《熱力學第一定律》高中物理人教版課件

2.熱力學第一定律3.能量守恒定律2.熱力學第一定律1一、熱力學第一定律【思考】

問題1:這個機械的動力力矩大于阻力力矩嗎?問題2:這個機械能自動地轉(zhuǎn)動下去永不停止嗎?提示:1.不大于,總動力力矩的和不大于總阻力力矩的和。2.不能,因為違反了能量守恒定律。一、熱力學第一定律2由能量守恒定律可知 ()水力發(fā)電站是使水流的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2)如果玻璃管內(nèi)部橫截面積為S,當外界熱力學溫度為T1時,空氣柱長度為l1,現(xiàn)把容器浸在熱力學溫度為T2的熱水中,空氣柱長度變?yōu)閘2,不計容器的熱脹冷縮,試求該容器球形部分內(nèi)部的容積V?；钊幱谄胶鉅顟B(tài),設(shè)此時封閉氣體壓強為p,2×105J,根據(jù)ΔU=Q+W,可得Q=ΔU-W=-1.【解析】(1)汽缸剛要離開地面時,對整體由平衡條件可知:F=mg,(6分)如圖所示,豎直放置的粗細均勻的U形管,右端封閉有5×105J,即氣體對外界做功1.自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,由分子動理論知,體積不變,氣體分子間作用力忽略不計,分子間的作用力不變,故A錯誤;根據(jù)熱力學第一定律,爆裂前氣體溫度升高,內(nèi)能增大,突然爆裂的瞬間氣體對外界做功,其內(nèi)能減少,溫度也會有所下降,故B錯誤,C正確;自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,分子平均動能增加,但并不是每一個氣體分子速率都增大,故D錯誤。(4)特別注意的就是物理量的正負號及其物理意義。力F緩慢向上拉動活塞,直至汽缸剛要離開地面,此過程中活塞未移動到汽缸口汽缸內(nèi)大量分子的平均動能增大空氣壓強和容器外空氣壓強相同,容器內(nèi)溫度低于外界溫度,則容器中空氣的若將此手表長時間放置不動,它就會停下來。W=-8×104J,ΔU=1.單位時間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積上的分子數(shù)增多【能力提升】（15分鐘·40分）由題意,氣體吸收熱量為Q=6.(2)若此過程中力F做功為W,則封閉氣體需從外界吸收多少熱量?在熱力學第一定律表達式ΔU=W+Q中,關(guān)于各個物理量的正負,下列說法正確的是 ()1.改變內(nèi)能的兩種方式:做功與_____。兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是_______。2.熱力學第一定律:(1)內(nèi)容:一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的_____與外界對它_________的和。(2)數(shù)學表達式:ΔU=____。傳熱等效的熱量所做的功Q+W由能量守恒定律可知 ()1.改變內(nèi)能的兩種方式:做功與_3二、能量守恒定律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_____為另一種形式,或者從一個物體_____到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中能量的總量_________。2.意義:(1)各種形式的能可以_________。(2)各種物理現(xiàn)象可以用_____________聯(lián)系在一起。轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變相互轉(zhuǎn)化能量守恒定律二、能量守恒定律轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變相互轉(zhuǎn)化能量守恒定律4一熱力學第一定律的應(yīng)用1.對公式ΔU=Q+W中ΔU、Q、W符號的規(guī)定:符號QWΔU+物體吸收熱量外界對物體做功內(nèi)能增加-物體放出熱量物體對外界做功內(nèi)能減少一熱力學第一定律的應(yīng)用符號QWΔU+物體吸收熱量外界對物體52.幾種特殊情況:(1)若過程是絕熱的,即Q=0,則ΔU=W,物體內(nèi)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(nèi)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(tài)物體的內(nèi)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)。2.幾種特殊情況:63.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。3.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7

【思考·討論】如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài),請在圖像基礎(chǔ)上思考以下問題:

【思考·討論】8討論:(1)在變化過程中是氣體對外做功,還是外界對氣體做功?(2)在變化過程中氣體吸熱,還是向外放熱?氣體內(nèi)能增加了,還是減少了?提示:(1)由圖可知,氣體的變化為等壓膨脹,一定是對外做功。(2)由日常經(jīng)驗可知,理想氣體在等壓膨脹過程中需要從外界吸收熱量。由蓋-呂薩克定律可知,理想氣體在等壓膨脹過程中溫度升高,內(nèi)能一定增加。討論:9【典例示范】(2019·全國卷Ⅰ)某容器中的空氣被光滑活塞封住,容器和活塞絕熱性能良好,空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同,壓強大于外界?，F(xiàn)使活塞緩慢移動,直至容器中的空氣壓強與外界相同。此時,容器中空氣的溫度______(選填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度,容器中空氣的密度________(選填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。

【典例示范】10【解析】容器與活塞絕熱性能良好,容器中空氣與外界不發(fā)生熱交換(Q=0),活塞移動的過程中,容器中空氣壓強減小,則容器中空氣正在膨脹,體積增大,對外界做功,即W<0。根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W可知:容器中空氣內(nèi)能減小,溫度降低,容器中空氣的溫度低于外界溫度。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有,又ρ=,聯(lián)立解得:ρ=。對容器外與容器內(nèi)質(zhì)量均為m的氣體,因容器中空氣壓強和容器外空氣壓強相同,容器內(nèi)溫度低于外界溫度,則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。答案:低于大于【解析】容器與活塞絕熱性能良好,容器中空氣與外界不發(fā)生熱交換11【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.一定量的氣體,從外界吸收熱量6.2×105J,內(nèi)能增加4.7×105J。則下列說法中正確的是 (

)A.氣體對外做功1.5×105J

B.外界對氣體做功1.7×105JC.氣體對外做功1.7×105J D.外界對氣體做功1.5×105J【素養(yǎng)訓(xùn)練】12【解析】選A。由題意,氣體吸收熱量為Q=6.2×105J,內(nèi)能增加了ΔU=4.7×105J,設(shè)外界對氣體做功為W,根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W得:W=ΔU-Q=4.7×105J-6.2×105J=-1.5×105J,即氣體對外界做功1.5×105J。故選A。【解析】選A。由題意,氣體吸收熱量為Q=6.2×105J,132.2019年12月1日,粵東農(nóng)批·2019球王故里五華馬拉松賽在五華粵東農(nóng)批廣場激情開跑。此次活動能圓滿舉行離不開一群可愛的志愿者,他們到了午餐時間也只是吃點自熱米飯,對于自熱米飯很多人還不是很了解,自熱米飯盒內(nèi)有一個發(fā)熱包,遇水發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生大量熱能,不需要明火,溫度可超過100℃,蓋上盒蓋便能在10～15分鐘內(nèi)迅速加熱食品。自熱米飯的蓋子上有一個透氣孔,如果透氣孔堵塞,容易造成小型爆炸。有關(guān)自熱米飯盒爆炸的說法,正確的是(

)2.2019年12月1日,粵東農(nóng)批·2019球王故里五華馬拉14A.自熱米飯盒爆炸,是盒內(nèi)氣體溫度升高,氣體分子間斥力急劇增大的結(jié)果B.在自熱米飯盒爆炸的瞬間,盒內(nèi)氣體內(nèi)能增加C.在自熱米飯盒爆炸的瞬間,盒內(nèi)氣體溫度降低D.自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,標志著每一個氣體分子速率都增大了A.自熱米飯盒爆炸,是盒內(nèi)氣體溫度升高,氣體分子間斥力急劇增15【解析】選C。自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,由分子動理論知,體積不變,氣體分子間作用力忽略不計,分子間的作用力不變,故A錯誤;根據(jù)熱力學第一定律,爆裂前氣體溫度升高,內(nèi)能增大,突然爆裂的瞬間氣體對外界做功,其內(nèi)能減少,溫度也會有所下降,故B錯誤,C正確;自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,分子平均動能增加,但并不是每一個氣體分子速率都增大,故D錯誤?！窘馕觥窟xC。自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,由分子動理16【補償訓(xùn)練】1.(多選)若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變,對外界做了0.6J的功,則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體(可視為理想氣體),下列說法正確的是 (

)A.氣體的內(nèi)能不變B.氣體體積要減小C.氣體向外界放出的熱量大于0.6JD.氣體從外界吸收的熱量等于0.6J【補償訓(xùn)練】17【解析】選A、D。溫度是分子平均動能的標志,溫度不變,則分子平均動能不變,理想氣體分子勢能不計,故在氣泡上升過程中,氣體的內(nèi)能不變,故A正確;由題意知氣泡對外界做功,則體積變大,B錯誤;由熱力學第一定律可知:W+Q=ΔU,氣體對外做功,故W=Q=0.6J,故氣體從外界吸熱,吸收的熱量Q=0.6J,故C錯誤、D正確?！窘馕觥窟xA、D。溫度是分子平均動能的標志,溫度不變,則分子182.一定量的氣體在某一過程中,外界對氣體做了8×104J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J,則下列各式中正確的是 (

)A.W=8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=4×104JB.W=8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-2×105JC.W=-8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=2×105JD.W=-8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-4×104J2.一定量的氣體在某一過程中,外界對氣體做了8×104J的19【解析】選B。因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8×104J,內(nèi)能減少,ΔU取負值,即ΔU=-1.2×105J,根據(jù)ΔU=Q+W,可得Q=ΔU-W=-1.2×105J-8×104J=-2×105J,B正確?！窘馕觥窟xB。因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8×10420二能量守恒定律的應(yīng)用1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化:(1)各種運動形式都有對應(yīng)的能:機械運動有機械能,分子的熱運動有內(nèi)能,還有電磁能、化學能、原子能等。(2)各種形式的能,通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如,利用電爐取暖或燒水,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;煤燃燒,化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;列車剎車后,輪子溫度升高,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。二能量守恒定律的應(yīng)用212.與某種運動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的。例如,物體的機械能守恒,必須是只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功;而能量守恒定律是沒有條件的,它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。2.與某種運動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的。例如,物體的機223.第一類永動機失敗的原因分析:如果沒有外界熱源供給熱量,則有U2-U1=W,就是說,如果系統(tǒng)內(nèi)能減少,即U2<U1,則W<0,系統(tǒng)對外做功是要以內(nèi)能減少為代價的。若想源源不斷地做功,就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài),在無外界能量供給的情況下是不可能的。3.第一類永動機失敗的原因分析:如果沒有外界熱源供給熱量,則23

【思考·討論】有一種所謂“全自動”機械手表,既不需要上發(fā)條,也不用任何電源,卻能不停地走下去。【思考·討論】24討論:(1)這是不是一種永動機?提示:這不是永動機。(2)如果不是,維持表針走動的能量是從哪兒來的?提示:手表戴在手腕上,通過手臂的運動,機械手表獲得能量,供手表發(fā)條做機械運動。若將此手表長時間放置不動,它就會停下來。討論:25【典例示范】下列有關(guān)能量的描述正確的是 (

)A.“又要馬兒跑得快,又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律B.工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,該過程能量不守恒C.滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,動能消失,能量不守恒D.同時做自由落體運動的物體,質(zhì)量越大,勢能減少越快,機械能減少也越快【典例示范】26【解析】選A。馬兒跑的時候需要消耗能量,而草能夠為馬兒提供能量,因此“既要馬兒跑,又要馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,故A正確;工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,損失的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,該過程能量仍守恒,故B錯誤;滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,減小的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,能量守恒,故C錯誤;同時做自由落體運動的物體,運動的快慢與質(zhì)量無關(guān),減少的勢能轉(zhuǎn)化為動能,機械能不變,故D錯誤?！窘馕觥窟xA。馬兒跑的時候需要消耗能量,而草能夠為馬兒提供能27【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.“第一類永動機”是不可能制成的,這是因為它 (

)A.不符合熱力學第一定律B.做功產(chǎn)生的熱量太少C.由于有摩擦、熱損失等因素的存在D.找不到合適的材料和合理的設(shè)計方案【解析】選A。第一類永動機是不可能制成的,因為它違背了能量守恒定律,即熱力學第一定律,故A正確,B、C、D錯誤?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】282.由能量守恒定律可知 (

)A.能量可以被消滅,也可以被創(chuàng)生B.因為能量是守恒的,所以不可能發(fā)生能源危機C.因為能量是守恒的,所以不需要節(jié)約能源D.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化【解析】選D。能量不能被創(chuàng)生,也不能被消滅,故A錯誤;能量雖然是守恒的,總量不變,但是我們可以利用的能源是有限的,故一定要注意節(jié)約能源,防止能源危機,故B、C錯誤;不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,總量不變,故D正確。2.由能量守恒定律可知 ()29【補償訓(xùn)練】1.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化,以下說法中不正確的是 (

)A.正在運轉(zhuǎn)中的電風扇是機械能變成電能B.燃燒煤是化學能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能C.電熱器是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能D.水力發(fā)電站是使水流的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋狙a償訓(xùn)練】30【解析】選A。電扇是消耗電能使風扇轉(zhuǎn)動,是將電能轉(zhuǎn)化為機械能,故A錯誤;燃燒發(fā)生化學變化,產(chǎn)生熱量,故是化學能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能,故B正確;電熱器是通電后發(fā)熱,消耗電能,產(chǎn)生熱能,故C正確;水力發(fā)電站利用水流的機械能產(chǎn)生電能,故D正確。【解析】選A。電扇是消耗電能使風扇轉(zhuǎn)動,是將電能轉(zhuǎn)化為機械能312.如圖所示,直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A和B兩部分氣體,A的密度較小,B的密度較大,抽去隔板,加熱氣體,使兩部分氣體均勻混合,設(shè)在此過程中氣體吸收的熱量為Q,氣體內(nèi)能增量為ΔU,則 (

)A.ΔU=Q

B.ΔU<QC.ΔU>Q D.無法比較2.如圖所示,直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A和B兩部分氣體,A32【解析】選B。據(jù)題意,A的密度小,B的密度大,兩氣體均勻混合后整體的重心升高,重力勢能增加,吸收的熱量一部分用來增加內(nèi)能,一部分用來增加系統(tǒng)的重力勢能,所以:ΔU<Q。故B正確?！窘馕觥窟xB。據(jù)題意,A的密度小,B的密度大,兩氣體均勻混合33【拓展例題】考查內(nèi)容:熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用【典例】(多選)如圖所示,質(zhì)量一定的活塞將一定質(zhì)量的理想氣體密封在汽缸內(nèi),活塞與汽缸壁之間無摩擦。a態(tài)時氣體溫度80℃,b態(tài)時氣體溫度是20℃。氣體從a態(tài)緩慢變到b態(tài)的過程中,大氣壓強始終保持不變,活塞保持平衡,下列說法中正確的是 (

)【拓展例題】考查內(nèi)容:熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用34A.從a態(tài)到b態(tài)的過程中外界對氣體做的功一定小于氣體向外界釋放的熱量B.a態(tài)與b態(tài)的氣體分子在單位面積上對活塞的作用力相等C.a態(tài)氣體分子的平均動能一定比b態(tài)氣體分子的平均動能大D.氣體放出的熱量等于氣體減少的內(nèi)能與活塞減少的重力勢能之和A.從a態(tài)到b態(tài)的過程中外界對氣體做的功一定小于氣體向外界釋35【解析】選A、B、C。不計分子間相互作用的勢能,溫度低內(nèi)能就小,根據(jù)熱力學第一定律知從a態(tài)到b態(tài)的過程中外界對氣體做的功一定小于氣體向外界釋放的熱量,A正確;由于壓強不變,所以a態(tài)與b態(tài)的氣體分子在單位面積上對活塞的作用力相等,B正確;溫度是平均動能的標志,所以a態(tài)氣體分子的平均動能一定比b態(tài)氣體分子的平均動能大,C正確;氣體放出的熱量=氣體減少的內(nèi)能-活塞減少的重力勢能-大氣壓力做功,D錯誤?！窘馕觥窟xA、B、C。不計分子間相互作用的勢能,溫度低內(nèi)能就36【課堂回眸】【課堂回眸】37課堂檢測·素養(yǎng)達標1.在熱力學第一定律表達式ΔU=W+Q中,關(guān)于各個物理量的正負,下列說法正確的是 (

)A.外界對物體做功時W為正,吸熱時Q為負,內(nèi)能增加時ΔU為正B.物體對外界做功時W為負,吸熱時Q為正,內(nèi)能增加時ΔU為負C.物體對外界做功時W為負,吸熱時Q為正,內(nèi)能增加時ΔU為正D.外界對物體做功時W為負,吸熱時Q為負,內(nèi)能增加時ΔU為負【解析】選C。在熱力學第一定律:ΔU=W+Q中,外界對物體做功時W為正的,物體對外界做功時W為負的;物體吸熱時Q為正的,放熱時Q為負的;內(nèi)能增加時ΔU為正的,內(nèi)能減少時ΔU為負的;故選C。課堂檢測·素養(yǎng)達標1.在熱力學第一定律表達式ΔU=W+Q中,382.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化與守恒的理解,下列說法中正確的是 (

)A.能量是守恒的,不可能消失,所以不會發(fā)生能源危機B.能量既會憑空產(chǎn)生,也會憑空消失C.能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式D.能量在轉(zhuǎn)化的過程中,能量在數(shù)量上會減少2.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化與守恒的理解,下列說法中正確的是 ()39【解析】選C。能量雖然是守恒的,總量不變,但是我們可以利用的能源是有限的,隨著可利用能源的消耗,能量可以利用的品質(zhì)降低了,所以會有能源危機,故A錯誤;根據(jù)能量守恒定律可知,能量既不會憑空消失,也不會憑空產(chǎn)生,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)移到另一個物體,在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程中,能的總量保持不變,故B、D錯誤,C正確?！窘馕觥窟xC。能量雖然是守恒的,總量不變,但是我們可以利用的403.如圖所示,一導(dǎo)熱性能良好的金屬汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體?，F(xiàn)緩慢地向活塞上倒一定質(zhì)量的沙土,忽略環(huán)境溫度的變化,在此過程中 (

)A.單位時間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積上的分子數(shù)增多B.汽缸內(nèi)大量分子撞擊汽缸壁的平均作用力增大C.汽缸內(nèi)大量分子的平均動能增大D.氣體的內(nèi)能增大3.如圖所示,一導(dǎo)熱性能良好的金屬汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣41【解析】選A。金屬汽缸導(dǎo)熱性能良好,由于熱交換,汽缸內(nèi)封閉氣體溫度與環(huán)境溫度相同,過程為等溫壓縮,壓強增大,體積減小,則單位時間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積上的分子數(shù)增多,故A正確;氣體溫度不變,溫度是分子平均動能的標志,分子平均動能不變,汽缸內(nèi)大量分子撞擊氣缸壁的平均作用力不變,故B、C錯誤;由于熱交換,汽缸內(nèi)封閉氣體溫度與環(huán)境溫度相同,保持不變,分子平均動能不變,理想氣體分子勢能忽略,故氣體內(nèi)能不變,故D錯誤?！窘馕觥窟xA。金屬汽缸導(dǎo)熱性能良好,由于熱交換,汽缸內(nèi)封閉氣42【新思維·新考向】情境:如圖為某同學設(shè)計的一個溫度計,一金屬球形容器上部有一開口的玻璃管,玻璃管內(nèi)水銀柱封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,外界大氣壓保持不變?！拘滤季S·新考向】43問題:(1)當水銀柱緩慢上升時,容器內(nèi)壁的單位面積上受到氣體分子的平均作用力________(選填“增大”“不變”或“減小”),氣體對外做功________(選填“大于”“等于”或“小于”)吸收的熱量。

(2)如果玻璃管內(nèi)部橫截面積為S,當外界熱力學溫度為T1時,空氣柱長度為l1,現(xiàn)把容器浸在熱力學溫度為T2的熱水中,空氣柱長度變?yōu)閘2,不計容器的熱脹冷縮,試求該容器球形部分內(nèi)部的容積V。問題:44【解析】(1)封閉氣體的壓強p=p0+ρgh,水銀柱的長度不變,壓強不變,容器內(nèi)壁的單位面積上受到氣體分子的平均作用力不變;水銀柱緩慢上升時,氣體體積增大,氣體對外界做功(W<0),根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,溫度一定升高,內(nèi)能增大(ΔU>0),再根據(jù)熱力學第一定律:ΔU=Q+W>0,即Q>-W>0,所以Q>|W|,即氣體對外做功小于吸收的熱量。(2)氣體初狀態(tài)體積為V1=V+l1S,溫度為T1氣體末狀態(tài)體積為V2=V+l2S,溫度為T2氣體等壓變化,根據(jù)蓋-呂薩克定律:【解析】(1)封閉氣體的壓強p=p0+ρgh,水銀柱的長度不45代入數(shù)據(jù)解得:即該容器球形部分內(nèi)部的容積為。答案:(1)不變小于(2)

代入數(shù)據(jù)解得:46課時素養(yǎng)評價九熱力學第一定律能量守恒定律【基礎(chǔ)達標】(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.關(guān)于一定質(zhì)量的氣體,下列說法正確的是 (

)A.氣體放出熱量,其內(nèi)能一定減小B.氣體對外做功,其內(nèi)能一定減小C.氣體的溫度降低,每個分子熱運動的動能一定減小D.氣體的溫度降低,分子熱運動的平均動能一定減小課時素養(yǎng)評價九熱力學第一定律能量守恒定律47【解析】選D。根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q可知,氣體放出熱量(Q<0),但氣體做功不明確,其內(nèi)能不一定減小,故A錯誤;根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q可知,氣體對外做功(W<0),但氣體和外界熱交換不明確,其內(nèi)能不一定減小,故B錯誤;氣體的溫度降低,分子的平均動能減小,但并非每個分子熱運動的動能都減小,故C錯誤,D正確?！窘馕觥窟xD。根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q可知,氣體放出熱482.如圖所示,內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置,一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在汽缸內(nèi),外界大氣壓強為p0。現(xiàn)對汽缸緩慢加熱,氣體吸收熱量Q后,體積由V1增大為V2。則在此過程中 (

)A.氣體分子平均動能增大B.氣體分子平均動能不變C.氣體分子平均動能減小D.氣體內(nèi)能變化了Q+p0(V2-V1)2.如圖所示,內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置,一定質(zhì)量的理想氣體被活49【解析】選A。氣體等壓膨脹,由體積V增大,故溫度T升高;溫度是分子熱運動平均動能的標志,溫度升高,氣體分子平均動能增大,故選項A正確,B、C錯誤;根據(jù)熱力學第一定律得:ΔU=Q+W,而W=-p0SΔL=-p0ΔV=-p0(V2-V1),所以氣體內(nèi)能變化了ΔU=Q-p0(V2-V1),故選項D錯誤?！窘馕觥窟xA。氣體等壓膨脹,由體積V增大,故溫度503.下列有關(guān)說法正確的是 (

)A.能量能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,也能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體B.既然能量守恒,所以不必擔心會發(fā)生“能源危機”C.在水平路面行駛的汽車,關(guān)閉油門后慢慢停下來,說明能量正在消失D.做功越多,物體的能量就越大3.下列有關(guān)說法正確的是 ()51【解析】選A。根據(jù)能量守恒定律可知,能量能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,也能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體,故A正確;能的轉(zhuǎn)化過程雖然符合能量守恒定律,但是在轉(zhuǎn)化過程中存在著“能量耗散”和“品質(zhì)降低”,能量向品質(zhì)低的大氣內(nèi)能轉(zhuǎn)化,不能再重復(fù)利用,因此要節(jié)約能源,故B錯誤;在水平路面行駛的汽車,關(guān)閉油門后慢慢停下來,能量不會消失,是在轉(zhuǎn)化,故C錯誤;功是能量轉(zhuǎn)化的量度,功是過程,能量是狀態(tài),做功多,說明能量轉(zhuǎn)化的多,故D錯誤?！窘馕觥窟xA。根據(jù)能量守恒定律可知,能量能從一種形式轉(zhuǎn)化為另524.一定量的理想氣體在某一過程中,從外界吸收熱量2.5×104J,氣體對外界做功1.0×104J,則該理想氣體的 (

)A.溫度降低,密度增大 B.溫度降低,密度減小C.溫度升高,密度增大 D.溫度升高,密度減小【解析】選D。由熱力學第一定律ΔU=W+Q,Q=2.5×104J,W=-1.0×104J,可知ΔU大于零,氣體內(nèi)能增加,溫度升高,A、B錯;氣體對外做功,體積增大,密度減小,C錯,D對。4.一定量的理想氣體在某一過程中,從外界吸收熱量2.5×1053外界對物體做功時W為正,吸熱時Q為負,內(nèi)能增加時ΔU為正二、非選擇題(本題共2小題,共24分?！窘馕觥?1)封閉氣體的壓強p=p0+ρgh,水銀柱的長度不變,壓強不變,容器內(nèi)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài),請在圖像基礎(chǔ)上思考以下問題:自熱米飯盒爆炸,是盒內(nèi)氣體溫度升高,氣體分子間斥力急劇增大的結(jié)果代入數(shù)據(jù)解得:改變內(nèi)能的兩種方式:做功與_____。工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,該過程能量不守恒增加,則氣體的壓強逐漸增加,故選項A錯誤;過程②氣體體積增加,則氣體對外氣體末狀態(tài)體積為V2=V+l2S,溫度為T2氣體內(nèi)能變化了ΔU=Q-p0(V2-V1),故選項D錯誤。氣體等壓膨脹,由體積V增大,故溫度T升高;溫度是分子根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W可知:容器中空氣內(nèi)能減小,溫【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點:金屬汽缸導(dǎo)熱性能良好,由于熱交換,汽缸內(nèi)封閉氣體溫度與環(huán)境溫度相同,過程為等溫壓縮,壓強增大,體積減小,則單位時間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積上的分子數(shù)增多,故A正確;氣體溫度不變,溫度是分子平均動能的標志,分子平均動能不變,汽缸內(nèi)大量分子撞擊氣缸壁的平均作用力不變,故B、C錯誤;由于熱交換,汽缸內(nèi)封閉氣體溫度與環(huán)境溫度相同,保持不變,分子平均動能不變,理想氣體分子勢能忽略,故氣體內(nèi)能不變,故D錯誤。電熱器是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能一定量的理想氣體在某一過程中,從外界吸收熱量2.2×105J,根據(jù)ΔU=Q+W,可得Q=ΔU-W=-1.九熱力學第一定律能量守恒定律【解析】(1)假設(shè)兩管中水銀面相平時右管中空氣柱長度為L2?！究偨Y(jié)提升】應(yīng)用熱力學第一定律解題的思路與步驟(1)應(yīng)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng)。(2)分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量;外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外界所做的功。(3)根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W列出方程進行求解。(4)特別注意的就是物理量的正負號及其物理意義。外界對物體做功時W為正,吸熱時Q為負,內(nèi)能增加時ΔU為正【總545.三峽水力發(fā)電站是我國最大的水力發(fā)電站。三峽水庫蓄水后,平均水位落差約為100m,用于發(fā)電的水流量約為1.0×104m3/s。如果通過水輪機以后水的動能忽略不計,水流減少的機械能有90%轉(zhuǎn)化為電能,按照以上數(shù)據(jù)估算,三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大數(shù)量級最接近(g取10m/s2) (

)A.1010W

B.108WC.107W

D.105W5.三峽水力發(fā)電站是我國最大的水力發(fā)電站。三峽水庫蓄水后,平55【解析】選A。每秒鐘水流質(zhì)量m=ρQ,每秒鐘流水的勢能Ep=mgh,每秒鐘流水轉(zhuǎn)化的電能E=90%Ep,所以三峽發(fā)電站的發(fā)電功率=0.9ρQgh=0.9×1.0×103×1.0×104×10×100W=0.9×1010W,即三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大數(shù)量級最接近1010W,故A正確,B、C、D錯誤?！窘馕觥窟xA。每秒鐘水流質(zhì)量m=ρQ,566.如圖所示容器中,A、B各有一個可自由移動的輕活塞,活塞下面是水,上面為空氣,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中的水面比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 (

)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6.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57【解析】選D。打開閥門K后,據(jù)連通器原理,最后A、B兩管中的水面將相平,如圖所示,即A中水面下降,B中水面上升;設(shè)A管橫截面積為S1,水面下降距離為h1,B管橫截面積為S2,水面上升距離為h2,由于水的總體積保持不變,則有S1h1=S2h2,A管中大氣壓力對水做的功:W1=p0S1h1,B管中大氣壓力對水做的功:W2=-p0S2h2,大氣壓力對水做的總功:W=W1+W2=p0S1h1-p0S2h2,因為S1h1=S2h2,所以W=0,即大氣壓力對水不做功;由于水的重心降低,重力勢能減小,由能量守恒定律知水的內(nèi)能增加。故D正確?！窘馕觥窟xD。打開閥門K后,據(jù)連通器原理,最后A、B58二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標明單位)7.(10分)外界對一定質(zhì)量的氣體做了200J的功,同時該氣體又向外界放出了80J的熱量,則氣體的內(nèi)能________(選填“增加”或“減少”)了________J。

二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解59【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點:(1)熱力學第一定律的公式ΔU=W+Q。(2)外界對物體做功、吸收熱量、內(nèi)能增加皆取正號;物體對外界做功、放出熱量、內(nèi)能減少皆取負號?！窘忸}指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點:60【解析】外界對氣體做了200J的功,則W=200J,氣體向外界放出了80J的熱量,則Q=-80J,根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q得:ΔU=200J-80J=120J>0,故內(nèi)能增加,增加了120J。答案:增加120【解析】外界對氣體做了200J的功,則W=200J,氣體618.(14分)如圖所示,有人設(shè)計了這樣一臺“永動機”:距地面一定高度架設(shè)一個水槽,水從槽底的管中流出,沖擊一個水輪機,水輪機的軸上安裝一個抽水機和一個砂輪。他指望抽水機把地面水槽里的水抽上去,這樣循環(huán)不已,機器不停地轉(zhuǎn)動,就可以永久地用砂輪磨制工件做功了。請你分析一下,高處水槽中水的勢能轉(zhuǎn)變成哪幾種形式的能,說明這個機器是否能夠永遠運動下去。8.(14分)如圖所示,有人設(shè)計了這樣一臺“永動機”:距地面62【解析】取頂部水槽中流出的水為研究對象,在其從頂部水槽中流出至底部水槽的過程中,它的重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為自身的動能,一部分轉(zhuǎn)化為水輪機、抽水機、砂輪的動能,一部分轉(zhuǎn)化為砂輪和工件的內(nèi)能,還有一部分轉(zhuǎn)化為抽水機抽上的水的重力勢能。由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知,抽水機抽上的水的重力勢能必然小于流下的水的重力勢能,如果上抽的水管的橫截面積大于或等于下流的水管的橫截面積,則根本不可能將底部水槽中的水抽至頂部水槽,即使上抽水管的橫截面積小于下流水管的橫截面積也不一定能將水抽上去,如果上抽水管比下流水管細很多且能夠?qū)⒌撞克壑械乃橹另敳克?則相等時間里抽上去的水也要比流下的水的質(zhì)量小得多,最后頂部水槽中的水很快就會流光。答案:見解析【解析】取頂部水槽中流出的水為研究對象,在其從頂部水槽中流出63【能力提升】（15分鐘·40分）9.(6分)(多選)如圖所示,a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài),圖中ad平行于橫坐標軸,ab的延長線過原點,以下說法正確的是

(

)A.從狀態(tài)d到c,氣體不吸熱也不放熱B.從狀態(tài)c到b,氣體放熱C.從狀態(tài)a到d,氣體對外做功D.從狀態(tài)b到a,氣體吸熱【能力提升】（15分鐘·40分）64【解析】選B、C、D。從狀態(tài)d到c,溫度不變,理想氣體內(nèi)能不變,但是由于壓強減小,所以體積增大,對外做功,還要保持內(nèi)能不變,一定要吸收熱量,故選項A錯;氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個降壓、降溫過程,同時體積減小,外界對氣體做功,而氣體的內(nèi)能還要減小(降溫)就一定要伴隨放熱的過程,故選項B對;氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個等壓升溫的過程,同時體積增大,所以氣體要對外做功,選項C正確;氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個等容變化過程,隨壓強的增大,氣體的溫度升高,內(nèi)能增大,而在這個過程中氣體的體積沒有變化,就沒有做功,氣體內(nèi)能的增大是因為氣體吸熱,故選項D對?！窘馕觥窟xB、C、D。從狀態(tài)d到c,溫度不變,理想氣體內(nèi)能不6510.(6分)(多選)如圖所示,將一空的鋁制易拉罐開口向下壓入恒溫游泳池的水中,則易拉罐在水中緩慢下降過程中,罐內(nèi)空氣(可視為理想氣體) (

)A.每個分子的動能都不變B.分子間的平均距離減小C.向外界放熱D.對外界做正功10.(6分)(多選)如圖所示,將一空的鋁制易拉罐開口向下壓66【解題指南】解答本題時應(yīng)明確以下幾點:(1)易拉罐在水中緩慢下降時內(nèi)部氣體溫度不變。(2)易拉罐在水中緩慢下降時內(nèi)部氣體壓強變大。(3)易拉罐在水中緩慢下降時內(nèi)部氣體體積減小?！窘忸}指南】解答本題時應(yīng)明確以下幾點:67【解析】選B、C。易拉罐在水中緩慢下降時內(nèi)部空氣溫度不變、壓強增大,由玻意耳定律可知氣體體積減小。由于溫度不變,分子的平均動能不變,但有的分子動能可能增大,有的分子動能可能減小,故選項A錯誤;由于氣體體積減小,故氣體對外做負功,分子間的平均距離減小,選項B正確,選項D錯誤;由熱力學第一定律可知,氣體向外界放出熱量,選項C正確?！窘馕觥窟xB、C。易拉罐在水中緩慢下降時內(nèi)部空氣溫度不變、壓6811.(6分)(多選)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷過程①、②、③、④到達狀態(tài)e。對此氣體,下列說法正確的是 (

)A.過程①中氣體的壓強逐漸減小B.過程②中氣體對外界做正功C.過程④中氣體從外界吸收了熱量D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等11.(6分)(多選)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,69【解析】選B、D。過程①為等容變化,根據(jù)查理定律有因為溫度逐漸增加,則氣體的壓強逐漸增加,故選項A錯誤;過程②氣體體積增加,則氣體對外界做正功,故選項B正確;過程④中為體積不變,則氣體對外界不做功,外界對氣體也不做功,即W=0,理想氣體的溫度降低,則內(nèi)能減少,即ΔU<0,根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q可知Q<0,則氣體向外界放出了熱量,故選項C錯誤;狀態(tài)c、d的溫度相等,則分子平均動能相等,理想氣體沒有分子勢能,則內(nèi)能相等,故選項D正確?！窘馕觥窟xB、D。過程①為等容變化,根據(jù)查理定律有7012.(6分)如圖所示,豎直放置的粗細均勻的U形管,右端封閉有一段空氣柱,兩管內(nèi)水銀面高度差為h=19cm,封閉空氣柱長度為L1=40cm。為了使左、右兩管中的水銀面相平(設(shè)外界大氣壓強p0=76cmHg,空氣柱溫度保持不變),則:(1)需從左管的開口端再緩慢注入高度多少的水銀柱?此時封閉端空氣柱的長度是多少?(2)注入水銀過程中,外界對封閉空氣做______(選填“正功”或“負功”),氣體將________(選填“吸熱”或“放熱”)。

12.(6分)如圖所示,豎直放置的粗細均勻的U形管,右端封閉71【解析】(1)假設(shè)兩管中水銀面相平時右管中空氣柱長度為L2。由玻意耳定律p1V1=p2V2得:(p0-h)SL1=p0SL2,解得:L2=30cm,需要再注入的水銀柱長度為:x=2(L1-L2)+19cm=39cm。(2)在注入水銀的過程中右管中氣體體積減小,故外界對封閉空氣做正功;由于氣體溫度保持不變,故內(nèi)能不變,由熱力學第一定律可知氣體一定是放熱。答案:(1)39cm

30cm

(2)正功放熱【解析】(1)假設(shè)兩管中水銀面相平時右管中空氣柱長度為L2。7213.(16分)如圖所示,導(dǎo)熱良好的汽缸直立在水平地面上,汽缸的質(zhì)量為m,高度為L,底面面積為S。用活塞把一定量的氣體封閉在汽缸內(nèi),活塞可沿汽缸壁無摩擦移動,活塞及氣體的質(zhì)量可忽略不計,氣體可看作理想氣體。平衡時,活塞處于距汽缸底處。現(xiàn)用力F緩慢向上拉動活塞,直至汽缸剛要離開地面,此過程中活塞未移動到汽缸口處。(環(huán)境溫度保持不變,環(huán)境氣體壓強為p0)求:13.(16分)如圖所示,導(dǎo)熱良好的汽缸直立在水平地面上,汽73(1)汽缸剛要離開地面時,活塞距汽缸底的距離;(2)若此過程中力F做功為W,則封閉氣體需從外界吸收多少熱量?(1)汽缸剛要離開地面時,活塞距汽缸底的距離;74因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8×104J,內(nèi)能減少,ΔU取負值,即ΔU=-1.此過程氣體做等溫變化,設(shè)此時活塞距汽缸底的距離為L′,(6分)(多選)如圖所示,將一空的鋁制易拉罐開口向下壓入恒溫游泳池的水中,則易拉罐在水中緩慢下降過程中,罐內(nèi)空氣(可視為理想氣體) ()下列有關(guān)說法正確的是 ()(2019·全國卷Ⅰ)某容器中的空氣被光滑活塞封住,容器和活塞絕熱性能良好,空氣可視為理想氣體。汽缸內(nèi)大量分子撞擊汽缸壁的平均作用力增大外界對物體做功時W為正,吸熱時Q為負,內(nèi)能增加時ΔU為正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。6J,故C錯誤、D正確。易拉罐在水中緩慢下降時內(nèi)部空氣溫度不變、壓強增大,由玻意耳定律可知氣體體積減小。【解析】(1)汽缸剛要離開地面時,對整體由平衡條件可知:F=mg,【解析】(1)假設(shè)兩管中水銀面相平時右管中空氣柱長度為L2。提示:手表戴在手腕上,通過手臂的運動,機械手表獲得能量,供手表發(fā)條做機械運動。由能量守恒定律可知 ()一定量的理想氣體在某一過程中,從外界吸收熱量2.溫度相等,則分子平均動能相等,理想氣體沒有分子勢能,則內(nèi)能相等,故選項D107W D.W=-8×104J,ΔU=-1.工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,該過程能量不守恒(2)分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量;外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外界所做的功。【解析】(1)汽缸剛要離開地面時,對整體由平衡條件可知:F=mg,活塞處于平衡狀態(tài),設(shè)此時封閉氣體壓強為p,有F+pS=p0S,此過程氣體做等溫變化,設(shè)此時活塞距汽缸底的距離為L′,則由玻意爾定律得:pSL′=p0S×L,聯(lián)立各式,解得:因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8×104J,內(nèi)能減少75(2)此過程中力F對活塞做正功,環(huán)境氣體對活塞做負功,封閉氣體對活塞做正功,總功為零,設(shè)封閉氣體做功為W0,有W+W0=p0S(L′-L),由于封閉氣體溫度不變,所以其內(nèi)能保持不變,由熱力學定律知,封閉氣體對活塞所做的功等于其吸收的熱量,有Q=W0,解得答案:(1)

(2)(2)此過程中力F對活塞做正功,環(huán)境氣體對活塞做負功,封閉氣762.熱力學第一定律3.能量守恒定律2.熱力學第一定律77一、熱力學第一定律【思考】

問題1:這個機械的動力力矩大于阻力力矩嗎?問題2:這個機械能自動地轉(zhuǎn)動下去永不停止嗎?提示:1.不大于,總動力力矩的和不大于總阻力力矩的和。2.不能,因為違反了能量守恒定律。一、熱力學第一定律78由能量守恒定律可知 ()水力發(fā)電站是使水流的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2)如果玻璃管內(nèi)部橫截面積為S,當外界熱力學溫度為T1時,空氣柱長度為l1,現(xiàn)把容器浸在熱力學溫度為T2的熱水中,空氣柱長度變?yōu)閘2,不計容器的熱脹冷縮,試求該容器球形部分內(nèi)部的容積V?；钊幱谄胶鉅顟B(tài),設(shè)此時封閉氣體壓強為p,2×105J,根據(jù)ΔU=Q+W,可得Q=ΔU-W=-1.【解析】(1)汽缸剛要離開地面時,對整體由平衡條件可知:F=mg,(6分)如圖所示,豎直放置的粗細均勻的U形管,右端封閉有5×105J,即氣體對外界做功1.自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,由分子動理論知,體積不變,氣體分子間作用力忽略不計,分子間的作用力不變,故A錯誤;根據(jù)熱力學第一定律,爆裂前氣體溫度升高,內(nèi)能增大,突然爆裂的瞬間氣體對外界做功,其內(nèi)能減少,溫度也會有所下降,故B錯誤,C正確;自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,分子平均動能增加,但并不是每一個氣體分子速率都增大,故D錯誤。(4)特別注意的就是物理量的正負號及其物理意義。力F緩慢向上拉動活塞,直至汽缸剛要離開地面,此過程中活塞未移動到汽缸口汽缸內(nèi)大量分子的平均動能增大空氣壓強和容器外空氣壓強相同,容器內(nèi)溫度低于外界溫度,則容器中空氣的若將此手表長時間放置不動,它就會停下來。W=-8×104J,ΔU=1.單位時間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積上的分子數(shù)增多【能力提升】（15分鐘·40分）由題意,氣體吸收熱量為Q=6.(2)若此過程中力F做功為W,則封閉氣體需從外界吸收多少熱量?在熱力學第一定律表達式ΔU=W+Q中,關(guān)于各個物理量的正負,下列說法正確的是 ()1.改變內(nèi)能的兩種方式:做功與_____。兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是_______。2.熱力學第一定律:(1)內(nèi)容:一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的_____與外界對它_________的和。(2)數(shù)學表達式:ΔU=____。傳熱等效的熱量所做的功Q+W由能量守恒定律可知 ()1.改變內(nèi)能的兩種方式:做功與_79二、能量守恒定律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_____為另一種形式,或者從一個物體_____到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中能量的總量_________。2.意義:(1)各種形式的能可以_________。(2)各種物理現(xiàn)象可以用_____________聯(lián)系在一起。轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變相互轉(zhuǎn)化能量守恒定律二、能量守恒定律轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變相互轉(zhuǎn)化能量守恒定律80一熱力學第一定律的應(yīng)用1.對公式ΔU=Q+W中ΔU、Q、W符號的規(guī)定:符號QWΔU+物體吸收熱量外界對物體做功內(nèi)能增加-物體放出熱量物體對外界做功內(nèi)能減少一熱力學第一定律的應(yīng)用符號QWΔU+物體吸收熱量外界對物體812.幾種特殊情況:(1)若過程是絕熱的,即Q=0,則ΔU=W,物體內(nèi)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(nèi)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(tài)物體的內(nèi)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)。2.幾種特殊情況:823.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。3.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83

【思考·討論】如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài),請在圖像基礎(chǔ)上思考以下問題:

【思考·討論】84討論:(1)在變化過程中是氣體對外做功,還是外界對氣體做功?(2)在變化過程中氣體吸熱,還是向外放熱?氣體內(nèi)能增加了,還是減少了?提示:(1)由圖可知,氣體的變化為等壓膨脹,一定是對外做功。(2)由日常經(jīng)驗可知,理想氣體在等壓膨脹過程中需要從外界吸收熱量。由蓋-呂薩克定律可知,理想氣體在等壓膨脹過程中溫度升高,內(nèi)能一定增加。討論:85【典例示范】(2019·全國卷Ⅰ)某容器中的空氣被光滑活塞封住,容器和活塞絕熱性能良好,空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同,壓強大于外界?，F(xiàn)使活塞緩慢移動,直至容器中的空氣壓強與外界相同。此時,容器中空氣的溫度______(選填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度,容器中空氣的密度________(選填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。

【典例示范】86【解析】容器與活塞絕熱性能良好,容器中空氣與外界不發(fā)生熱交換(Q=0),活塞移動的過程中,容器中空氣壓強減小,則容器中空氣正在膨脹,體積增大,對外界做功,即W<0。根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W可知:容器中空氣內(nèi)能減小,溫度降低,容器中空氣的溫度低于外界溫度。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有,又ρ=,聯(lián)立解得:ρ=。對容器外與容器內(nèi)質(zhì)量均為m的氣體,因容器中空氣壓強和容器外空氣壓強相同,容器內(nèi)溫度低于外界溫度,則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。答案:低于大于【解析】容器與活塞絕熱性能良好,容器中空氣與外界不發(fā)生熱交換87【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.一定量的氣體,從外界吸收熱量6.2×105J,內(nèi)能增加4.7×105J。則下列說法中正確的是 (

)A.氣體對外做功1.5×105J

B.外界對氣體做功1.7×105JC.氣體對外做功1.7×105J D.外界對氣體做功1.5×105J【素養(yǎng)訓(xùn)練】88【解析】選A。由題意,氣體吸收熱量為Q=6.2×105J,內(nèi)能增加了ΔU=4.7×105J,設(shè)外界對氣體做功為W,根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W得:W=ΔU-Q=4.7×105J-6.2×105J=-1.5×105J,即氣體對外界做功1.5×105J。故選A?！窘馕觥窟xA。由題意,氣體吸收熱量為Q=6.2×105J,892.2019年12月1日,粵東農(nóng)批·2019球王故里五華馬拉松賽在五華粵東農(nóng)批廣場激情開跑。此次活動能圓滿舉行離不開一群可愛的志愿者,他們到了午餐時間也只是吃點自熱米飯,對于自熱米飯很多人還不是很了解,自熱米飯盒內(nèi)有一個發(fā)熱包,遇水發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生大量熱能,不需要明火,溫度可超過100℃,蓋上盒蓋便能在10～15分鐘內(nèi)迅速加熱食品。自熱米飯的蓋子上有一個透氣孔,如果透氣孔堵塞,容易造成小型爆炸。有關(guān)自熱米飯盒爆炸的說法,正確的是(

)2.2019年12月1日,粵東農(nóng)批·2019球王故里五華馬拉90A.自熱米飯盒爆炸,是盒內(nèi)氣體溫度升高,氣體分子間斥力急劇增大的結(jié)果B.在自熱米飯盒爆炸的瞬間,盒內(nèi)氣體內(nèi)能增加C.在自熱米飯盒爆炸的瞬間,盒內(nèi)氣體溫度降低D.自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,標志著每一個氣體分子速率都增大了A.自熱米飯盒爆炸,是盒內(nèi)氣體溫度升高,氣體分子間斥力急劇增91【解析】選C。自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,由分子動理論知,體積不變,氣體分子間作用力忽略不計,分子間的作用力不變,故A錯誤;根據(jù)熱力學第一定律,爆裂前氣體溫度升高,內(nèi)能增大,突然爆裂的瞬間氣體對外界做功,其內(nèi)能減少,溫度也會有所下降,故B錯誤,C正確;自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,分子平均動能增加,但并不是每一個氣體分子速率都增大,故D錯誤?！窘馕觥窟xC。自熱米飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,由分子動理92【補償訓(xùn)練】1.(多選)若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變,對外界做了0.6J的功,則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體(可視為理想氣體),下列說法正確的是 (

)A.氣體的內(nèi)能不變B.氣體體積要減小C.氣體向外界放出的熱量大于0.6JD.氣體從外界吸收的熱量等于0.6J【補償訓(xùn)練】93【解析】選A、D。溫度是分子平均動能的標志,溫度不變,則分子平均動能不變,理想氣體分子勢能不計,故在氣泡上升過程中,氣體的內(nèi)能不變,故A正確;由題意知氣泡對外界做功,則體積變大,B錯誤;由熱力學第一定律可知:W+Q=ΔU,氣體對外做功,故W=Q=0.6J,故氣體從外界吸熱,吸收的熱量Q=0.6J,故C錯誤、D正確。【解析】選A、D。溫度是分子平均動能的標志,溫度不變,則分子942.一定量的氣體在某一過程中,外界對氣體做了8×104J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J,則下列各式中正確的是 (

)A.W=8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=4×104JB.W=8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-2×105JC.W=-8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=2×105JD.W=-8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-4×104J2.一定量的氣體在某一過程中,外界對氣體做了8×104J的95【解析】選B。因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8×104J,內(nèi)能減少,ΔU取負值,即ΔU=-1.2×105J,根據(jù)ΔU=Q+W,可得Q=ΔU-W=-1.2×105J-8×104J=-2×105J,B正確。【解析】選B。因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8×10496二能量守恒定律的應(yīng)用1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化:(1)各種運動形式都有對應(yīng)的能:機械運動有機械能,分子的熱運動有內(nèi)能,還有電磁能、化學能、原子能等。(2)各種形式的能,通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如,利用電爐取暖或燒水,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;煤燃燒,化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;列車剎車后,輪子溫度升高,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。二能量守恒定律的應(yīng)用972.與某種運動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的。例如,物體的機械能守恒,必須是只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功;而能量守恒定律是沒有條件的,它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。2.與某種運動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的。例如,物體的機983.第一類永動機失敗的原因分析:如果沒有外界熱源供給熱量,則有U2-U1=W,就是說,如果系統(tǒng)內(nèi)能減少,即U2<U1,則W<0,系統(tǒng)對外做功是要以內(nèi)能減少為代價的。若想源源不斷地做功,就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài),在無外界能量供給的情況下是不可能的。3.第一類永動機失敗的原因分析:如果沒有外界熱源供給熱量,則99

【思考·討論】有一種所謂“全自動”機械手表,既不需要上發(fā)條,也不用任何電源,卻能不停地走下去。【思考·討論】100討論:(1)這是不是一種永動機?提示:這不是永動機。(2)如果不是,維持表針走動的能量是從哪兒來的?提示:手表戴在手腕上,通過手臂的運動,機械手表獲得能量,供手表發(fā)條做機械運動。若將此手表長時間放置不動,它就會停下來。討論:101【典例示范】下列有關(guān)能量的描述正確的是 (

)A.“又要馬兒跑得快,又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律B.工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,該過程能量不守恒C.滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,動能消失,能量不守恒D.同時做自由落體運動的物體,質(zhì)量越大,勢能減少越快,機械能減少也越快【典例示范】102【解析】選A。馬兒跑的時候需要消耗能量,而草能夠為馬兒提供能量,因此“既要馬兒跑,又要馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,故A正確;工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,損失的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,該過程能量仍守恒,故B錯誤;滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,減小的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,能量守恒,故C錯誤;同時做自由落體運動的物體,運動的快慢與質(zhì)量無關(guān),減少的勢能轉(zhuǎn)化為動能,機械能不變,故D錯誤?！窘馕觥窟xA。馬兒跑的時候需要消耗能量,而草能夠為馬兒提供能103【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.“第一類永動機”是不可能制成的,這是因為它 (

)A.不符合熱力學第一定律B.做功產(chǎn)生的熱量太少C.由于有摩擦、熱損失等因素的存在D.找不到合適的材料和合理的設(shè)計方案【解析】選A。第一類永動機是不可能制成的,因為它違背了能量守恒定律,即熱力學第一定律,故A正確,B、C、D錯誤。【素養(yǎng)訓(xùn)練】1042.由能量守恒定律可知 (

)A.能量可以被消滅,也可以被創(chuàng)生B.因為能量是守恒的,所以不可能發(fā)生能源危機C.因為能量是守恒的,所以不需要節(jié)約能源D.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化【解析】選D。能量不能被創(chuàng)生,也不能被消滅,故A錯誤;能量雖然是守恒的,總量不變,但是我們可以利用的能源是有限的,故一定要注意節(jié)約能源,防止能源危機,故B、C錯誤;不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,總量不變,故D正確。2.由能量守恒定律可知 ()105【補償訓(xùn)練】1.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化,以下說法中不正確的是 (

)A.正在運轉(zhuǎn)中的電風扇是機械能變成電能B.燃燒煤是化學能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能C.電熱器是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能D.水力發(fā)電站是使水流的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋狙a償訓(xùn)練】106【解析】選A。電扇是消耗電能使風扇轉(zhuǎn)動,是將電能轉(zhuǎn)化為機械能,故A錯誤;燃燒發(fā)生化學變化,產(chǎn)生熱量,故是化學能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能,故B正確;電熱器是通電后發(fā)熱,消耗電能,產(chǎn)生熱能,故C正確;水力發(fā)電站利用水流的機械能產(chǎn)生電能,故D正確?！窘馕觥窟xA。電扇是消耗電能使風扇轉(zhuǎn)動,是將電能轉(zhuǎn)化為機械能1072.如圖所示,直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A和B兩部分氣體,A的密度較小,B的密度較大,抽去隔板,加熱氣體,使兩部分氣體均勻混合,設(shè)在此過程中氣體吸收的熱量為Q,氣體內(nèi)能增量為ΔU,則 (

)A.ΔU=Q

B.ΔU<QC.ΔU>Q D.無法比較2.如圖所示,直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A和B兩部分氣體,A108【解析】選B。據(jù)題意,A的密度小,B的密度大,兩氣體均勻混合后整體的重心升高,重力勢能增加,吸收的熱量一部分用來增加內(nèi)能,一部分用來增加系統(tǒng)的重力勢能,所以:ΔU<Q。故B正確。【解析】選B。據(jù)題意,A的密度小,B的密度大,兩氣體均勻混合109【拓展例題】考查內(nèi)容:熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用【典例】(多選)如圖所示,質(zhì)量一定的活塞將一定質(zhì)量的理想氣體密封在汽缸內(nèi),活塞與汽缸壁之間無摩擦。a態(tài)時氣體溫度80℃,b態(tài)時氣體溫度是20℃。氣體從a態(tài)緩慢變到b態(tài)的過程中,大氣壓強始終保持不變,活塞保持平衡,下列說法中正確的是 (

)【拓展例題】考查內(nèi)容:熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用110A.從a態(tài)到b態(tài)的過程中外界對氣體做的功一定小于氣體向外界釋放的熱量B.a態(tài)與b態(tài)的氣體分子在單位面積上對活塞的作用力相等C.a態(tài)氣體分子的平均動能一定比b態(tài)氣體分子的平均動能大D.氣體放出的熱量等于氣體減少的內(nèi)能與活塞減少的重力勢能之和A.從a態(tài)到b態(tài)的過程中外界對氣體做的功一定小于氣體向外界釋111【解析】選A、B、C。不計分子間相互作用的勢能,溫度低內(nèi)能就小,根據(jù)熱力學第一定律知從a態(tài)到b態(tài)的過程中外界對氣體做的功一定小于氣體向外界釋放的熱量,A正確;由于壓強不變,所以a態(tài)與b態(tài)的氣體分子在單位面積上對活塞的作用力相等,B正確;溫度是平均動能的標志,所以a態(tài)氣體分子的平均動能一定比b態(tài)氣體分子的平均動能大,C正確;氣體放出的熱量=氣體減少的內(nèi)能-活塞減少的重力勢能-大氣壓力做功,D錯誤?！窘馕觥窟xA、B、C。不計分子間相互作用的勢能,溫度低內(nèi)能就112【課堂回眸】【課堂回眸】113課堂檢測·素養(yǎng)達標1.在熱力學第一定律表達式ΔU=W+Q中,關(guān)于各個物理量的正負,下列說法正確的是 (

)A.外界對物體做功時W為正,吸熱時Q為負,內(nèi)能增加時ΔU為正B.物體對外界做功時W為負,吸熱時Q為正,內(nèi)能增加時ΔU為負C.物體對外界做功時W為負,吸熱時Q為正,內(nèi)能增加時ΔU為正D.外界對物體做功時W為負,吸熱時Q為負,內(nèi)能增加時ΔU為負【解析】選C。在熱力學第一定律:ΔU=W+Q中,外界對物體做功時W為正的,物體對外界做功時W為負的;物體吸熱時Q為正的,放熱時Q為負的;內(nèi)能增加時ΔU為正的,內(nèi)能減少時ΔU為負的;故選C。課堂檢測·素養(yǎng)達標1.在熱力學第一定律表達式ΔU=W+Q中,1142.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化與守恒的理解,下列說法中正確的是 (

)A.能量是守恒的,不可能消失,所以不會發(fā)生能源危機B.能量既會憑空產(chǎn)生,也會憑空消失C.能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式D.能量在轉(zhuǎn)化的過程中,能量在數(shù)量上會減少2.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化與守恒的理解,下列說法中正確的是 ()115【解析】選C。能量雖然是守恒的,總量不變,但是我們可以利用的能源是有限的,隨著可利用能源的消耗,能量可以利用的品質(zhì)降低了,所以會有能源危機,故A錯誤;根據(jù)能量守恒定律可知,能量既不會憑空消失,也不會憑空產(chǎn)生,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)移到另一個物體,在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程中,能的總量保持不變,故B、D錯誤,C正確?！窘馕觥窟xC。能量雖然是守恒的,總量不變,但是我們可以利用的1163.如圖所示,一導(dǎo)熱性能良好的金屬汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體?，F(xiàn)緩慢地向活塞上倒一定質(zhì)量的沙土,忽略環(huán)境溫度的變化,在此過程中 (

)A.單位時間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積上的分子數(shù)增多B.汽缸內(nèi)大量分子撞擊汽缸壁的平均作用力增大C.汽缸內(nèi)大量分子的平均