热力学第一定律完整
热力学第一定律
摘要：热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律，广泛地应用于各个学科领域。本文回顾了其建立的背景及经过，它的准确的文字表述和数学表达式，及它在理想气体、热机等方面的应用。
关键词：热力学第一定律能量转换理想气体
1．热力学第一定律的产生
1.1历史渊源与科学背景
人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。
北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。”古希腊米利都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的理论。
十九世纪以来热之唯动说渐渐地为更多的人们所注意。特别是英国化学家和物理学家克鲁克斯（M.Crookes，1832—1919）,所做的风车叶轮旋转实验,证明了热的本质就是分子无规则动的结论。热动说较好地解释了热质说无法解释的现象,如摩擦生热等。使人们对热的本质的认识大大地进了一步。戴维以冰块摩擦生热融化为例而写成的名为《论热、光及光的复合》的论文,为热功相当提供了有相当说服力的实例,激励着更多的人去探讨这一问题。
1.2热力学第一定律的建立过程
在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注
热和功的转化问题。于是，热力学应运而生。1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。德国医生、物理学家迈尔在1841-1843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量，用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。德国物理学家、医生迈尔：德国物理学家、医生迈尔（JuliuRobert Mayer，1814～1878）1840年2月到1841年2月作为船医远航到印度尼西亚。他从船员静脉血的颜色的不同，发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，提出如果动物体能的输入同支出是平衡的，所有这些形式的能在量上就必定守恒。他由此受到启发，去探索热和机械功的关系。他将自己的发现写成《论力的量和质的测定》一文，但他的观点缺少精确的实验论证，论文没能发表（直到1881年他逝世后才发表）。迈尔很快觉察到了这篇论文的缺陷，并且发奋进一步学习数学和物理学。1842年他发表了《论无机性质的力》的论文，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人。但1842年发表的这篇科学杰作当时未受到重视。
1843年8月21日焦耳在英国科学协会数理组会议上宣读了《论磁电的热效应及热的机械值》论文，强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的，哪里消耗了机械能或电磁能，总在某些地方能得到相当的热。焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研和测定了热功当量。他先后用不同的方法做了400多次实验，得出结论：热功当量是一个普适常量，与做功方式无关。他自己1878年与1849年的测验结果相同。后来公认值是427千克重·米每千卡。这说明了焦耳不愧为真正的实验大师。他的这一实验常数，为能量守恒与转换定律提供了无可置疑的证据。
1847年，亥姆霍兹发表《论力的守恒》，第一次系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示其运动形式之间的统一性，它们不仅可以相互转化，而且在量上还有一种确定的关系。能量守恒与转化使物理学达到空前的综合与统一。将能量守恒定律应用到热力学上，就是热力学第一定律[1]。
2 热力学第一定律的内容
2．1 简介
热力学第一定律也叫能量不灭原理，就是在热力学范围内的能量守恒定律。热可以转变为功，功也可以变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消
失时，也必产生一定的功。普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。热力学的基本定律之一。
2.2 发展
18世纪以来，流行一时的“热质说”相继为朗德福、迈尔、焦耳等人所推翻。他们证明热是物质运动的一种表现，并逐步归纳成第一定律的表述方式。其中焦耳于1840—1850年进行的热功当量实验为这一定律的科学表述奠定了基础。焦耳的实验表明，机械能所做的功W 其转换得到的热量Q 之间存在着严格的数量关系，不管转换的过程如何，一个单位的热量永远相当于E 单位的功，即W=EQ ，式中E 称为热功当量。
2.3 表述
热力学第一定律是对能量守恒定律和转换定律的一种表述方式。热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。
热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地做功而无需任何燃料和动力的机器。是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背能量守恒定律。
3 热力学第一定律的生物学应用
热力学中的研究对象称为热力学系统——开放系统、封闭系统、孤立系统。 生物体是一个开放热力学系统，生命现象是一种广义的热力学过程。
我们以一个人体作为一个研究单位，通过观测人体内热的产生、传递，人体与外界的热交换等来评测人体的健康程度，这有利于疾病的预防。
1.热力学第一定律
热力学第一定律： ?Q = ?E + ?W
热交换=分解代谢+动物体传递给其他系统的机械功 生物的热交换通常不是均匀的，所以用其除以时间t 得到速率。
把等号两边同时除以?t ，得到热交换率、分解代谢率、动物体传递给其他系统的机械功率之间的关系式。
分解代谢率可通过观察人把食物转换成能量和废物时利用氧的速率，即氧消耗率来精确测量。
热交换率可通过观察人在一定时间段内体温变化求出人在特定时段与外界的热交换律。
动物体传递给其他系统的机械功率可以通过分解代谢率和热交换率间接求t
W t Q t E ??-??=??
出。
2.氧消耗率和氧热当量
氧消耗率:单位时间内生物体摄取并消耗外界氧的量。
分解代谢率是人体内部产热能力的重要指标。人体分解代谢产热主要依靠糖酵解、柠檬酸循环、氧化磷酸化作用、戊糖磷酸途径、糖异生途径来完成，这些途径不仅在人体产热上有这重要作用——ATP的主要来源，也为人体其他生物功能提供必须的NADH、磷酸基团、乙酰-CoA、不同长度的碳链骨架等。通过测定分解代谢率，我们可以定量的了解人体代谢情况，定性的了解人体内各个系统工作的情况。即氧消耗率可以让我们大致了解人体健康程度。
氧热当量: 氧消耗和人体内能的减少之间的关系,即消耗单位体积的氧所产生的能量。
各种食物平均来说，消耗一升氧约能产生2.02?104J的能量。
表4—1 典型食物的氧热当量
食物氧热当量
/(107J·m-3)
醣
蛋白质
脂肪
乙醇
标准平均值2.113 1.866
1.983
2.033 2.02
注：食物的氧热当量取决于碳水化合物、蛋白、脂肪等在食物中所占的比例。
3. 健康状况与最大耗氧率的关系
人的健康状况以及他所能进行各类体力活动的剧烈程度，也取决于其耗氧能力，即做功能力的大小为耗氧能力所制约。
表4-3 各类活动水平的耗氧率和分解代谢率
活动水平耗氧率
/(mL·min-1·kg-1)
以质量65kg
人为准
分解代谢率
/(J·h-1)
睡眠（即基础代谢率BMR）
轻微活动(演讲、散步、家务)
中等活动(骑自行车16km/h, 赛马) 剧烈活动(踢足球、锯木)
甚剧烈活动(篮球赛、快速游泳) 极剧烈活动(自行车竞赛43km/h) 3.5
10
20
25
30
70
2.929?105
8.368?105
1.674?106
2.092?106
2.510?106
5.858?106
我们可以通过对比人体在活动时的耗氧量来了解其健康程度。
表4—2 人体健康水平和耗氧率
健康水平最大耗氧率(mL·min-1·kg-1)
很差差尚好好最好18 34 42 52 70
在做剧烈运动的时候，不健康的人往往耗氧量低，不能完成剧烈运动，稍稍运动也会气喘吁吁；健康的人往往能消耗更多的热量来完成剧烈的运动，高耗氧量代表着人体能更有效的调动代谢系统完成分解产热，代表这个机体更有活力，更健康。
4.体温与体温的控制
人类生存环境温度: -30 ~ +40℃
人体中央体温: 37±2℃
恒温性：是指机体得热和失热各因素千变万化情况下，机体维持深部温度或体核温度(即内环境温度) 在一较窄范围内的能力。
保持体温恒定的意义在于：恒温是高级生命形式的重要特征，恒温对维持哺乳动物机体生存是关键性的。
(1) 体温越高，和生命有关的重要化学过程和物理过程就进行得越快，
(a) 酶的最适宜温度在36~37℃，过高导致酶变性，催化作用丧失。
(b) 体温提高到41℃, 中枢神经系统功能开始衰退且会出现惊厥，
(c) 温度进一步提高到45℃便会造成蛋白变性及死亡。
(2) 体温下降，就有可能完全阻止酶的活性。体温下降至33℃以下，神经功能便会受到抑制且知觉会消失。30℃以下则会引起调温系统失灵，若降至28℃，更会引起心室纤颤甚至死亡。
两个控制系统进行: (1)自动控温系统, (2) 主动控温系统。
自动控温系统
由感温器，控温中心及效应器组成，又称生理控温系统。
1)感温器: 皮肤感温器/体核感温器，分冷热两种。
2)下丘脑: 人体的主要控温中心，负责对输入的温度信号加工，并
给效应器发出控制信号。
3)效应器: 负责实施在天冷时为减少失热而进行血管收缩和颤抖，和在天
热时进行血管舒张、出汗和喘气。
a)温升效应：增加代谢活动及运动元的活动(如天寒时的颤抖寒战等)，
从而使热进入体核及肌肉；借助血管的舒缩增加中心体核到外周间
的热传导，并减少表面血流量而减少体表失热。
b)温降效应：出汗、通过汗的蒸发而散热，血管的舒张可通过增加表
面血流而有利于散热。
特殊地：人体患病下的温度变化
细菌性毒素的感染→T规定升高→下丘脑→温升效应→体温升高
服用退烧药→阻断热原体感染→使T规定回复正常。
5.热盈和热亏
热盈(heat storage)和热亏(heat debt)指的是体温升降时所吸收或放出的热量。
Q= mc?T b=mc(T b-37℃)
m: 人体质量(kg)，
c: 人体比热, c=0.83 kcal/(kg·℃)=3.5kJ/kg·K
体温升高, Q为正，热盈；体温下降, Q为负, 是热亏。
人对严寒比对酷热显然具有较大的耐受力。体温恒定对人体是非常重要的。
6.比热
比热：使1 kg生物组织材料升高1℃度所吸收的热量。
表4 - 4 正常与患有肿瘤的人体组织的比热
组织
正常组织比热
cp/(kJ·kg-1·K-1)
肿瘤组织比热
cp/(kJ·kg-1·K-1)
肝
肺前列腺肌肉皮层网状骨血液眼角膜晶状体水状液3.628~3.690
3.520
3.715
3.543
1.285
1.409
3.767
1.050
1.050
1.000
3.8
3.8
3.8
正常组织与肿瘤组织的比热是不同的。对肿瘤的致热或间质透热疗法也正是基于这一情况进行的。不同组织的比热有所不同，对于其他有关疗法有较大的参考价值。
物理化学热力学第一定律总结
热一定律总结 一、 通用公式 ΔU = Q + W 绝热： Q = 0，ΔU = W 恒容(W ’=0)：W = 0，ΔU = Q V 恒压(W ’=0)：W =-p ΔV =-Δ(pV )，ΔU = Q -Δ(pV ) → ΔH = Q p 恒容+绝热(W ’=0) ：ΔU = 0 恒压+绝热(W ’=0) ：ΔH = 0 焓的定义式：H = U + pV → ΔH = ΔU + Δ(pV ) 典型例题：3.11思考题第3题，第4题。 二、 理想气体的单纯pVT 变化 恒温：ΔU = ΔH = 0 变温： 或 或 如恒容，ΔU = Q ，否则不一定相等。如恒压，ΔH = Q ，否则不一定相等。 C p , m – C V , m = R 双原子理想气体：C p , m = 7R /2, C V , m = 5R /2 单原子理想气体：C p , m = 5R /2, C V , m = 3R /2 典型例题：3.18思考题第2,3,4题 书2.18、2.19 三、 凝聚态物质的ΔU 和ΔH 只和温度有关 或 典型例题：书2.15 ΔU = n C V , m d T T 2 T 1 ∫ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU = nC V , m (T 2-T 1) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔU ≈ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU ≈ ΔH = nC p, m (T 2-T 1)
四、可逆相变（一定温度T 和对应的p 下的相变，是恒压过程） ΔU ≈ ΔH –ΔnRT (Δn ：气体摩尔数的变化量。如凝聚态物质之间相变，如熔化、凝固、转晶等，则Δn = 0，ΔU ≈ ΔH 。 101.325 kPa 及其对应温度下的相变可以查表。 其它温度下的相变要设计状态函数 不管是理想气体或凝聚态物质，ΔH 1和ΔH 3均仅为温度的函数，可以直接用C p,m 计算。 或 典型例题：3.18作业题第3题 五、化学反应焓的计算 其他温度：状态函数法 Δ H m (T ) = ΔH 1 +Δ H m (T 0) + ΔH 3 α β β α Δ H m (T ) α β ΔH 1 ΔH 3 Δ H m (T 0) α β 可逆相变 298.15 K: ΔH = Q p = n Δ H m α β Δr H m ? =Δf H ?(生) – Δf H ?(反) = y Δf H m ?(Y) + z Δf H m ?(Z) – a Δf H m ?(A) – b Δf H m ?(B) Δr H m ? =Δc H ?(反) – Δc H ?(生) = a Δc H m ?(A) + b Δc H m ?(B) –y Δc H m ?(Y) – z Δc H m ?(Z) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫
第一章 热力学第一定律思考题(答案)教学文案
第一章热力学第一定律 思考题 1. 下列说法中哪些是不正确的？ （1）绝热封闭系统就是孤立系统； （2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统； （3）作功又吸热的系统是封闭系统； （4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。 【答】（1）不一定正确。绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以保证系统和环境之间没有物质交换。但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有其他能量交换方式，如作功。当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的作功不能忽略，系统的状态将发生变化。 （2）正确。 （3）不正确。系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭系统。为了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换时没有功和热的发生。但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。 （4）正确。当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生，而且还有物质转移，因此是敞开系统。 2. 一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去，左、右室气体的压力达到平衡。若以全部气体作为系统，则△U、Q、W为正？为负？或为零？ 【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W = 0 ；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q = 0；根据热力学第一定律△U = Q ＋W，系统的热力学能（热力学能）变化△U = 0。 3. 若系统经下列变化过程，则Q、W、Q + W 和△U 各量是否完全确定？为什么？ （1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态； （2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态。 【答】（1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。 Q、W 都是途径依赖（path-dependent）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径，只要过程不完全确定，Q、W 的数值就可能不确定。因为Q + W =△U，只要过程始、终态确定，则△U 确定，因此Q + W 也确定。 （2）在已经给定始、终态的情况下，又限定过程为绝热过程，Q = 0，Q 确定；W =△U，W和△U 也确定。 4. 试根据可逆过程的特征指出下列过程哪些是可逆过程？ （1）在室温和大气压力（101.325 kPa）下，水蒸发为同温同压的水蒸气； （2）在373.15 K 和大气压力（101.325 kPa）下，蒸发为同温同压的水蒸气； （3）摩擦生热； （4）用干电池使灯泡发光； （5）水在冰点时凝结成同温同压的冰；
热力学第一定律教案
热力学第一定律教案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
热力学第一定律 信丰县第六中学朱永辉教学目标 1、理解物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、△U的物理意义。 2、会确定W、Q、△U的正负号。 3、理解、掌握热力学第一定律，从能量转化和转移的观点理解热力学第一定律。 4、会用△U = W + Q分析和计算问题。 5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。 6、要有能量意识，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题，明确它的优越性。 7、知道第一类永动机不可能成功的原因。 8、人类对自然规律的认识是不断深入的。 重点、难点分析 重点：能量守恒定律 难点：热力学第一定律△U = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定，这对学生是很困难的，要用收入、支出和结存的观点去分析，要抓住研究对象。 另一难点是用能量守恒的观点去分析和解决问题，它的优越性是不管中间过程细节问题，要逐渐培养学生用能量观点解题。 课时安排：一课时 课前准备： 教师：柴油机模型、电动机、电炉子、灯泡、电池、打气筒、投影仪、胶片、多媒体 学生：电动玩具、利用机械能守恒定律制成的小玩具、植物标本（如玉米粒）教学设计（教学过程） 引入新课 我们在前面学习了改变内能的两种方式：做功和热传递，即通过对物体做功或者经过热传递的过程都能改变物体内能，那么它们之间有什么数量关系呢以前我们还学
习过电能、化学能等各中形式的能，它们在相互转化的过程中遵守什么样的规律呢今天我们就来研究这些问题。 板书：第六节热力学第一定律能量守恒定律 同学们带着下列问题看课本，看到△U = W + Q 板书：（投影片） 1、一个物体，如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与物体对外做功，会引起物体内能怎样的变化？ 2、一个物体，如果外界与物体之间没有做功，那么物体吸热与放热会引起物体内能的怎样的变化？ 3、如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，W、Q、△U的正负号如何确定？ 4、W、Q、△U三者都有正负，它们的关系怎样？ 让同学们前后座四人为一小组，互相交流一下，得出正确结论。 让同学举手发言，代表自己小组发言，其他小组补充，老师给以适当点拨。 答案：（胶片给出） 1、外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少。 2、物体吸热，物体的内能增加；物体放热，物体的内能减少。 3、外界对物体做功W为正，物体对外做功W为负；物体吸热Q为正，物体放热Q 为负；物体内能增加△U为正，物体内能减少△U为负。 4、△U = W + Q 这就是热力学第一定律，它表示了功、热量跟内能改变之间的定量关系。 例：一定量的气体从外界吸收了×105J的热量，内能增加了×105J。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如果气体吸收的热量仍为×105J 不变，但是内能只增加了×105J，这一过程做功情况怎样？ 解：根据题意得出：
选修33热力学第一定律教案
第3节热力学第一定律 目标导航 1?知道热力学第一定律的内容及其表达式 2?理解能量守恒定律的内容 3?了解第一类永动机不可能制成的原因 诱思导学 1.热力学第一定律 (1).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。 其数学表达式为：AUnW+Q (2).与热力学第一定律相匹配的符号法则 能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。 (4)应用热力学第一定律解题的一般步骤： ①根据符号法则写出各已知量( W、Q、AU)的正、负； ②根据方程AJ=W+Q求出未知量； ③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。 2.能量守恒定律 ⑴.自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能； 分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。 ⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。 ⑶.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。 (4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。 (5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 (6).能量守恒定律的重要意义 第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一 般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实岀发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。 3.第一类永动机不可能制成 任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。 典例探究 例1.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8X104J的功，气体的内能减少了 1.2和5J，则下列 各式中正确的是() 4 5 4 A.W=8X 104J，AJ =1.2 XO5J，Q=4X104J 4 5 5
高中物理选修3-3热力学第一定律 能量守恒定律教案
10.3、热力学第一定律能量守恒定律 教学目的 1.认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式的运动有不同形式的能，各种形式 的能在一定条件下可以相互转化 2. 进一步掌握能的转化和守恒定律，并了解能的转化和守恒定律的意义 3．运用公式△U＝W＋Q分析有关问题并具体进行计算 教学重点热力第一定律 教学难点能量守恒 教具多媒体课件 教学过程 复习提问 问：物体做什么样的运动具有机械能？机械能转化和守恒定律的内容是什么？ 新课教学 一、热力学第一定律 分析下列特殊情况： ①如果物体只与外有热交换，没有做功，外界传给物体4J热量物体的内能增加了 多少？物体若向外界传出了4J热量，物体内能如何变化？ 结论：在没有做功情况下，物体与外界间传递热量Q，物体内能变化为△U，则△U＝Q，为了在此表达式中能反映物体对外界是吸热不是放热，作出规定：吸热Q 取正值，放热Q取负值，由此可知：物体吸热，内能增加，放热，内能减少。 ②如果物体和外界不发生热交换，当外界对物体做了10J功，物体内能增加了多 少？当物体对外做了10J功，物体内能又如何变化？ 结论：在无热交换情况下，△U＝W（对外做功时，W取负值） ③如果物体内能在改变的过程中，既有热传递又有做功，例如外界对物体做了10J 的功，同时物体吸收4J热量，物体的内能如何变化？ ④又如，外界对物体做10J功，物体放热4J物体内能又如何变化？又物体对外界 做了10J功，物体吸热4J，物体放热4J物体内能又如何变化？ 综上所述： 在能的转化转移过程中，一个物体，如果没有吸收热量也没有放出热量，那么外界对它做多少功它的内能就增加多少；如果它既没有对外做功，外界也没有对其做功，则它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少。 用△U表示物体内能的增量，用Q表示吸收的热量，用W表示外界对物体所做的功，那么：△U＝Q＋W 上式就是热力学第一定律。 ［例］一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J，外界对物体做了多少功？
热力学第二定律 概念及公式总结
热力学第二定律 一、 自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程） 一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。 二、 热力学第二定律 1. 热力学的两种说法： Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化 Kelvin ：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化 2. 文字表述： 第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功） 功 热 【功完全转化为热，热不完全转化为功】 （无条件，无痕迹，不引起环境的改变） 可逆性：系统和环境同时复原 3. 自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程） 特征：（1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3）对环境做功，可从自发过程获得可用功 三、 卡诺定理（在相同高温热源和低温热源之间工作的热机） ηη≤ηη （不可逆热机的效率小于可逆热机） 所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同，且与工作物质无关 四、 熵的概念 1. 在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：ηηηη+η ηηη=η 任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关 热温商具有状态函数的性质 ：周而复始 数值还原 从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数 2. 热温商：热量与温度的商 3. 熵：热力学状态函数 熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量 ηη ：起始的商 ηη ：终态的熵 ηη=(ηηη)η （数值上相等） 4. 熵的性质： （1）熵是状态函数，是体系自身的性质 是系统的状态函数，是容量性质 （2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和 （3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变 （4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量 （5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性 （6）在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变 （7）在任何一个隔离系统中，若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。若系统已处于平衡状态，则其中的任何过程一定是可逆的。 五、克劳修斯不等式与熵增加原理 不可逆过程中，熵的变化量大于热温商 ηηη→η?(∑ηηηηηηη)η>0 1. 某一过程发生后，体系的热温商小于过程的熵变，过程有可能进行不可逆过程 2. 某一过程发生后，热温商等于熵变，则该过程是可逆过程
热力学第一定律--说课稿--教案
热力学第一定律--说 课稿--教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE 表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。 一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即W+Q=ΔE 上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。 2．其他形式的能也可以和内能相互转化 （1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。 （2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映幻灯片） ①电炉取暖：电能→内能 ②煤燃烧：化学能→内能 ③炽热灯灯丝发光：内能→光能 （3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析： 3．能量守恒定律 大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。 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；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。 在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。 4．永动机不可能制成 历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。 5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算 例题：用铁锤打击铁钉，设打击时有80％的机械能转化为内能，内能的50％用来使铁钉的温度升高。问打击20次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1.2kg，铁锤打击铁钉时的速度是10m/s，铁钉质量是40g，铁的比热是5.0×102J/（kg·℃）。 首先让学生分析铁锤打击铁钉的过程中能量的转化。 归纳学生回答结果，指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉吸收，使它的温度升高。如果用ΔE表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M和m 表示，铁锤打击铁钉时的速度用v表示。依据能的转化和守恒定 律，有 铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的，因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量，这热量就是铁钉的内能增加量。因此有 Q=cmΔt 上式中c为铁钉的比热，Δt表示铁钉的温度升高量。将上面两个
热力学定律(教案)
热力学定律 【知识点一】热力学第一定律及其应用 1．公式：ΔU＝Q＋W. 2．注意各物理量符号和理想气体的特点 (1)各物理量符合的意义 ①只有绝热过程Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能的变化． ②只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热、放热情况可判断内能的变化． ③若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反．大小相等，因此判断内能变化问题一定要全面考虑． ④对于气体，做功W的正负一般要看气体体积变化，气体体积缩小，W>0；气体体积增大，W<0. 【知识点二】热力学第二定律及其应用 1．热力学第二定律的几种表现形式 (1)热传递具有方向性 两个温度不同的物体进行接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，来产生其他影响或引起其他变化． (2)气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体． (3)机械能和内能的转化过程具有方向性 物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．
(4)气体向真空膨胀具有方向性 气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回，使容器变为真空． 2．深刻理解热力学第二定律的内涵 掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质，即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明．凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．本章对热力学第二定律的表述很多，这些不同形式的表述都是等价的． 【知识点三】能源与可持续发展 (1)能量耗散：一切能量最终要转化成不可回收的能量． (2)环境污染：温室效应，酸雨，光化学烟雾． (3)开发新能源：太阳能，生物质能，风能，水能等． 【例1】(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( ) A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变 B．若气体的温度不断升高，其压强也一定不断增大 C．若气体温度升高 1 K，其等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量 D．在完全失重状态下，气体的压强为零 E．当气体温度升高时，气体的内能一定增大 ACE[一定质量的理想气体的内能与温度有关，若气体的压强和体积都不变， 则温度不变，其内能也一定不变，A正确；由pV T ＝C知，气体的温度不断升高， 压强不一定增大，B错误；根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W，气体温度升高1 K，ΔU相同，等容过程W＝0，等压过程，体积增大，则W<0，故等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量，C正确；气体的压强是由于分子频繁撞击器壁而产生的，与是否失重无关，D错误；温度升高，理想气体的内能一定增大，E正确．]
热力学第一定律主要公式
热力学第一定律主要公式 1.?U 与?H 的计算 对封闭系统的任何过程 ?U=Q+W 2111()H U p V pV ?=?-- (1) 简单状态变化过程 1) 理想气体 等温过程 0T U ?= 0T H ?= 任意变温过程 ,21()V m U nC T T ?=- ,21()p m H nC T T ?=- 等容变温过程 H U V p ?=?+? (V U Q ?=) 等压变温过程 p U Q p V ?=-? ()p H Q ?= 绝热过程 ,21()V m U W nC T T ?==- ,21()p m H nC T T ?=- 2)实际气体van derWaals 气体等温过程 2 1 211U n a V V ?? ? ??? ?=- 2 22111 211()H U pV n a p V pV V V ?? ? ??? ?=?+?=-+- (2) 相变过程 等温等压相变过程 p tra H Q ?= (p Q 为相变潜热) p tra tra U Q p V ?=-? (3)无其她功的化学变化过程
绝热等容反应 0r U ?= 绝热等压反应 0r H ?= 等温等压反应 r p H Q ?= r r U H p V ?=?-? 等温等压凝聚相反应 r r U H ?≈? 等温等压理想气体相反应 ()r r U H n RT ?=?-? 或 r r B B H U RT ν?=?-∑ 由生成焓计算反应热效应 f ()(,)r m m B B H T H T B θθν?=?∑ 由燃烧焓计算反应热效应 c ()(,)r m m B B H T H T B θν?=-?∑ 由键焓估算反应热效应 ,,()(,(i m i i m i i i H T n H T n H ?=??∑∑反应物）-生成物） 式中:i n 为i 种键的个数;n i 为i 种键的键焓。 不同温度下反应热效应计算 2 1 21()()d T r m r m r p T H T H T C T ?=?+?? 2、体积功W 的计算 任意变化过程 W= d e p V -∑ 任意可逆过程 2 1 W= d V V p V -? 自由膨胀与恒容过程 W=0 恒外压过程 21()e W p V V =-- 等温等压→l g 相变过程(设蒸气为理想气体) 1()g g g W p V V pV n RT =--≈-=- 等温等压化学变化 ()W p V n RT =-?=? (理想气体反应) 0W ≈ (凝聚相反应) 理想气体等温可逆过程
《热力学第一定律》教学设计教案
《热力学第一定律》 课题：热力学第一定律 科目：物理教学对象：高二选用教材：人教版选修3-3第十章第3节教师：师范班林琬晴 一、教学内容分析 本节内容选自人教版选修3-3第十章《热力学定律》的第3节《热力学第一定律能量守恒定律》。 从教材结构上来看，本章从研究绝热过程中功和内能关系开始，到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系，逐步剖析功、热量以及内能三者之间的关系，引出了热力学第一定律以及能量守恒定律的内容（能量守恒定律在人教版必修2第七章第10节已学习，因此并未在本课的设计范围内）。在学习了守恒律后，学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性，认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律。 从课程标准来看热力学第一定律在高考中是I级要求，了解其内容及含义并且能进行简单运用即可。热力学第一定律为同学们建立了“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”这一图像，是高中教学的重点但非难点。 从教材内容来看，教材的思路是从焦耳的实验出发得到“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”的观念，从而总结出的规律，进而推广得到能量守恒定律，并介绍永动机的不可能性。而本节课的教学设计是在教材的基础上，用一个新颖的实验作为引入，承接原来学过的“单纯做功／热传递改变系统内能”引出“做功与传热在改变系统内能方面的等价性”，激发学生乐趣，有助学生理解物理图像。 从功能上讲，学习热力学第一定律完善了学生对于能量及其规律的知识体系，且让学生能更深一步了解热与内能，并且为下一节学习熵的原理打下基础。 二、教学目标 物理观念1.能够从能量转化的角度理解热力学第一定律的形式和内涵。 2.理解、掌握能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析物理现象， 明确其优越性。 3.了解第一类永动机不能制成的原因。 科学思维会用解决一些简单的问题。了解建立热力学第一定律的
选修3-3热力学第一定律教案
热力学第一定律学习目标 1．知道热力学第一定律的内容及其表达式 2．理解能量守恒定律的内容 3．了解第一类永动机不可能制成的原因 自主学习 一、功和内能 1.什么样的过程叫绝热过程? 2.焦耳的实验说明了什么问题？ 3.写出内能的定义。 4.内能的增加量与外界对系统所做的功有何关系？ 二、热和内能 1.内能的增加量与外界向系统传递的热量有何关系？ 2.做功和热传递在改变系统的内能上有何区别？ 三、热力学第一定律 1.写出热力学第一定律的内容及其表达式。 2.写出能量守恒定律的内容。 3.第一类永动机不可能制成的原因是什么？
预习自检： 1、在下述各种现象中，不是由做功引起系统温度变化的是（） A、在阳光照射下，水的温度升高 B、用铁锤不断捶打铅块，铅块的温度会升高 C、在炉火上烧水，水的温度升高 D、电视机工作一段时间，其内部元件温度升高 2、如图所示，活塞将汽缸分为甲、乙两室，汽缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且不漏气，以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在拉杆缓缓向外拉的过程中（） A、U甲不变，U乙减小 B、U甲增大，U乙不变 C、U甲增大，U乙减小 D、U甲不变，U乙不变 3、如图所示，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩气体遽然变热，温度升高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明（） A、对物体做功可以增加物体的热量 B、对物体做功可以改变物体的内能 C、对物体做功一定会升高物体的温度 D、做功一定会增加物体的 4、关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有（） A、热水的内能比冷水的内能大 B、温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C、在热传递过程中，内能大的物体其内能将减少，内能小的物体其内能将增加，直到两物体的内能相等 D、热量是热传递过程中内能转移量的量度 5、下列关于物体的温度、内能和热量的说法中正确的是（） A、物体的温度越高，所含热量越多 B、物体的内能越大，热量越多 C、物体的温度越高，它的分子热运动的平均动能越大 D、物体的温度不变，其内能就不变化 6、假设在一个完全密封绝热的室内，放一台打开门的电冰箱，然后遥控接通电源，令电冰箱工作一段较长的时间后再遥控断开电源，等室内各处温度达到平衡时，室内气温比接通电源前是( ) A、一定升高了 B、一定降低了 C、一定不变 D、可能升高，可能降低，也可能不变 课内探究 一、热力学第一定律 一定质量的气体，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，气体内能的变化量是多少？内能是增加了还是减少了？ 请你通过这个例子总结ΔU、W、Q几个量取正、负值的意义。 例1.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是（）
热力学第一定律主要公式
热力学第一定律主要公式 １.U 与Ｈ得计算 对封闭系统得任何过程 U=Q+Ｗ (1) 简单状态变化过程 1) 理想气体 等温过程 任意变温过程 等容变温过程 () 等压变温过程 绝热过程 2)实际气体ｖａn derWa ａls 气体等温过程 222111211()H U pV n a p V pV V V ?? ? ????=?+?=-+- (2) 相变过程 等温等压相变过程 （3)无其她功得化学变化过程 绝热等容反应
绝热等压反应 等温等压反应 等温等压凝聚相反应 等温等压理想气体相反应 或 由生成焓计算反应热效应 由燃烧焓计算反应热效应 由键焓估算反应热效应 ,,()(,(i m i i m i i i H T n H T n H ?=??∑∑反应物）- 生成物） 式中:为种键得个数；为种键得键焓。 不同温度下反应热效应计算 2、体积功Ｗ得计算 任意变化过程 任意可逆过程 自由膨胀与恒容过程 W=0 恒外压过程 等温等压相变过程(设蒸气为理想气体) 等温等压化学变化 (理想气体反应） (凝聚相反应） 理想气体等温可逆过程 理想气体绝热过程
,212122111()()()11 V m nR W U nC T T T T p V pV γγ=?=-= -=--- 理想气体多方可逆过程 van ｄｅr W ａal ｓ 气体等温可逆过程 3、Q 得计算 (1)简单状态变化过程 等压变温过程 等压变温过程 （2） 等温等压相变过程 Joule-Ｔｈｏｍson 系数 表示节流膨胀后温度升高。 表示节流膨胀后温度不变（理想气体得)，时得温度成为倒转温度; 表示节流膨胀后温度降低(常用于气体得液化)；表示节流膨胀后温度升高。
热力学第一定律说课
《热力学第一定律能量守恒定律》 一、说教材 本节内容是在前面学习分子动理论及物体内能的知识的基础上，及对物体内能的改变的进一步量化研究而进行编写的，得出了热力学第一定律，并归纳得出了能量守恒定律。 热力学第一定律是热学中的一个重要定律，而能量守恒定律是整个物理学的一个重要定律。因此本节课的教学重点是：1. 热力学第一定律的教学；2.能量守恒定律的教学。教学难点是： 1. 热力学第一定律的应用；2是能量守恒定律的应用。 二、教学目标的确定 根据以上分析可知，通过本节课的教学，应使学生理解热力学第一定律，掌握定律中各物理量正负号的确定，会运用热力学第一定律解决一些实际问题，理解并会运用能量守恒定律分析解决一些实际问题。 三、说学情 我校生源教差，学生基础普遍不好，对抽象事物的理解能力极弱，多数学生存在厌学情绪。 四、说教法 鉴于我班学生的实际情况，又由于热力学第一定律是教学的重点及难点，因此我将利用教学的相当多的时间来进行热力学第一定律的教学，具体来说△U=W+Q中各物理量的意义及正负号的确定对学生来讲是很困难的，在教学中我计划用收入、支出
和结存的观点去分析，以通俗易懂的语言来阐述；对于能量守恒定律的教学，我计划调动学生相互讨论自然界中的各种能量间的转化，分析得出能量守恒定律。 五、教学流程设计 1. 引入新课 我们在前面学习了改变内能的两种方法：做功和热传递，即通过对物体做功或者经过热传递的过程都能改变物体内能，即由做功和热传递均能改变物体的内能入手，提出“它们间有何数量关系”的设问来引入热力学第一定律。再以“以前学习过的电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么样的规律”来引入能量守恒定律。 2. 新课教学 （1）热力学第一定律 通过投影给出一些简单的问题： 1. 一个物体，如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与物体对外界做功，会引起物体内能怎样的变化 2. 一个物体，如果它跟外界之间没有做功，那么物体吸热与放热会引起物体内能怎样的变化 3. 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，△U、W、Q的正负号如何确
第二章_热力学第一定律课堂练习
第二章 热力学第一定律课堂练习 一、判断下列说法正误 1、当系统的状态一定时，所有的状态函数都有确定的数值。当系统的状态发生变化时，所有的状态函数的数值也都随之发生变化。（ x ） 2、体积是广度性质的状态函数，在有过剩NaCl(s)存在的饱和水溶液中，当温度一定时，系统体积与系统中的水和NaCl 的总量成正比。（ x ） 3、一定量的理想气体当热力学能与温度确定后，则所有的状态函数也完全确定。（ x ） 4、系统的温度升高则一定从环境吸热，系统的温度不变则一定不与环境换热。（x ） 5、因Qp=△H ，Qv=△U ，所以Qp 、Qv 都是状态函数。（ x ） 6、对一定量的理想气体，当温度一定时，U 与H 的值一定，其差值也一定。（ y ） 7、在101.325 KPa 下，1mol 100℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸汽，若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程△U ＝0。（ y ） 8、1mol 水在101.325 KPa 下由25℃升至120℃，则该过程的△H ＝dT l O H C m p )(215.39315.298.，?。（ y ） 9、若一个过程的每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。（ y ） 10、1mol 理想气体经绝热不可逆过程由P 1、V 1 变到P 2、V 2，则系统所做的功为：1V P W 1122－－＝ γV P ，γ为热容比，即m v m p C ..C ＝γ。（ y ） 11、理想气体经绝热自由膨胀后温度不变。（y ） 12、因理想气体的热力学能与体积、压力无关，所以① (P U ??)V = 0、 ② (V U ??)P = 0。（ y ） 13、当系统向环境传热时，系统的热力学能一定减少。（ x ） 14、等压下，机械搅拌绝热容器中的液体使其温度上升，则Qp=△H=0。（ y ） 15、隔离系统的热力学能是守恒的。（ y ） 16、卡诺循环是可逆循环，当系统经历一卡诺循环后，不仅系统复原了，而且环境也复原。（x ） 17、25℃时H 2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H 2O(g)的标准摩尔生成焓。（ x ） 18、临界温度是实际气体能够被液化的最高温度。（ y ） 19、在临界点，饱和气体和饱和液体具有相同的T 、P ，所以它们具有相同的Vm 。（ x ） 20、dU=nCv.mdT 这个公式对一定量的理想气体的任何PVT 过程均适用。（ x ） 二、选择题 1、某系统经历一不可逆循环后，下列关系式中不能成立的是： d A 、Q ＝0 B 、△Cp ＝0 C 、△U ＝0 D 、△T ＝0 2、焓是系统的状态函数，定义为H ＝U ＋PV 。若系统发生状态变化时，则焓的变化为： △H=△U ＋△(PV)。式中△(PV)的含义是： c A 、△(PV)=△P △V B 、△(PV)= P 2V 2－P 1V 1 C 、△(PV)=P △V ＋V △P D 、△(PV) = P 2(V 2－V 1) 3、一定量的理想气体从P 1、V 1、T 1 分别经(1)绝热可逆膨胀到P 2、V 2、T 2；(2)绝热恒外压膨胀到P ′2、V ′2、T ′2。若P 2＝P ′2，则：
高考物理一轮总复习第十三章第三讲热力学定律与能量守恒定律教案
第三讲热力学定律与能量守恒定律 一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递． 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. (3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则： 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，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是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． 2．条件性 能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的． 3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律． 三、热力学第二定律 1．热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体． (2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响或表述为“第二类永动机是不可能制成的”． 2．用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小． 3．热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行． 4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律． [小题快练]
1．判断题 (1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质是相同的．( × ) (2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变．( × ) (3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热．( × ) (4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．( √ ) 2．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程( B ) A．气体从外界吸收热量2.0×105 J B．气体向外界放出热量2.0×105 J C．气体从外界吸收热量6.0×104 J D．气体向外界放出热量6.0×104 J 3．(多选)对热力学第二定律，下列理解正确的是( BD ) A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的 B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的 C．热量不可能由低温物体传递到高温物体 D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的 考点一热力学第一定律 (自主学习) 1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，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，即ΔU＝Q＋W. 2．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量． (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量． (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． 1－1.[热力学第一定律的理解] (多选)(2015·广东卷)图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气( )
热力学第一定律 说课稿 教案
热力学第一定律能量守恒定律 一、教材分析 前面学习的焦耳实验结果表明，在系统状态发生改变时，只要初末状态确定了，做功的数量或者热传递的数量就是确定的。而且，热功当量的测量结果表明，做功和热传递在改变内能上是等价的。从而得出热力学第一定律的数学表达式。又通过实例对表达式中物理量取值的正负意义进行了讨论。接着，讲述了能量守恒定律的确立。它具有重大的理论意义和实践意义。它对于制造永动机的不可能实现，给予了科学上的最后判决。 二、三维目标 知识与技能： 1、理解热力学第一定律。 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。 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。 4、通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性。 5、知道第一类永动机是不能实现的。 过程与方法： 能够得出热力学第一定律，并会应用。 情感态度与价值观： 通过学习能量守恒定律的得出过程，学习科学家的探索精神 二、教学重点难点 重点：热力学第一定律 难点：能量守恒定律 四、学情分析 由于热力学第一定律是教学的重点及难点，因此应利用教学的相当多的时间进行热力学第一定律的教学，具体说△U=W+Q中各物理量的意义及正负号的确定对学生讲是很困难的，以通俗易懂的语言阐述；对于能量守恒定律的教学，调动学生相互讨论自然界中的各种能量间的转化，分析得出能量守恒定律。 五、教学方法 自主阅读与思考、精讲精练 六、课前准备 七、课时安排1课时 八、教学过程
（一）预习检查、总结疑惑 （二）情景引入、展示目标 焦耳的实验表明：只要系统初末状态是确定的，所需做功数量就是确定的。 另一方面，热功当量实验表明做功和热传递是等价的 （三）合作探究、精讲点播 1.热力学第一定律 （1）.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。 其数学表达式为：ΔU=W+Q （2）.与热力学第一定律相匹配的符号法则 ⑶.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。 (4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。 (5). 能量守恒定律的重要意义 第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。 3.第一类永动机不可能制成
热力学第一定律习题及答案
热力学第一定律习题 一、单选题 1) 如图，在绝热盛水容器中，浸入电阻丝，通电一段时间，通电后水及电阻丝的温度均略有升高，今以电阻丝为体系有：( ) A. W =0，Q <0，U <0 B. W <0，Q <0，U >0 C. W <0，Q <0，U >0 D. W <0，Q =0，U >0 2) 如图，用隔板将刚性绝热壁容器分成两半，两边充入压力不等的空气(视为理想气体)，已知p右> p左，将隔板抽去后: ( ) A. Q＝0, W ＝0, U ＝0 B. Q＝0, W <0, U >0 C. Q >0, W <0, U >0 D. U ＝0, Q＝W0
3）对于理想气体，下列关系中哪个是不正确的：( ) A. (U/T)V＝0 B. (U/V)T＝0 C. (H/p)T＝0 D. (U/p)T＝0 4）凡是在孤立孤体系中进行的变化，其U 和H 的值一定是：( ) A. U >0, H >0 B. U ＝0, H＝0 C. U <0, H <0 D. U ＝0，H 大于、小于或等于零不能确定。 5）在实际气体的节流膨胀过程中，哪一组描述是正确的: ( ) A. Q >0, H＝0, p < 0 B. Q＝0, H <0, p >0 C. Q＝0, H ＝0, p <0 D. Q <0, H ＝0, p <0 6）如图，叙述不正确的是：( ) A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小 B.H1表示无限稀释积分溶解热 C.H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热 D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热 7）H＝Q p此式适用于哪一个过程: ( ) A.理想气体从101325Pa反抗恒定的膨胀到 B.在0℃、101325Pa下，冰融化成水 C.电解CuSO4的水溶液 D.气体从(298K，101325Pa)可逆变化到(373K， ) 8) 一定量的理想气体，从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态，终态体积分别为V1、V2。( ) A. V1 < V2 B. V1 = V2 C. V1 > V2 D. 无法确定