3热力学第一定律 能量守恒定律
[学习目标] 1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式．(重点) 2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题. (难点) 3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律．(重点) 4.知道第一类永动机是不可能制成的．(难点)
知识点一热力学第一定律
[先填空]
1．改变内能的两种方式：做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等效的．
2．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)表达式：ΔU＝Q＋W.
[再思考]
给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水的过程中，若车胎不漏气且胎内气体温度不变，不计分子间的势能，试分析气体的吸放热情况．
【提示】 由于车胎内气体温度不变，故气体分子的平均动能不变，内能不变．放水过程中气体体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知，车胎内气体吸热．
[后判断]
1．外界对热力学系统做功，W取正值；外界向热力学系统传递热量，Q取正值．(√)
2．气体被压缩的过程中，外界对气体做功，则气体内能一定增加．(×)
3．物体与外界不发生热交换，则物体的内能也可能变化．(√)
知识点二能量守恒定律
[先填空]
1．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，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律．
2．意义
(1)各种形式的能可以相互转化．
(2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．
(3)第一类永动机
①概念：不消耗或少消耗能量却能源源不断地对外做功的机器．
②原因：违背能量守恒定律．
③结果：无一例外地全部失败．
[再思考]
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，维持表针走动的能量是从哪儿来的？
【提示】 这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．
[后判断]
1．各种能量之间可以转移或转化，但总量保持不变．(√)
2．第一类永动机因违背能量守恒定律，所以不可能制成．(√)
3．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒．(√)
考点一 热力学第一定律的理解和应用
1．对ΔU＝W＋Q的理解
热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．
2．对公式ΔU、Q、W符号的规定
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W
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Q
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ΔU
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符号
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外界对物体做功
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物体吸收热量
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内能增加
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正号
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物体对外界做功
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物体放出热量
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内能减少
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负号
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3.判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体特别是气体做功与否，需看物体的体积是否变化．
(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.
(2)若物体体积变小，表明外界对物体做功，W>0.
【例题1】一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：
(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做多少功？
【解析】 (1)由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J.
(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J．即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J.
【答案】 (1)增加了160 J (2)外界对气体做功80 J
