定律.U U 物体内能的增加量物体内能的增加量 W W 外界对物体做的功外界对物体做的功 Q Q 物体吸收的热量物体吸收的热量 返回1.内容：内容：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
4、+Q+UU+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3、应用、应用 例题：一定量的气体从外界吸收了例题：一定量的气体从外界吸收了2.62.610105 5J J的热量，内能增加了的热量，内能增加了4.2 4.2 10105 5J J。问：问：是气体对外界做了功，还是外界对气体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？做了功？做了多少焦耳的功？解：根据U=W+Q得W=UQ=4.2105J2.6105J=1.6105JW为正值，外界对气体做功，做了1.6105J的功。解：同理可得：W=UQ=1.6105J2.6105J=1.0105JW为负值，说明
5、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如果气体吸收的热量仍为2.62.610105 5J J不变，不变，但是内能只增加了但是内能只增加了1.61.610105 5J J，这一过程做功情这一过程做功情况怎样？况怎样？一一定定量量的的气气体体吸吸收收热热量量，体体积积膨膨胀胀并并对对外外做做功功，则此过程的末态与初态相比，则此过程的末态与初态相比，（）A气体内能一定增加气体内能一定增加 B气体内能一定减小气体内能一定减小C气体内能一定不变气体内能一定不变 D气体内能是增是减不能确定气体内能是增是减不能确定例题例题1D下列说法正确的是下列说法正确的是（）A外界
6、对气体做功，气体的内能一定增大外界对气体做功，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气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均 动能越大动能越大D气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均 动能越大动能越大例题例题2D例题例题3下列说法正确的是下列说法正确的是（）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将热量传给一个物体
7、，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一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少D例题例题4 一一定定质质量量的的理理想想气气体体，从从某某一一状状态态开开始始，经经过过一一系系列列变变化化后后又又回回一一开开始始的的状状态态，用用W1表表示示外外界界对对气气体体做做的的功功，W2表表示示气气体体对对外外界界做做的的功功，Q1表表示示气气体体吸吸收收的的热热量量，Q2表表示示气气体体放放出出的的热热量量，则则在在整整个个过过程中一定有程中一定有（）AQ1Q2=W2W1BQ1=Q2CW1=W2 DQ1Q2点拨：点拨：整个过程的内能不变，整个过程的内能不变，E=0 由热力学
8、第一定律由热力学第一定律 E=W总总+Q总总=0Q总总=-W总总 Q1Q2=W2W1A 如如图图所所示示,密密闭闭绝绝热热的的具具有有一一定定质质量量的的活活塞塞,活活塞塞的的上上部部封封闭闭着着气气体体,下下部部为为真真空空,活活塞塞与与器器壁壁的的摩摩擦擦忽忽略略不不计计,置置于于真真空空中中的的轻轻弹弹簧簧的的一一端端固固定定于于理理想想气气体体容容器器的的底底部部.另另一一端端固固定定在在活活塞塞上上,弹弹簧簧被被压压缩缩后后用用绳绳扎扎紧紧,此此时时弹弹簧簧的的弹弹性性势势能能为为EP(弹弹簧簧处处于于自自然然长长度度时时的的弹弹性性势势能能为为零零),现现绳绳突突然然断断开开,弹弹
9、簧簧推推动动活活塞塞向向上上运运动动,经过多次往复运动后活塞静止经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态气体达到平衡态,经过此过程经过此过程（）A EP全部转换为气体的内能全部转换为气体的内能B.EP一部分转换成活塞的重力势能一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍其余部分仍 为弹簧的弹性势能为弹簧的弹性势能C EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D EP一部分转换成活塞的重力势能一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换一部分转换 为气体的内能为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能其余部分仍为弹簧的弹性势能例题例题5理想理想气体气体 D二、关于能量守恒定
10、律的探索二、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（盖斯（Gormain Henri Hess l802-1850）盖斯盖斯俄国化学家俄国化学家盖斯定律盖斯定律化学反应中的能量守恒化学反应中的能量守恒 能量守恒定律的先驱能量守恒定律的先驱热力学第一定律的奠基人热力学第一定律的奠基人 迈尔迈尔德国人德国人1841、1842年论年论“自然力自然力”守守恒恒热功当量值：热功当量值：3.57J/Cal 第一个提出能量守
11、恒思想的人第一个提出能量守恒思想的人迈尔迈尔（Robert Mayer，18141878）焦耳焦耳英国人英国人热功当量热功当量 4.18J/Cal1956年国际计量大会规定年国际计量大会规定热功当量：热功当量：4.1868J/Cal为能量守恒定律奠定了牢固的为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础实验基础焦耳焦耳（Joule，18181889）亥姆霍兹亥姆霍兹德国科学家德国科学家提出提出势能和动能的转换转换（依据：永动机不可能制成）（依据：永动机不可能制成）亥姆霍兹亥姆霍兹（Helholtz，18211894）能量守恒与转换定律的表述能量守恒与转换定律的表述能量守恒的另一种表述：能量守恒的另一种表述
12、：第一类永动机是不可能制成的。第一类永动机是不可能制成的。自然界一切物质都具有能量。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，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。中，能量的总量保持不变。能量守恒定律发现的意义能量守恒定律发现的意义三、关于永动机的研究三、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？铭文：铭文：纪念为实现
13、永动机的奋斗而失败的人们纪念为实现永动机的奋斗而失败的人们失败是什么？没什么，只是更走进成功一步；成功是什么？就是走过了所有通向失败的路，只剩下一条路，那就是成功之路。成功专家谈成功历史上的永动机模型奥恩库尔的永动机模型奥恩库尔的永动机模型 据说，据说，13世纪有一个法世纪有一个法国人叫奥恩库尔的，他在一国人叫奥恩库尔的，他在一个轮子的边缘上等间隔地安个轮子的边缘上等间隔地安装了装了12根可活动的锤杆。根可活动的锤杆。他设想一旦轮子被启动他设想一旦轮子被启动,由由于轮子右边的各个重锤距轮于轮子右边的各个重锤距轮轴更远些轴更远些,就会驱动轮子按就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下箭头方向永不停
14、息地转动下去。去。骗人的永动机返回历史上的永动机模型滚珠永动机滚珠永动机滚珠永动机是利用格板滚珠永动机是利用格板的特殊形状，使一边重球滚的特殊形状，使一边重球滚到比另一边的距离轮心远些到比另一边的距离轮心远些的地方。设计者本以为在两的地方。设计者本以为在两边重球的作用下会使轮子失边重球的作用下会使轮子失去平衡而转动不息，但试验去平衡而转动不息，但试验的结果却是否定的。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 软臂永动机的臂可以弯曲。软臂永动机的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始
15、弯曲，向轴心靠拢。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，他没有想到力臂虽转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，力却增大了，转轮只然缩短了，力却增大了，转轮只能停止在原地能停止在原地 历史上的永动机模型阿基米德螺旋永动机阿基米德螺旋永动机 把水从蓄水池里汲到上面的水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，整台机械就可以水槽里去。这样，整台机械就可以永不停息地
16、运转下去。这样的设计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没有摩擦力，从水槽中流下的水的冲力冲力,也不足以既带动水磨工作也不足以既带动水磨工作,又又带动汲水器把全部流下的水重新汲带动汲水器把全部流下的水重新汲回到原来的高度。回到原来的高度。历史上的永动机模型 1570年，意大利的泰斯尼年，意大利的泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。实现永动机。A是一个磁石，是一个磁石，铁球铁球G受磁石吸引可沿斜面滚受磁石吸引可沿斜面滚下去，滚到上端的下去，滚到上端的E处，从小处，从小洞洞B落下，
17、经曲面落下，经曲面BFC返回，返回，复又被磁石吸引，铁球就可以复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。沿螺旋途径连续运动下去。磁力型永动机磁力型永动机 历史上的永动机模型浮力型浮力型 浸润型浸润型 能量守能量守恒定律恒定律各量的正各量的正负号含义负号含义永动永动机不机不可能制成可能制成 热力学第热力学第一定律一定律应用应用四、你学到了什么四、你学到了什么 1 1、在在U=Q+WU=Q+W中关于中关于UU、W W、Q Q各个物理各个物理量的正、负，下列说法中正确的是量的正、负，下列说法中正确的是（）A.A.外界对物体做功时外界对物体做功时W W为正，吸热时为正，吸热时Q Q为为负，内能
18、增加时负，内能增加时UU为正为正 B.B.物体对外界做功时物体对外界做功时W W为负，吸热时为负，吸热时Q Q为为正，内能增加时正，内能增加时UU为负为负 C.C.物体对外界做功时物体对外界做功时W W为负，吸热时为负，吸热时Q Q为为正，内能增加时正，内能增加时UU为正为正 D.D.外界对物体做功时外界对物体做功时W W为负，吸热时为负，吸热时Q Q为为负，内能增加时负，内能增加时UU为负为负当堂达标返回C2 2、请、请填写下列现象中，能量转换的方式：填写下列现象中，能量转换的方式：水轮机带动发电机发电水轮机带动发电机发电；水沸腾后，水壶盖被顶起水沸腾后，水壶盖被顶起；电动机带动机器运转电动
19、机带动机器运转；植物吸收太阳光进行光合作用植物吸收太阳光进行光合作用；煤炭燃烧发热煤炭燃烧发热当堂达标返回 3、自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是法正确的是 （）A.秋千的机械能守恒秋千的机械能守恒 B.秋千的能量正在消失秋千的能量正在消失 C.只有动能和重力势能的相互转化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，但总能量守恒减少的机械能转化为内能，但总能量守恒当堂达标返回4、系统状态、系统状态a，沿，沿acb到达到达b，吸收热量，吸收热量336J，做，做功功126J。(1)若沿若沿adb，对外做功，对外做功42J，则系统吸热多少？，则系统吸热多少？(2)若沿若沿ba，做功，做功84J，则系统是吸热还是放热？，则系统是吸热还是放热？热量传递多少？热量传递多少？当堂达标返回