资源简介

(共43张PPT)
第2节　热力学第一定律 第3节　能量守恒定律
第三章　热力学定律
1.理解热力学第一定律。 2.会用ΔU＝Q＋W解决一些简单问题。 3.知道第一类永动机不可能制成的原因。 4.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点解释一切自然现象。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　能量守恒定律　永动机不可能制成
知识点一　热力学第一定律及应用
知识点一　热力学第一定律及应用
如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？
提示　内能增加了10 J　减少了10 J　没改变
1.改变内能的两种方式：______与______。两者对改变系统的内能是_________。
2.热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的______与外界对它所_________的和。
3.热力学第一定律的表达式：ΔU＝_________。
做功
传热
等价的
热量
做的功
Q+W
4.公式ΔU＝Q＋W中符号的规定
符号 W Q ΔU
＋ 外界对系统做功 外界对系统传递热量 内能增加
－ 系统对外界做功 系统对外界传递热量 内能减少
5.判断气体是否做功的方法
一般情况下需看气体的体积是否变化。
(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W＜0。
(2)若气体体积减小，表明外界对气体做功，W＞0。
(3)在等压变化过程中，做功可用W＝pV计算。
6.几种特殊情况
(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功。
(2)等容过程：该过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于外界对物体传递的热量。
(3)(理想气体)等温过程：过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体对外界传递的热量(或外界对物体传递的热量等于物体对外界做的功)。
【思考】
1.如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，思考以下问题：
(1)在变化过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？
(2)在变化过程中气体吸热，还是放热？气体的内能是增加还是减少？
提示　(1)气体对外做功。　(2)吸热　内能增加。
2.判断正误
(1)系统内能增大，一定是系统从外界吸收了热量。( )
(2)系统从外界吸收5 J热量，内能可能增大5 J。( )
(3)气体被压缩的过程中，外界对气体做功，则气体内能一定增大。( )
(4)物体放出热量，外界对物体做功，物体的内能可能不变。( )
×
√
×
√
B
例1 一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是(　　)
A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
解析　 外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，选项B正确。
A
训练1 如图所示，封闭的汽缸内部封有一定质量的理想气体。外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，则缸内气体的(　　)
A.温度升高，内能增加600 J
B.温度升高，内能减少200 J
C.温度降低，内能增加600 J
D.温度降低，内能减少200 J
解析　由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，内能增加600 J，说明温度升高，选项A正确。
知识点二　能量守恒定律　永动机不可能制成
有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？
提示　这不是永动机；手表戴在手腕上，通过手臂的运动来获得能量，供手表指针做机械运动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。
1.能量守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空______，也不会凭空______，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量____________。
(2)两种表达
①某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等；
②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
产生
消失
转化
转移
保持不变
2.永动机不可能制成
(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地___________的机器。
(2)第一类永动机由于违背了__________________，所以不可能制成。
3.热力学第一定律与能量守恒定律的比较
(1)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各个领域，范围广泛。
(2)热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移，是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。
对外做功
能量守恒定律
【思考】
从能量的角度分析，下图中通过磁铁对铁块的吸引为汽车提供动力让汽车前进，可以实现吗？
提示　不能，违反了能量守恒定律。
ABC
例2 (多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是(　 　)
A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
解析　不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的，A正确；能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，B正确；第一类永动机不可能制成，它违背了能量守恒定律，C正确；石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用和与地面碰撞，机械能减少，转化成了其他形式的能量，D错误。
D
训练2 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是(　　)
A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D.叶片从热水中吸收的热量一定大于向空气中释放的热量
解析　形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒定律知能量来源于热水，故A、B、C错误；叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确。
随堂对点自测
2
ABD
1.(热力学第一定律的理解)(多选)下列过程可能发生的是(　 　)
A.物体吸收热量，同时对外做功，内能增加
B.物体吸收热量，同时对外做功，内能减少
C.外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少
D.外界对物体做功，同时物体放热，内能增加
解析　当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能一定增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确。
C
2.(热力学第一定律的应用)一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时对外放热40 J，气体内能的增量ΔU为(　　)
A.60 J B.－60 J C.－140 J D.140 J
解析　由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100 J－40 J＝－140 J，故选项C正确。
C
3.(能量守恒定律)下列说法正确的是(　　)
A.条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的
D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的
解析　磁体穿过线圈过程中是机械能转化成了电能，故A错误；太阳照射到宇宙空间的能量没有消失，故B错误；马儿奔跑时同样需要消耗能量，故“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，故C正确；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是靠手臂的摆动提供能量的，它不违背能量守恒定律，故D错误。
课后巩固训练
3
A
1.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有(　　)
A.Q1－Q2＝W2－W1 　　 B.Q1＝Q2
C.W1＝W2 　　 D.Q1>Q2
解析　因为该气体从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，所以内能没有变化，即ΔU＝0。根据热力学第一定律可得W1＋Q1＝W2＋Q2，有Q1－Q2＝W2－W1，故A正确。
对点题组练
题组一　热力学第一定律
ABD
2.(多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个过程系统不漏气。下列说法正确的是( 　　)
A.气体自发扩散前后内能相同
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.在自发扩散过程中，气体对外界做功
D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
解析　因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，选项B、D正确。
B
3.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(不计气泡内空气分子的势能)，则下列说法正确的是(　　)
A.气泡对外做功，内能不变，同时放热
B.气泡对外做功，内能不变，同时吸热
C.气泡内能减少，同时放热
D.气泡内能不变，不吸热也不放热
解析　在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，W＜0，由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，ΔU＝0，由ΔU＝W＋Q知，Q＞0，故需从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功，故B正确。
B
4.如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为(　　)
A.400 J B.1 200 J
C.2 000 J D.2 800 J
解析　由题意可知，气体先等压变化，活塞运动到挡板处后再做等容变化，等压变化过程气体对外做功，则W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝Q＋W＝2 000 J－800 J＝1 200 J，故B正确。
AD
题组二　能量守恒定律　永动机不可制成
5.(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是(　　)
A.第一类永动机是不消耗任何能量却可源源不断地对外做功的机器
B.第一类永动机在一定条件下是可以实现的
C.第一类永动机不能制成的原因是技术问题
D.第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
解析　第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因，故A、D正确，B、C错误。
B
6.如图所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始时阀门关闭，两管中的水面高度差为h。现将阀门打开，最终两管水面相平，忽略水与外界的热量传递，则这一过程中(　　)
A.大气压做正功，重力做负功，水的内能不变
B.大气压不做功，重力做正功，水的内能增大
C.大气压不做功，重力做负功，水的内能增大
D.大气压做负功，重力做正功，水的内能不变
解析　由于两管粗细相同，作用在水面上的大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B正确，A、C、D错误。
D
综合提升练
7.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的、具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着理想气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程(　　)
A.Ep全部转化为气体的内能
B.Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C.Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能
D.Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
解析　以活塞为研究对象，设气体初态时的压强为p1，活塞质量为m，横截面积为S，末态时压强为p2，初态F弹＞mg十p1S，由题意可得末态位置必须高于初位置，活塞重力势能增加，外界对气体做正功，W＞0，由ΔU＝W(绝热)知ΔU＞0，气体的温度升高，内能增加，末态时，弹簧仍然具有一部分弹性势能，故D正确，A、B、C错误。
BC
8.(多选)如图所示，吊在天花板下的导热汽缸中有一个可无摩擦上下移动且不漏气的活塞A，活塞A的下面吊着一个重物，汽缸中封闭着一定量的理想气体。起初各部分均静止不动，外界大气压保持不变，针对汽缸内的气体，当状态发生变化时，下列判断正确的是(　　)
A.迅速向下拉动活塞，缸内气体温度升高
B.若汽缸导热良好，保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，气体一定会吸热
C.缓慢增加重物的质量，欲保持气体体积不变，必须设法减少气体的内能
D.环境温度升高，气体的压强一定增大
9.空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？
答案　5×104 J
解析　选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J
代入上式得
Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J
所以空气向外界传递的热量为5×104 J。
10.汽缸内封闭了一定质量的理想气体，压强p＝1.0×105 Pa，体积V＝2.0 m3，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至V′＝1.0 m3，此过程气体向外界释放了1.2×105 J的热量，求：
(1)压缩过程外界对气体做了多少功？
(2)气体内能变化了多少？
答案　(1)1.0×105 J　(2)减少了2×104 J
解析　(1)外界对气体做的功W＝pΔV＝p(V－V′)
解得W＝1.0×105 J。
(2)由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量
ΔU＝Q＋W＝－1.2×105 J＋1.0×105 J＝－2×104 J
即气体内能减少了2×104 J。
培优加强练
11.如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞可沿汽缸无摩擦地滑动。活塞横截面积S＝1.0×10－3 m2，质量m＝2 kg，汽缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度为h＝1.2 m，室温等于27 ℃；现将汽缸置于77 ℃的热水中，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2。
(1)求平衡时活塞离汽缸底部的距离；
(2)此过程中内部气体吸收热量28.8 J，求气体内能的变化量。
答案　(1)1.4 m　(2)4.8 J
解析　(1)设平衡时活塞距汽缸底部的距离为h′，取封闭气体为研究对象，气体发生等压变化，
(2)在此过程中气体对外界做功,则W＝－pΔV＝－pS(h′－h)
由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
联立解得ΔU＝4.8 J。第2节　热力学第一定律
第3节　能量守恒定律
(分值：100分)
选择题1～8题，每小题9分，共72分。
对点题组练
题组一　热力学第一定律
1.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有(　　)
Q1－Q2＝W2－W1 　　Q1＝Q2
W1＝W2 　 　Q1>Q2
2.(多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个过程系统不漏气。下列说法正确的是(　　)
气体自发扩散前后内能相同
气体在被压缩的过程中内能增大
在自发扩散过程中，气体对外界做功
气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
3.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(不计气泡内空气分子的势能)，则下列说法正确的是(　　)
气泡对外做功，内能不变，同时放热
气泡对外做功，内能不变，同时吸热
气泡内能减少，同时放热
气泡内能不变，不吸热也不放热
4.如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为(　　)
400 J 1 200 J 2 000 J 2 800 J
题组二　能量守恒定律　永动机不可制成
5.(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是(　　)
第一类永动机是不消耗任何能量却可源源不断地对外做功的机器
第一类永动机在一定条件下是可以实现的
第一类永动机不能制成的原因是技术问题
第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
6.如图所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始时阀门关闭，两管中的水面高度差为h。现将阀门打开，最终两管水面相平，忽略水与外界的热量传递，则这一过程中(　　)
大气压做正功，重力做负功，水的内能不变
大气压不做功，重力做正功，水的内能增大
大气压不做功，重力做负功，水的内能增大
大气压做负功，重力做正功，水的内能不变
综合提升练
7.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的、具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着理想气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程(　　)
Ep全部转化为气体的内能
Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能
Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
8.(多选)如图所示，吊在天花板下的导热汽缸中有一个可无摩擦上下移动且不漏气的活塞A，活塞A的下面吊着一个重物，汽缸中封闭着一定量的理想气体。起初各部分均静止不动，外界大气压保持不变，针对汽缸内的气体，当状态发生变化时，下列判断正确的是(　　)
迅速向下拉动活塞，缸内气体温度升高
若汽缸导热良好，保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，气体一定会吸热
缓慢增加重物的质量，欲保持气体体积不变，必须设法减少气体的内能
环境温度升高，气体的压强一定增大
9.(8分)空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？
10.(10分)汽缸内封闭了一定质量的理想气体，压强p＝1.0×105 Pa，体积V＝2.0 m3，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至V′＝1.0 m3，此过程气体向外界释放了1.2×105 J的热量，求：
(1)(5分)压缩过程外界对气体做了多少功？
(2)(5分)气体内能变化了多少？
培优加强练
11.(10分)如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞可沿汽缸无摩擦地滑动。活塞横截面积S＝1.0×10－3 m2，质量m＝2 kg，汽缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度为h＝1.2 m，室温等于27 ℃；现将汽缸置于77 ℃的热水中，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2。
(1)(5分)求平衡时活塞离汽缸底部的距离；
(2)(5分)此过程中内部气体吸收热量28.8 J，求气体内能的变化量。
1.A　[因为该气体从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，所以内能没有变化，即ΔU＝0。根据热力学第一定律可得W1＋Q1＝W2＋Q2，有Q1－Q2＝W2－W1，故A正确。]
2.ABD　[因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，选项B、D正确。]
3.B　[在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，W＜0，由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，ΔU＝0，由ΔU＝W＋Q知，Q＞0，故需从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功，故B正确。]
4.B　[由题意可知，气体先等压变化，活塞运动到挡板处后再做等容变化，等压变化过程气体对外做功，则W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝Q＋W＝2 000 J－800 J＝1 200 J，故B正确。]
5.AD　[第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因，故A、D正确，B、C错误。]
6.B　[由于两管粗细相同，作用在水面上的大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B正确，A、C、D错误。]
7.D　[以活塞为研究对象，设气体初态时的压强为p1，活塞质量为m，横截面积为S，末态时压强为p2，初态F弹＞mg十p1S，由题意可得末态位置必须高于初位置，活塞重力势能增加，外界对气体做正功，W＞0，由ΔU＝W(绝热)知ΔU＞0，气体的温度升高，内能增加，末态时，弹簧仍然具有一部分弹性势能，故D正确，A、B、C错误。]
8.BC　[迅速向下拉动活塞，缸内气体对外做功且来不及吸热，气体内能减小，所以温度降低，故A错误；若汽缸导热良好，保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，活塞下降，气体体积增加，对外做功，而内能不变，由热力学第一定律知气体一定会吸热，故B正确；以活塞为研究对象，有pS＋mg＝p0S，缓慢增加重物的质量，欲保持气体体积不变，必须减小气体压强，由理想气体状态方程可知，由于体积不变，压强减小，则温度降低，所以需要减少气体的内能，故C正确；由气体压强p＝p0－知，若环境温度升高，气体的压强不变，故D错误。]
9.5×104 J
解析　选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有
ΔU＝Q＋W
由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J
代入上式得
Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J
所以空气向外界传递的热量为5×104 J。
10.(1)1.0×105 J　(2)减少了2×104 J
解析　(1)外界对气体做的功W＝pΔV＝p(V－V′)
解得W＝1.0×105 J。
(2)由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量
ΔU＝Q＋W＝－1.2×105 J＋1.0×105 J＝－2×104 J
即气体内能减少了2×104 J。
11.(1)1.4 m　(2)4.8 J
解析　(1)设平衡时活塞距汽缸底部的距离为h′，取封闭气体为研究对象，气体发生等压变化，
由盖－吕萨克定律有＝，解得h′＝1.4 m。
(2)在此过程中气体对外界做功
则W＝－pΔV＝－pS(h′－h)
其中p＝＋p0
由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
联立解得ΔU＝4.8 J。第2节　热力学第一定律
第3节　能量守恒定律
学习目标　1.理解热力学第一定律。 2.会用ΔU＝Q＋W解决一些简单问题。
3.知道第一类永动机不可能制成的原因。 4.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点解释一切自然现象。
知识点一　热力学第一定律及应用
如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.改变内能的两种方式：　　　　与　　　　。两者对改变系统的内能是　　　　　　。
2.热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的　　　　与外界对它所　　　　　　的和。
3.热力学第一定律的表达式：ΔU＝　　　　。
4.公式ΔU＝Q＋W中符号的规定
符号 W Q ΔU
＋ 外界对系统做功 外界对系统 传递热量　 内能增加
－ 系统对外界做功 系统对外界 传递热量　 内能减少
5.判断气体是否做功的方法
一般情况下需看气体的体积是否变化。
（1）若气体体积增大，表明气体对外界做功，W＜0。
（2）若气体体积减小，表明外界对气体做功，W＞0。
（3）在等压变化过程中，做功可用W＝pV计算。
6.几种特殊情况
（1）绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功。
（2）等容过程：该过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于外界对物体传递的热量。
（3）（理想气体）等温过程：过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q（或Q＝－W），外界对物体做的功等于物体对外界传递的热量（或外界对物体传递的热量等于物体对外界做的功）。
【思考】
1.如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，思考以下问题：
（1）在变化过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？
（2）在变化过程中气体吸热，还是放热？气体的内能是增加还是减少？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.判断正误
（1）系统内能增大，一定是系统从外界吸收了热量。（　　）
（2）系统从外界吸收5 J热量，内能可能增大5 J。（　　）
（3）气体被压缩的过程中，外界对气体做功，则气体内能一定增大。（　　）
（4）物体放出热量，外界对物体做功，物体的内能可能不变。（　　）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是（　　）
A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练1 如图所示，封闭的汽缸内部封有一定质量的理想气体。外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，则缸内气体的（　　）
A.温度升高，内能增加600 J
B.温度升高，内能减少200 J
C.温度降低，内能增加600 J
D.温度降低，内能减少200 J
知识点二　能量守恒定律　永动机不可能制成
有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.能量守恒定律
（1）内容：能量既不会凭空　　　　，也不会凭空　　　　，它只能从一种形式　　　　为其他形式，或者从一个物体　　　　到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量　　　　　　。
（2）两种表达
①某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等；
②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
2.永动机不可能制成
（1）第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地　　　　　　的机器。
（2）第一类永动机由于违背了　　　　　　　　，所以不可能制成。
3.热力学第一定律与能量守恒定律的比较
（1）能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各个领域，范围广泛。
（2）热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移，是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。
【思考】
　从能量的角度分析，下图中通过磁铁对铁块的吸引为汽车提供动力让汽车前进，可以实现吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 （多选）下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　）
A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练2 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（　　）
A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D.叶片从热水中吸收的热量一定大于向空气中释放的热量
随堂对点自测
1.（热力学第一定律的理解）（多选）下列过程可能发生的是（　　）
A.物体吸收热量，同时对外做功，内能增加
B.物体吸收热量，同时对外做功，内能减少
C.外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少
D.外界对物体做功，同时物体放热，内能增加
2.（热力学第一定律的应用）一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时对外放热40 J，气体内能的增量ΔU为（　　）
A.60 J B.－60 J
C.－140 J D.140 J
3.（能量守恒定律）下列说法正确的是（　　）
A.条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的
D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的
知识点一
导学　提示　内能增加了10 J　减少了10 J　没改变
知识梳理
1.做功　传热　等价的　2.热量　做的功　3.Q＋W
[思考]
1.提示　(1)气体对外做功。　(2)吸热　内能增加。
2.(1)×　(2)√　(3)×　(4)√
例1 B　[ 外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，选项B正确。]
训练1 A　[由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，内能增加600 J，说明温度升高，选项A正确。]
知识点二
导学　提示　这不是永动机；手表戴在手腕上，通过手臂的运动来获得能量，供手表指针做机械运动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。
知识梳理
1.(1)产生　消失　转化　转移　保持不变　2.(1)对外做功
(2)能量守恒定律
[思考] 提示　不能，违反了能量守恒定律。
例2 ABC　[不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的，A正确；能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，B正确；第一类永动机不可能制成，它违背了能量守恒定律，C正确；石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用和与地面碰撞，机械能减少，转化成了其他形式的能量，D错误。]
训练2 D　[形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒定律知能量来源于热水，故A、B、C错误；叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确。]
随堂对点自测
1.ABD　[当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能一定增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确。]
2.C　[由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100 J－40 J＝－140 J，故选项C正确。]
3.C　[磁体穿过线圈过程中是机械能转化成了电能，故A错误；太阳照射到宇宙空间的能量没有消失，故B错误；马儿奔跑时同样需要消耗能量，故“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，故C正确；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是靠手臂的摆动提供能量的，它不违背能量守恒定律，故D错误。]

展开更多......

收起↑