高中物理第十章热力学定律第3节热力学第一定律、能量守恒定律导学案新人教版选修3-315页

3 热力学第一定律 能量守恒定律
内容 要求
热力学第一定律
能够从能量守恒的观点理解热力学第一定律，能利用热力学第
一定律分析计算有关问题。
能量守恒定律
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，知道第一类永动机是不可能实现的。
有一种全自动手表，既不需要上发条，也不用任何电池，却能不停地走下去，这是不是
一种永动机？如果不是，你知道维持指针走动的能量是从哪里来的吗？你能设法验证吗？
提示：全自动手表是通过一种机械装置把人体活动时的能量储存起来，连续地向外释放，
所以它不是永动机。如果将这种手表长时间放在一个无振动的地方，不再有动能向弹性势能
的积累，表就会停止走动。
一、热力学第一定律
1．改变内能的两种方式：____与______。
(1)联系：两者在改变系统内能方面是____的。
(2)区别：____是内能与其他形式能量的相互转化，而______只是不同物体(或一个物体
的不同部分)之间内能的转移。
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____与外界对它所做的____
的和。
(2)表达式：ΔU＝______。
(3)W、Q、ΔU正负号的确定
①W：外界对系统做功，W取____值；系统对外界做功，W取____值。
②Q：系统从外界吸热，Q取____值；系统向外界放热，Q取____值。
③ΔU：系统内能增加，ΔU取____值；系统内能减少，ΔU取____值。
思考 1：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。
二、能量守恒定律
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____为另一种形

式，或者从一个物体____到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的____保持不变。
2．意义
(1)能量守恒定律告诉我们，各种形式的能量可以________。
(2)各种互不相干的物理现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、光学的、化学的、
生物学的、地学的等可以用__________联系在一起。
三、永动机不可能制成
1．第一类永动机：人们设想中的不需要任何动力或燃料，却能不断________的机器。
2．第一类永动机不可制成的原因：违背了________定律。
思考 2：不耗油的汽车能不能制成，为什么？不消耗能量的汽车呢？
答案：一、1.做功 热传递 (1)等价 (2)做功 热传递
2．(1)热量 功 (2)Q＋W (3)①正 负 ②正 负 ③正 负
思考 1
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。
二、1.转化 转移 总量
2．(1)相互转化 (2)能量守恒定律
三、1.对外做功 2.能量守恒
思考 2
提示：前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等能源代替石油能源
制造出太阳能汽车、电动汽车等，但是不消耗任何能量的汽车不可能制成，因为它违背了能
量守恒定律。
一、对热力学第一定律的理解
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出
了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统
一为国际单位制中的焦耳。
2．对表达式ΔU＝W＋Q中各量符号的规定
做功 W 热量 Q 内能的改变Δ 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
3．几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，即 Q＝0，则 W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加；
(2)若过程中不做功，即 W＝0，即 Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则 W＋Q＝0或 W＝－Q，外界对物体
做的功等于物体放出的热量。
(1)应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者哪个热力学系统。
(2)应用热力学第一定律计算时，要根据符号法则代入数据，对结果的正、负也同样依
照规则来解释其意义。
二、对能量守恒定律的理解
1．能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁...