第 3節(jié) 熱 力 學 第 一 定 律 能 量 守 恒 定 律 改 變 內(nèi) 能 的 兩 種 方 式做 功 熱 傳 遞對 內(nèi) 對 外 吸 熱 放 熱內(nèi) 能 增 加 內(nèi) 能 增 加 內(nèi) 能 減 少內(nèi) 能 減 少（ 外 界 對 物 體做 功 ） （ 物 體 對 外 界做 功 ） （ 物 體 從 外 界吸 熱 ） （ 物 體 對 外 界放 熱 ） WU QU 絕 熱 過 程WU 僅 傳 熱 過 程QU 如 果 物 體 在 跟 外 界 同 時 發(fā) 生 做 功 和 熱 傳 遞 的 過 程 中 ，內(nèi) 能 的 變 化 U與 熱 量 Q及 做 的 功 W之 間 又 有 什 么 關 系 呢 ？ 一 、 熱 力 學 第 一 定 律1、 表 述 ： 一 個 熱 力 學 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 增 量 等 于 外 界 向 它 傳 遞 的 熱 量 與外 界 對 它 所 做 的 功 的 和 .3、 意 義 ： 熱 力 學 第 一 定 律 反 映 了 功 、 熱 量 跟 系 統(tǒng) 內(nèi) 能 改 變 之 間 的定 量 關 系 .2、 數(shù) 學 表 達 式 ： U= Q +W 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U 內(nèi) 能 增 加 內(nèi) 能 減 少U = W + Q 1.一 定 量 的 氣 體 ， 從 外 界 吸 收 熱 量 2.7 105J,內(nèi) 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=+2.7105J U=+4.3105JUW + Q得： W=1.6105J 0 即 外 界 對 氣 體 做 功 4.解 題 的 一 般 步 驟(1)寫 出 各 已 知 量 (W、 Q、 U)(注 意 正 、 負 )(3)再 根 據(jù) 未 知 量 結(jié) 果 的 正 、 負 來 確 定 吸 、 放 熱 或 做 功 情 況 (2)根 據(jù) 方 程 U W Q 求 出 未 知 量 練 一 練1.空 氣 壓 縮 機 在 一 次 壓 縮 中 ， 空 氣 向 外 界 傳 遞 的 熱 量 2.0 105J， 同 時 空 氣 的 內(nèi) 能 增 加 了 1.5 105J. 這 時 ， 在 壓 縮 空氣 的 過 程 中 ， 外 界 對 空 氣 做 了 多 少 功 ？由 熱 力 學 第 一 定 律 U = Q + W 知 ：W= U Q = +1.5 105J -（ - 2.0 105J） = +3.5 105J0所 以 此 過 程 中 外 界 對 空 氣 做 了 3.5 10 5J的 功 Q0 1、 內(nèi) 容 ： 能 量 既 不 會 憑 空 產(chǎn) 生 ， 也 不 會 憑 空 消 失 ， 它 只 能 從 一 種 形式 轉(zhuǎn) 化 為 另 一 種 形 式 ， 或 者 從 一 個 物 體 轉(zhuǎn) 移 到 別 的 物 體 ， 在 轉(zhuǎn) 化 或 轉(zhuǎn)移 的 過 程 中 其 總 量 保 持 不 變 2、 能 量 守 恒 定 律 的 歷 史 意 義 能 的 轉(zhuǎn) 化 和 守 恒 定 律 是 19世 紀 自 然 科 學 中 三 大 發(fā) 現(xiàn) 之 一 ， 也 莊 嚴宣 告 了 永 動 機 幻 想 的 徹 底 破 滅 .二 、 能 量 守 恒 定 律 2.水 平 馬 路 上 行 駛 的 汽 車 ， 在 發(fā) 動 機 熄 火 后 ， 速 度 越 來 越 慢 ，最 后 停 止 .這 一 現(xiàn) 象 符 合 能 的 轉(zhuǎn) 化 和 守 恒 定 律 嗎 ？ 如 果 符 合 ,汽 車 失 去 的 動 能 變 成 了 什 么 ？符 合 能 的 轉(zhuǎn) 化 和 守 恒 定 律地 面 、 輪 胎 的 內(nèi) 能動 能 2 第 一 類 永 動 機 違 反 了 什 么 而 不 能 制 成 ( )A 違 反 了 熱 力 學 第 一 定 律B 違 反 了 機 械 能 守 恒 定 律C 違 反 了 能 量 守 恒 定 律D 以 上 說 法 都 不 對第 一 類 永 動 機 不 可 制 成 是 因 為 它 違 背 了 能 量 守 恒 定 律C 小 結(jié) ：1、 熱 力 學 第 一 定 律 ： U = W + Q 2、 能 量 守 恒 定 律 ：能 量 既 不 會 憑 空 產(chǎn) 生 ， 也 不 會 憑 空 消 失 ， 它 只 能 從一 種 形 式 轉(zhuǎn) 化 為 另 一 種 形 式 ， 或 者 從 一 個 物 體 轉(zhuǎn) 移到 別 的 物 體 ； 在 轉(zhuǎn) 化 和 轉(zhuǎn) 移 過 程 中 其 總 量 不 變 ， 這就 是 能 量 守 恒 定 律 . 練 一 練3.如 圖 所 示 容 器 中 ， A、 B各 有 一 個 可 自 由 移 動 的 輕 活 塞 ， 活 塞 下 是 水 ，上 為 空 氣 ， 大 氣 壓 恒 定 .A、 B底 部 由 帶 有 閥 門 K的 管 道 相 連 ， 整 個 裝 置 與外 界 絕 熱 .原 先 A中 水 面 比 B中 高 ， 打 開 閥 門 ， 使 A中 的 水 逐 漸 向 B中 流 ，最 后 達 到 平 衡 .在 這 個 過 程 中 ， 下 面 說 法 正 確 的 是 ( )A 大 氣 壓 力 對 水 做 功 ， 水 的 內(nèi) 能 增 加B 水 克 服 大 氣 壓 力 做 功 ， 水 的 內(nèi) 能 減 少C 大 氣 壓 力 對 水 不 做 功 ， 水 的 內(nèi) 能 不 變D 大 氣 壓 力 對 水 不 做 功 ， 水 的 內(nèi) 能 增 加 W PSh PV 大 氣 壓 力 對 A、 B兩 管中 水 做 功 代 數(shù) 和 為 零 水 的 重 心 下 降 重 力 勢 能 減 小能 量 守恒 定 律水 的 內(nèi) 能 增 加 D 錄 像 ： 永 動 機 不 可 能 制 成 三 、 永 動 機 不 可 能 制 成 2、 永 動 機 給 我 們 的 啟 示 人 類 利 用 和 改 造 自 然 時 ， 必 須 遵 循 自 然 規(guī) 律 . 1、 第 一 類 永 動 機 概 念 ： 不 需 要 任 何 動 力 或 燃 料 ， 卻 能 源 源 不 斷 地 對 外 做 功 . 結(jié) 果 ： 無 一 例 外 地 歸 于 失 敗 . 原 因 ： 違 背 了 能 量 守 恒 定 律 . 動 畫 ： 失 敗 的 永 動 機 著 名 科 學 家 達 芬 奇 早 在 15世 紀 就 提 出 過 永 動 機 不 可 能 的 思 想 ， 他 曾設 計 過 一 種 轉(zhuǎn) 輪 ， 如 圖 所 示 .在 轉(zhuǎn) 輪 邊 沿 安 裝 一 系 列 的 容 器 ， 容 器 中 充 了 一些 水 銀 ， 他 想 水 銀 在 容 器 中 移 動 有 可 能 使 轉(zhuǎn) 輪永 遠 地 轉(zhuǎn) 動 ， 但 是 經(jīng) 過 仔 細 研 究 之 后 ， 得 出 了否 定 的 結(jié) 論 .他 從 許 多 類 似 的 設 計 方 案 中 認 識 到永 動 機 的 嘗 試 是 注 定 要 失 敗 的 .他 寫 道 ： “ 永 恒運 動 的 幻 想 家 們 ！ 你 們 的 探 索 何 等 徒 勞 無 功 ！還 是 去 做 淘 金 者 吧 ！ ” 達 芬 奇 設 想 的 永 動 機 滾 球 永 動 機 17世 紀 ， 英 國 有 一 個 被 關 在 倫 敦 塔 下 叫 馬 爾 基 斯 的 犯 人 ，他 做 了 一 臺 可 以 轉(zhuǎn) 動 的 “ 永 動 機 ” ， 如 圖 所 示 . 轉(zhuǎn) 輪 直 徑 達 4.3米 ， 有 40個 各 重 23千 克 的 鋼 球 沿轉(zhuǎn) 輪 輻 翼 外 側(cè) 運 動 ， 使 力 矩 加 大 ， 待 轉(zhuǎn) 到 高 處時 ， 鋼 球 會 自 動 地 滾 向 中 心 .據(jù) 說 ， 他 曾 向 英 國國 王 查 理 一 世 表 演 過 這 一 裝 置 .國 王 看 了 很 是 高興 ， 就 特 赦 了 他 .其 實 這 臺 機 器 是 靠 慣 性 來 維 持短 時 運 動 的 . 滾球永動機 軟 臂 永 動 機 19世 紀 有 人 設 計 了 一 種 特 殊 機 構 ， 如 圖 所 示 . 它 的 臂 可 以 彎 曲 .臂 上 有 槽 ， 小 球 沿 凹 槽 滾向 伸 長 的 臂 端 ， 使 力 矩 增 大 .轉(zhuǎn) 到 另 一 側(cè) ，軟 臂 開 始 彎 曲 ， 向 軸 心 靠 攏 .設 計 者 認 為 這樣 可 以 使 機 器 獲 得 轉(zhuǎn) 矩 .然 而 ， 他 沒 有 想 到力 臂 雖 然 縮 短 了 ， 阻 力 卻 增 大 了 ， 轉(zhuǎn) 輪 只能 停 止 在 原 地 . 軟臂永動機 阿 基 米 得 螺 旋 永 動 機 1681年 ， 英 國 有 一 位 著 名 的 醫(yī) 生 弗 拉 德 提 出一 個 建 議 ， 利 用 阿 基 米 得 螺 旋 .把 水 池 的 水 提 到 高 處 ， 再 讓 升 高 的 水 推 動 水 輪 機 ， 水 輪 機 除 了帶 動 水 磨 做 功 以 外 ， 還 可 使 阿 基 米 得 螺 旋 轉(zhuǎn) 不 斷 提 水 ， 如 此 周而 復 始 ， 不 就 可 以 無 需 擔 心 天 旱 水 枯 了 嗎 ？ 一 時 間 ， 響 應 他 的人 大 有 人 在 ， 形 形 色 色 的 自 動 水 輪 機 陸 續(xù) 提 出 ， 竟 出 現(xiàn) 了 熱 潮 . 1.水 溝 2.阿 基 米 得 螺 旋 3.水 輪 4.水 磨 阿 基 米 得 螺 旋 永 動 機 磁 力 永 動 機 大 約 在 1570年 ， 意 大 利 有 一 位 教 授 叫 泰 斯 尼 爾 斯 ， 提 出用 磁 石 的 吸 力 可 以 實 現(xiàn) 永 動 機 .他 的 設 計 如 圖 所 示 . A是 一 個 磁 石 ， 鐵 球 G受 磁 石 吸 引 可 沿 斜 面 滾上 去 ， 滾 到 上 端 的 E處 ， 從 小 洞 B落 下 ， 經(jīng) 曲面 BFC返 回 ， 復 又 被 磁 石 吸 引 ， 鐵 球 就 可 以沿 螺 旋 途 徑 連 續(xù) 運 動 下 去 .大 概 他 那 時 還 沒 有建 立 庫 侖 定 律 ， 不 知 道 磁 力 大 小 是 與 距 離 的平 方 成 反 比 變 化 的 ， 只 要 認 真 想 一 想 ， 其 荒謬 處 就 一 目 了 然 了 . 磁力永動機 就 在 一 些 人 熱 衷 于 制 造 永 動 機 的 同 時 ， 科 學 家 們 從力 學 基 本 理 論 的 研 究 中 逐 步 認 識 到 了 自 然 界 的 客 觀規(guī) 律 性 .繼 達 芬 奇 之 后 ， 斯 蒂 文 于 1568年 寫 了 一 本 靜 力 學 基 礎 ， 其 中 討 論 斜 面 上 力 的 分 解 問 題 時 ，明 確 地 提 出 了 永 動 機 不 可 能 實 現(xiàn) 的 觀 點 . 他 所 用 的 插 圖 畫 在 該 書 扉 頁 上 ， 見 圖 ， 圖 的 上 方 寫 著 ： “ 神 奇 其 實 并 不神 奇 .” 將 14個 等 重 的 小 球 均 勻 地 用 線 穿 起 組 成 首 尾 相 連 的 球 鏈 ， 放 在 斜面 上 ， 他 認 為 鏈 的 “ 運 動 沒 有 盡 頭 是 荒 謬 的 ” ， 所 以 兩 側(cè) 應 平 衡 . “神奇其實并不神奇” 如 果 說 永 動 機 的 “ 發(fā) 明 ” 對 人 類 有 點 益 處 的 話 ， 那 就 是 人 們 可 以從 中 吸 取 教 訓 ： 一 切 違 背 能 量 轉(zhuǎn) 化 與 守 恒 定 律 等 自 然 規(guī) 律 的 “ 創(chuàng)造 ” 都 是 注 定 要 失 敗 的 .親 愛 的 讀 者 ， 你 們 讀 了 這 些 發(fā) 明 永 動 機 的 故 事 有 什 么 感 想 ？ 科學 規(guī) 律 不 容 違 反 ,違 反 了 就 要 碰 壁 ,大 家 千 萬 不 要 做 那 種 徒 勞 無功 的 事 啊 ！