黑龍江木蘭高中2022屆高三物理一輪復(fù)習(xí)3熱力學(xué)第能量守恒定律

第三節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第三節(jié)課前自主學(xué)案課標(biāo)定位課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解熱力學(xué)第一定律，并能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律分析和計(jì)算有關(guān)問題．2．理解能量守恒定律，會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決有關(guān)問題．3．知道第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的．重點(diǎn)難點(diǎn)：1.掌握熱力學(xué)第一定律的符號(hào)法則并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．2．能正確分析不同能量之間的轉(zhuǎn)化并能用能量觀點(diǎn)解決有關(guān)問題．課前自主學(xué)案一、熱力學(xué)第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式：_______和_________2．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的_______與外界對(duì)它所做的_____的和．(2)表達(dá)式：_____________.做功傳熱．熱量功ΔU＝Q＋W二、能量守恒定律1．能量守恒定律內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式_______為另一種形式，或者從一個(gè)物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．2．意義(1)各種形式的能可以_____________轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移相互轉(zhuǎn)化．(2)各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起．三、永動(dòng)機(jī)不可能制成1．第一類永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地___________的機(jī)器．2．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因：違背了___________定律．對(duì)外做功能量守恒核心要點(diǎn)突破一、熱力學(xué)第一定律與改變內(nèi)能的兩種方式1．對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解(1)對(duì)ΔU＝W＋Q的理解：熱力學(xué)第一定律是對(duì)單純的絕熱過程和單純的傳熱過程中內(nèi)能改變的定量表達(dá)推廣到一般情況，既有做功又有傳熱的過程，其中ΔU表示內(nèi)能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量．(2)對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少2.改變內(nèi)能的兩種方式比較比較項(xiàng)目做功傳熱內(nèi)能變化外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加物體對(duì)外做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加物體放出熱量，內(nèi)能減少物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的3.判斷是否做功的方法一般情況下外界對(duì)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(duì)外界做功，W<0；(2)若物體體積變小，表明外界對(duì)物體做功，W>0.4．幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加．(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加．(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1．在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式ΔU＝W＋Q中關(guān)于ΔU、W、Q各個(gè)物理量的正、負(fù)，下列說法中正確的是(

)A．外界對(duì)物體做功時(shí)W為正，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正B．物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù)C．物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正D．外界對(duì)物體做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù)答案：C二、對(duì)能量守恒定律的理解1．自然界中能量的存在形式物體運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能，分子運(yùn)動(dòng)具有分子動(dòng)能，電荷具有電能，原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等等，可見，在自然界中，不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)．2．不同形式能量之間的轉(zhuǎn)化“摩擦生熱”是通過克服摩擦做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水壺中的水沸騰時(shí)水蒸氣對(duì)壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等等，這些實(shí)例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的．3．能量守恒的兩種表述(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2．(2011年宿遷高二檢測(cè))自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來越小，下列說法正確的是(

)A．機(jī)械能守恒B．能量正在消失C．只有動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化D．減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒解析：選D.自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來越小，說明機(jī)械能在減少，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)錯(cuò)誤，而減少的機(jī)械能通過摩擦轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．課堂互動(dòng)講練類型一熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2×105J，是氣體對(duì)外界做了功，還是外界對(duì)氣體做了功？做了多少功？例1【自主解答】根據(jù)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式中的符號(hào)法則，知Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J.由ΔU＝W＋Q，得W＝ΔU－Q＝4.2×105J－2.6×105J＝1.6×105J.W＞0，說明是外界對(duì)氣體做了功．【答案】外界對(duì)氣體做功1.6×105J【方法總結(jié)】

(1)要明確研究的對(duì)象是哪個(gè)物體或者說是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)；(2)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計(jì)算時(shí)，要依照符號(hào)法則代入數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)果的正、負(fù)，也同樣依照符號(hào)法則來解釋其意義．變式訓(xùn)練1如圖10－3－1是封閉的汽缸，內(nèi)部封有一定質(zhì)量的理想氣體．外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800J，同時(shí)氣體向外界放熱200J，則缸內(nèi)氣體的(

)圖10－3－1A．溫度升高，內(nèi)能增加600JB．溫度升高，內(nèi)能減少200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能減少200J解析：選A.由熱力學(xué)第一定律：W＋Q＝ΔU得：ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能大小只與溫度有關(guān)，ΔU＝600J>0，故溫度一定升高，A選項(xiàng)正確．類型二熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合(2011年高考新課標(biāo)全國(guó)卷)對(duì)于一定量的理想氣體，下列說法正確的是(

)A．若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變,其內(nèi)能也一定不變B．若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變C．若氣體的溫度隨時(shí)間不斷升高，其壓強(qiáng)也一定不斷增大例2D．氣體溫度每升高1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān)E．當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，氣體的內(nèi)能一定增大【精講精析】

A選項(xiàng)，p、V不變，則T不變，氣體的內(nèi)能不變，故選項(xiàng)A正確．B選項(xiàng)，內(nèi)能不變，溫度不變，p、V可能變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．C選項(xiàng)，氣體溫度升高，壓強(qiáng)不一定增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤．D選項(xiàng)，氣體溫度每升高1K吸收的熱量與氣體對(duì)外做功多少有關(guān)，即與經(jīng)歷的過程有關(guān)，故選項(xiàng)D正確．E選項(xiàng)，溫度升高，理想氣體的內(nèi)能一定增大，故選項(xiàng)E正確．【答案】

ADE變式訓(xùn)練2一個(gè)氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起，(若不計(jì)氣泡內(nèi)空氣分子勢(shì)能的變化)則(

)A．氣泡對(duì)外做功，內(nèi)能不變，同時(shí)放熱B．氣泡對(duì)外做功，內(nèi)能不變，同時(shí)吸熱C．氣泡內(nèi)能減少，同時(shí)放熱D．氣泡內(nèi)能不變，不吸熱也不放熱解析：選B.在氣泡緩慢上升的過程中，氣泡外部的壓強(qiáng)逐漸減小，氣泡膨脹，對(duì)外做功，故氣泡中空氣分子的內(nèi)能減小，溫度降低．但由于外部恒溫．且氣泡緩慢上升，故可以認(rèn)為上升過程中氣泡內(nèi)空氣的溫度始終等于外界溫度，內(nèi)能不變，故須從外界吸收熱量，且吸收的熱量等于對(duì)外界所做的功．如圖10－3－2所示，A、B是兩個(gè)完全相同的鐵球，初溫相同．A放在絕熱板上，B用絕熱繩懸掛．現(xiàn)只讓它們吸熱，當(dāng)它們升高相同的溫度時(shí)，吸熱分別為QA、QB，則(

)類型三能量守恒定律的理解與應(yīng)用例3圖10－3－2A．QA＝QB

B．QA<QBC．QA>QB D．無法確定【精講精析】A、B升高相同的溫度，根據(jù)Q＝cmΔt可知，升溫需要的能量是相同的．由于受熱膨脹，A的重心升高，重力勢(shì)能增加，吸熱QA一部分用于升溫，一部分用于增加重力勢(shì)能ΔEp，即QA＝Q＋ΔEp；B的重心降低，重力勢(shì)能減小，吸熱QB和減少的重力勢(shì)能ΔEp共同用于升溫，即Q＝QB＋ΔEp；顯然QA＞QB.【答案】

C【方法總結(jié)】重力勢(shì)能的變化是此題的關(guān)鍵．無論能量怎樣變化，能量總是守恒的．變式訓(xùn)練3(2011年浙江金華十校聯(lián)考)如圖10－3－3所示的絕熱容器中，A、B各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下面是水，上面是空氣，大氣壓恒定．A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱．原先A中水面比B中高，