一、学习目标

• 区分状态量和过程量。
• 使用热力学第一定律判断符号和能量。
• 理解能量守恒与热过程方向性。

二、核心概念

功、热和内能的改变： 做功和热传递都能改变系统内能；功和热量是过程量，内能是状态量。

热力学第一定律： 系统内能变化满足 $\Delta U=Q+W$，约定外界对系统做功 $W>0$、系统吸热 $Q>0$。

能量守恒定律： 能量不会凭空产生或消失，只能转化或转移；第一类永动机违反能量守恒。

热力学第二定律： 热传导和能量转化具有方向性；不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不产生其他影响。

本章强调模型、系统、图像、实验和守恒思想。所有公式都要结合适用条件，计算统一使用国际单位，并明确矢量方向和能量流向。

三、重点知识

本章常用关系：

$$\Delta U=Q+W$$ $$Q_{\text{高}}=W+Q_{\text{低}}$$ $$\eta<100\%$$

四、知识点讲解

知识图连接本章的模型、方向和能量转化。先辨认图中的研究对象和过程，再按分节构建完整知识链。

1. 功、热和内能的改变

做功和热传递都能改变系统内能；功和热量是过程量，内能是状态量。

分析时先确定研究对象、系统边界、方向和近似条件。常用关系为：

$$\Delta U=Q+W$$

2. 热力学第一定律

系统内能变化满足 $\Delta U=Q+W$，约定外界对系统做功 $W>0$、系统吸热 $Q>0$。

分析时先确定研究对象、系统边界、方向和近似条件。常用关系为：

$$Q_{\text{高}}=W+Q_{\text{低}}$$

3. 能量守恒定律

能量不会凭空产生或消失，只能转化或转移；第一类永动机违反能量守恒。

分析时先确定研究对象、系统边界、方向和近似条件。常用关系为：

$$\eta<100\%$$

4. 热力学第二定律

热传导和能量转化具有方向性；不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不产生其他影响。

分析时先确定研究对象、系统边界、方向和近似条件。实验题需说明原理、装置、测量量、数据处理及误差来源。

五、易错点

六、例题

例题 1

系统吸热100 J，外界对其做功20 J，内能变化？

解析： $\Delta U=Q+W$。

答案： 增加120 J。

例题 2

系统对外做功50 J且绝热，内能？

解析： $Q=0,W=-50$ J。

答案： 减少50 J。

七、练习题和答案

1. 内能是状态量吗？
2. 吸热符号？
3. 外界对系统做功符号？
4. 第一类永动机违反什么？
5. 热机效率能达100%吗？

参考答案

1. 是。
2. 正。
3. 正。
4. 能量守恒。
5. 不能。