【步步高 学案导学设计】2014-2015学年高中物理 第十章 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律课时作业 新人教版选修3-3

《热力学第一定律与能量守恒定律》 热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是物理学中的基本原理之一，对于理解自然界中能量转换和传递的过程至关重要。该定律指出，一个热力学系统的内能增量等于系统从外界吸收的热量（Q）与外界对系统所做的功（W）的和。数学表达式为 ΔU = Q + W。这里的ΔU代表内能的变化，正负号的规则是：如果外界对系统做功，W为正；反之，系统对外界做功，W为负。同样，系统吸热时Q为正，放热则Q为负。若系统内能增加，ΔU为正，反之，内能减少则ΔU为负。 能量守恒定律阐明了能量既不能被创造，也不能被消灭，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一个物体。无论是通过机械、热、电、光还是其他形式，能量在转化或转移过程中总量始终保持不变。这一原理揭示了第一类永动机是不可能实现的，因为这种机器试图无中生有地创造出能量，违反了能量守恒定律。 在实际应用中，例如在热力学过程中，物体可能同时经历做功和热交换，内能的变化取决于这两个因素的综合效果。例如，物体吸收热量并对外做功，其内能可能保持不变，也可能增加或减少，这取决于热量和做功的具体数值。在某些封闭系统中，如气体膨胀过程，虽然体积增大，但如果对外做功的同时吸收热量，其内能仍然可能增加。 能量守恒定律的应用广泛，包括在能源转换和动力设备的工作原理中。例如，尼亚加拉瀑布的水能发电就是一个很好的例子，水的势能转化为动能，进而通过发电机转化为电能。在计算发电效率时，需要考虑瀑布的流量、落差以及转换效率等因素。 掌握热力学第一定律和能量守恒定律的概念和应用，是理解和解决热力学问题的关键。在解决实际问题时，我们需要考虑工作、热量和内能变化三者之间的关系，并且注意区分各种能量形式的转换。通过练习题的解答，我们可以深入理解这些概念，并运用到实际问题中去。 例如，气体状态变化问题，如果保持压强恒定，体积膨胀，那么气体一般会从外界吸收热量，内能增加。而当气体状态从A变化到B时，体积可能变大也可能变小，但根据热力学第一定律，内能变化取决于做功和热交换的综合效应，不一定只与体积变化有关。同样，系统内能的增量不仅取决于吸热和放热，还取决于外界对系统的做功情况。 热力学第一定律和能量守恒定律是物理学的基础，它们揭示了自然界中能量流动的本质，帮助我们理解和预测各种物理现象，同时也为我们提供了分析和解决问题的有效工具。在学习和应用这些定律时，需要深入理解并灵活运用，才能解决复杂的问题。