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第三章 熱力學定律
第1節 熱力學第一定律
1.知道做功和熱傳遞是改變系統內能的兩種方式,理解內能與功、熱量的關系。
2.理解熱力學第一定律并能運用熱力學第一定律分析和解決相關問題。
3.知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因。
問題1：幼兒園里一般都有滑梯,小朋友沿滑梯下滑時屁股常會感到發熱,這是為什么
小朋友沿滑梯下滑時克服摩擦力做功,內能增加。
如果一個物體既不吸熱也不放熱，那么，當外界對它做功時，物體內能增加，且增加量等于外界做的功。當物體對外界做功時，物體內能減少，且減少量等于物體做的功。
研究表明
問題2：“圍爐夜話”是中國古代文人認為非常有生活情趣的一種生活方式。在“圍爐”的過程中,人的身體并沒有和爐子本身發生接觸,為什么還能夠感到溫暖 現代取暖的方式主要是暖氣,暖氣和爐子在能量傳遞方面有什么相同點
人身體沒和爐子發生接觸也可以感到溫暖是因為熱量可以通過熱傳遞向外擴散,這和暖氣的散熱方式是相同的。
如果一個物體既不對外界做功，外界也不對它做功，那么當物體從外界吸熱時，物體內能增加，其增加量等于吸收的熱量；當物體向外放熱時，物體內能減少，其減少量等于放出的熱量。
研究表明
知識點一：功、熱量與內能
1.改變物體的內能的兩種方式：做功和熱傳遞
2.熱力學第一定律：
（1）定義：如果物體與外界之間同時存在做功和熱傳遞的過程,那么物體內能的改變量ΔU等于外界對物體所做的功與物體從外界吸收的熱量之和。
（2）表達式：
ΔU＝ Q + W
熱傳遞的熱量
做功
內能的改變量
（3）定律中各量的正、負號及含義
物理量 符號 意義 符號 意義
W ＋ 外界對物體做功 － 物體對外界做功
Q ＋ 物體吸收熱量 － 物體放出熱量
ΔU ＋ 內能增加 － 內能減少
ΔU = W + Q
在一切涉及熱現象的宏觀過程中，能量可以發生轉移或轉化，在轉移或轉化過程中總能量守恒。
熱力學第一定律表明：
一個物體的內能增加，必定有其他物體對它做功，或向它傳遞熱量。與此同時，對此物體做功或向它傳遞熱量的其他物體要減少等量的能量，而系統的總能量保持不變。
（4）判斷是否做功的方法
一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化。
(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W＜0。
(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W＞0。
（5）幾種特殊情況
①若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內能的增加量等于外界對物體做的功。
②若過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內能的增加量等于物體從外界吸收的熱量。
③若過程的始末狀態物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)。
例題：一定質量的氣體從外界吸收了3.5×105J的熱量，內能增加了1.2×103J。氣體對外界做功還是外界對氣體做功？做了多少功？
解：由熱力學第一定律，外界對氣體所做的功
W=ΔU-Q
=(1.2×103-3.5×105)J
=-2.3×105J
W為負值，說明氣體對外界做功2.3×103J。
生活中的熱學問題通常涉及多個過程。例如，將氣泡內的氣體視為理想氣體，氣泡在從湖底上升到湖面過程中，對外界做了0.20J的功。假設湖水溫度保持不變，此過程中的氣泡是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？氣泡到達湖面后，在其溫度上升的過程中，又對外界做了0.02J的功，同時吸收了0.05J的熱量，氣泡內氣體內能增加了多少？
解
（1）氣體溫度不變，內能不變，即ΔU=0
由Q=ΔU-W得Q=-0.20J,
氣泡上升過程放熱。
（2）到水面后，由ΔU=Q+W得
ΔU=0.05-0.02 J=0.03J
氣泡氣體內能增加了0.03J。
17世紀，有人設計了一種螺旋汲水永動機。他設想：上面水槽流出的水沖擊水輪轉動，水輪在帶動水磨轉動的同時，通過一組齒輪帶動螺旋汲水器，永不停止地把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中，這樣就可永久地使用水磨了。
知識點二：第一類永動機
1.第一類永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功
2.歷史上的永動機：
螺旋永動機
達·芬奇
滾球永動機
軟臂永動機
19世紀設計
馬爾基斯
3. 第一類永動機不可能制成的原因
第一類永動機本質上都是認為能量能無中生有地創造出來，這違背了熱力學第一定律，因而是不可能實現的。
熱力學第一定律也被表述為：
第一類永動機是不可能實現的。
1.關于系統的內能及其變化,下列說法中正確的是 （ ）
A.系統的溫度改變時,其內能必定改變
B.系統對外做功,其內能不一定改變;向系統傳遞熱量,其內能不一定改變
C.對系統做功,系統內能必定改變;系統向外傳出一定熱量,其內能必定改變
D.若系統與外界不發生熱交換,則系統的內能必定不改變
B
2.一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內能減少了1.2×105 J，則下列各式正確的是（ ）
A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
B
3. 如圖所示，一演示用的“永動機”轉輪由5根輕桿和轉軸構成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉輪轉動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復，轉輪因此能較長時間轉動。下列說法正確的是( )
A. 轉輪依靠自身慣性轉動，不需要消耗外界能量
B. 轉輪轉動所需能量來自形狀記憶合金自身
C. 轉動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高
D. 葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量
D
4.一定量的氣體，從外界吸收熱量2.7×105J,內能增加4.3×105J。在這一過程中，是氣體對外做功，還是外界對氣體做功？做了多少功？
Q=+2.7×105J
ΔU=+4.3×105J
﹀
ΔU＝W + Q
得： W=1.6×105J ＞0
即外界對氣體做功
解：

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