二、热力学第一定律教学实录

2.2

热力学第一定律

【教学目的】

1、理解热力学第一定律的形式和内涵，并能用热力学第一定律解决有关问题

2、掌握能量守恒定律，能从能量守恒定律的角度理解热力学第一定律

3、知道什么是第一类永动机，能从不同的角度解释第一类永动机不能做成的原因

【教学重点】

热力学第一定律的内容、符号法则

热力学第一定律的应用

【教学难点】

热力学第一定律的符号法则

【教学方法】

讲授法 多媒体授课

【教学过程】

复习:什么是物体的内能

1．物体的内能：物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能．

2．任何物体都具有内能．因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成．

3．决定物体内能的因素

（1）从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定．

（2）从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数，分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．

物体内能是可以被改变的！那通过什么途径可以改变物体内能？

1．做功可以改变物体的内能

【生活实例】钻木取火，摩擦生热，使物体的内能增加。如果外力对物体做功全部用于物体内能改变的情况下，外力做多少功，物体的内能就改变多少。如果用W表示外界对物体做的功，用ΔE表示物体内能的变化，那么有W=ΔE。功的单位是焦耳，内能的单位也是焦耳。

【演示】演示压缩空气，硝化棉燃烧。说明外力压缩空气过程，对气体做功，使气体的内能增加，温度升高到棉花的燃点而使其燃烧。

以上实例说明做功可以改变物体的内能。

2．热传递可以改变物体的内能

【生活实例】在炉灶上烧热水，火炉烤热周围物体，这些物体温度升高内能增加。这些实例说明依靠热传递方式也可以使物体的内能改变。物体吸收热量，内能增加。物体放出热

量，物体的内能减少。如果传递给物体的热量用Q表示，物体内能的变化量是ΔE，那么，Q=ΔE。

所以做功和热传递是改变物体内能的两种方式。

3．做功和热传递对改变物体的内能是等效的。

[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.

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ΔU与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？ 一、热力学第一定律：一个热力学系统的内能增加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. ΔU＝W + Q （l）热力学第一定律反映了功、热量跟内能改变之间的定量关系． （2）式中Q 、

U、 W的正负及含义如下所述． 思考与讨论：

一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功是135J，同时向外放热85J，气体的内能变化量是多少？内能是增加了还是减少了？

请你通过这个例子总结ΔU、 Q、 W几个量取正、负值的意义。

【学以致用】

551、一定量的气体从外界吸收了2.6×10J的热量，内能增加了4.2 ×10J。

问：①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？

55②如果气体吸收的热量仍为2.6×10J不变，但是内能只增加了1.6×10J，这一过程做功情况怎样？

552、一定量的气体，从外界吸收热量2.7×10J，内能增加4.3×10J。在这一过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？做了多少功？

二、能量守恒定律

1．大量事实证明：各种形式的能可以相互转化，并且在转化过程中守恒．

2．能量守恒定律：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另外的物体，在转化或转移过程中其总量不变． 3．能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的规律之一，也是19世纪自然科学的三大发现之一，被恩格斯称为“伟大的运动基本规律”． 第一类永动机：

1．第一类永动机：人们把设想中的不消耗能量的机器叫做第一类永动机．

2．第一类永动机的设想由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．

（不吃草的马）

水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越来越慢，最后停止。这一现象符合能的转

化和守恒定律吗？如果符合，汽车失去的动能变成了什么？

【课堂练习】

1、关于物体的内能变化以下说法正确的是（

）

A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减小

C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变

D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变

2、关于内能下列说法正确的是（ ）

A.相同质量的两物体，升高相同的温度，内能增量一定相同；

00 B.一定量0C的水结成0C的冰，内能一定减小

C.一定量气体克服外界压力膨胀，但不吸热也不放热，内能一定减小

D.一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能可能减小

3、固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和气体乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（ ） A、外力对乙做功，甲的内能不变。

B、外力对乙做功，乙的内能不变。

C、乙传递热量给甲，乙的内能增加。

D、乙的内能增加，甲的内能不变。

4．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

5、地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计．已知大气压强随高度增加而降低，则该气团在此上升过程中(不计气团内分子间的势能)( ) A．体积减小，温度降低

B．体积减小，温度不变

C．体积增大，温度降低 D．体积增大，温度不变

6．(2011·福建)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104 J，则该理想气体的(

) A．温度降低，密度增大

B．温度降低，密度减小

C．温度升高，密度增大 D．温度升高，密度减小

7. 如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程

（ ）

A． EP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,其余部分仍为弹簧的弹性势能

C． EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能

D． EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能

【小结】

•

热力学第一定律：U = Q ＋W ．

•

能量在转化或转移过程中遵守能量守恒定律．

•

第一类永动机不可能制成．