熱力學(xué)第一定律能量守恒定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】(1)能夠從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解熱力學(xué)第一定律及其公式表達(dá)，會用ΔU＝Q＋Ｗ分析和計(jì)算問題．(2)掌握能量守恒定律，理解這個定律的重要意義，會用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象．(3)能綜合運(yùn)用學(xué)過的知識，用能量守恒定律進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，分析、解決有關(guān)問題．(4)了解第一類永動機(jī)不可能制成的原因．

【學(xué)習(xí)障礙】1．理解障礙如何理解熱力學(xué)第一定律．2．解題障礙怎樣應(yīng)用熱力學(xué)第一定律；怎樣應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律進(jìn)行分析和計(jì)算有關(guān)問題．

【學(xué)習(xí)策略】1．理解障礙層析法理解熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律可分為以下三個層面來理解．(1)研究對象．熱力學(xué)第一定律研究的是功、熱量跟內(nèi)能的變化之間的定量關(guān)系．(2)定律內(nèi)容．當(dāng)物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞時，則外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q，等于物體內(nèi)能的增加ΔU，即W＋Q＝ΔU上式所表示的功、熱量跟內(nèi)能變化之間的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律．(3)各量正負(fù)號意義．在應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的時候，一定要注意W、Q的正負(fù)，外界對物體做功，W為正，物體對外界做功，W為負(fù)．物體從外界吸熱，Q為正．物體放熱，Q為負(fù)．若W與Q的代數(shù)和為正，則內(nèi)能增加，ΔU為正．若W與Q的代數(shù)和為負(fù)，則ΔU為負(fù)，表示物體內(nèi)能減少．2．解題障礙(1)程序法應(yīng)用熱力學(xué)第一定律．程序法是指在應(yīng)用某一定律、定理及公式解題時，都要按照一定的步驟來解決問題的方法．其優(yōu)點(diǎn)是：解題規(guī)范，思路清晰，便于操作．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決問題的程序?yàn)椋菏紫缺仨毭鞔_研究對象是哪個物體或哪幾個物體組成的系統(tǒng)．其次，要正確掌握符號規(guī)則：研究對象對外界做功時，Ｗ＜0；外界對研究對象做功時，W＞0；研究對象吸熱時，Q＞0；研究對象放熱時，Q＜0；研究對象內(nèi)能增大時，ΔU＞0；研究對象內(nèi)能減小時，ΔU＜0．對于已知量，必須按上述符號規(guī)則確定它們的正或負(fù)后，再代入公式；對于未知量(待求量)，可先按正號代入公式，根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正或負(fù)，確定問題的答案．［例1］氣體膨脹對外做功100J，同時從外界吸收了120J的熱量，它的內(nèi)能的變化可能是A．減小20JB．增大20JC．減小220JD．增大220J解析：研究對象為氣體．依符號規(guī)則，對外做功Ｗ＝－100J，吸收熱量Q＝＋120J．由熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J．ΔU＞0，說明氣體的內(nèi)能增加．故選項(xiàng)B正確．點(diǎn)評：在應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題時，一定要先明確誰是研究對象，并牢記符號規(guī)則，正確表示各量的數(shù)值，最后再代入表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算．(2)程序法應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律求解問題．在應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律時，一定要先弄清楚題目中涉及到了哪些形式的能．其次，分析哪些能沒變，哪些能減少了，哪些能增加了．最后，應(yīng)用能量守恒定律列出方程，代入數(shù)值進(jìn)行計(jì)算．［例2］如圖11—5—1所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B體積相等的兩部分氣體，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程中氣體吸熱Q，氣體內(nèi)能增量為ΔE，則A．ΔE＝QB．ΔE＜QC．ΔE＞QD．無法比較解析：A、B氣體開始的合重心在中線下，混合均勻后在中線且升高，所以系統(tǒng)重力勢能增大，由能量守恒知，吸收的熱量一部分增加氣體內(nèi)能，一部分增加重力勢能，所以答案應(yīng)選B．點(diǎn)評：解答該題的關(guān)鍵是搞清楚過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系．思考：若本題已知改為A的密度大，答案又如何？

學(xué)后一憶熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律是本節(jié)的重點(diǎn)．要記住ΔU＝W＋Q中各量正、負(fù)值的物理意義；熱力學(xué)第一定律是新教材新增內(nèi)容，在高考中為Ⅰ級要求．第一類永動機(jī)不可能制成，因?yàn)樗`背能量守恒定律．本節(jié)的題型有選擇題，也有填空題，有時還會是涉及相關(guān)知識的綜合計(jì)算題．破解本節(jié)題型的方法為程序法．

【同步達(dá)綱練習(xí)】1．壓縮氣體做功200J，氣體內(nèi)能增加150J，下列說法正確的是A．氣體吸熱50JB．氣體放熱50JC．氣體吸熱350JD．氣體放熱350J2．在光滑水平面上停放一木塊，一子彈水平射穿木塊，對此過程，下述說法中正確的是A．摩擦力(子彈與木塊間)對木塊做的功等于木塊動能的增加B．摩擦力對木塊做的功完全轉(zhuǎn)化為木塊的內(nèi)能C．子彈損失的機(jī)械能，等于子彈與木塊增加的內(nèi)能D．子彈損失的機(jī)械能等于木塊增加的動能和內(nèi)能之和3．永動機(jī)是不可能制成的，這是因?yàn)橛绖訖C(jī)A．不符合機(jī)械能守恒定律B．違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律C．做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當(dāng)量D．找不到合適的材料和合理的設(shè)計(jì)方案4．如圖11—5—2所示A、B是兩個管狀容器，除了管較粗的部分高低不同之外，其他一切全同．將此兩容器抽成真空，再同時分別插入兩個水銀池中．當(dāng)水銀柱停止運(yùn)動時(如圖)，問兩管中水銀的溫度是否相同?為什么?(設(shè)水銀與外界沒有熱交換．)

參考答案【同步達(dá)綱練習(xí)】1．B2．A提示：子彈損失的機(jī)械能，等于木塊增加的動能與子彈跟木塊增加的內(nèi)能的和．3．B4．不同；A管溫度略高．提示：兩管