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(共19张PPT)
4　能量守恒定律
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.了解能量守恒定律的探索过程。 2.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。 3.知道“第一类永动机”是不可能制成的。 1.核心素养
体会能量守恒定律的建立过程及重要意义。
2.关键能力
通过能量守恒定律的应用,体验科学家探究规律的艰辛与执着。
预学智测
·
科学思维
「思考讨论」
知识点一　能量守恒定律
1.阅读课本并查阅资料,了解能量守恒定律的探索过程并简要概括。
2.能量守恒定律的内容是什么 有什么意义
答案:略
1.思考判断
(1)各种能量之间可以转移或转化,但总量保持不变。(　 　)
(2)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能凭空消失了。(　 　)
(3)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等。(　 　)
「科学思维」
√
×
√
2.请说出在下列过程中的能量转化关系。
(1)在水平道路上行驶的汽车,发动机熄火后慢慢停下来。
答案及解析:(1)在水平道路上行驶的汽车,发动机熄火后慢慢停下来的过程中,汽车受到的阻力做负功,汽车的机械能转化为内能。
(2)条形磁体下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生感应电流。
答案及解析: (2)条形磁体下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生感应电流,机械能转化为电能。
(3)火药爆炸产生燃气,子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,射穿一块钢板后,速度减小。
答案及解析: (3)火药爆炸产生燃气,化学能转化为内能;子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,燃气推力做功,内能转化为机械能;子弹射穿一块钢板后,速度减小,阻力做负功,机械能转化为内能。
知识点二　不可能制成永动机
「情境探究」
如图展示了一个极具想象力的设想,其大意是:上面水池中的水流下来,冲击叶轮转动;叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动;人利用打磨轮打磨工件,同时,运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水,就能通过水的上下循环,使机器不停地工作。
探究:(1)从上面水池中流下来的水,能否被水泵全部抽送到上面水池中 说明理由。
答案:(1)不能;因为上面水池中水的重力势能只有部分转化为叶轮的动能,而叶轮的动能部分用来打磨工件及克服摩擦力做功,不会全部供给水泵用来抽水。
(2)这个设想曾得到不少人的赞许,并把这个装置誉为“永动机”。请运用掌握的知识,说明这个装置是否真能“永动”。
答案: (2)不能,由于能量的损耗,水泵不能把流下来的水全部抽送到上面水池中,随着时间推移,该装置就会停止运转。
思考判断
(1)“第一类永动机”不可能制成,是因为找不到合适的材料和合理的设计方案。
(　 　)
(2)“第一类永动机”不可能制成,是因为它违背了能量守恒定律。(　 　)
×
「科学思维」
√
探究重点
·
深化学习
要点一　对能量守恒定律的理解
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。
3.各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件,而某种或几种形式的能的守恒是有条件的。例如:物体的机械能守恒,必须是只有重力或弹力做功。
4.意义:能量守恒定律的发现,使人们进一步认识到,任何一部机器,只要对外做功,都要消耗能量,都只能使能量从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而不能无中生有地创造能量。不消耗能量,却可以源源不断地对外做功的机器(“第一类永动机”)是不可能制成的。
[例1] 有关能量守恒定律,下列说法正确的是(　 　)
A.只适用于机械能与内能的相互转化
B.只适用于能量转化过程
C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律
D.根据能量守恒定律,宇宙中的能量总和不变
D
解析:能量守恒定律是自然界普遍遵循的一个规律,适用于一切能量和一切物理过程,故D正确,A、B、C错误。
要点二　能量守恒定律的应用
[例2] 质量m=0.01 kg的铅弹以速度v0=200 m/s水平射入质量M=2 kg的靶中未穿出。靶原来静止在光滑的水平面上,并可自由滑动。已知铅弹的比热容c=1.3×102 J/(kg·℃),若铅弹射入靶的过程中,机械能的损失有50%转化为铅弹的内能,铅弹的温度将升高多少
答案:77 ℃
[针对训练] 某类潮汐发电示意图如图所示。涨潮时开闸门,水由通道进入海湾水库蓄水,待水面升至最高点时关闭闸门。落潮时开闸门放水发电。设海湾水库的面积为5.0×108 m2,平均潮差为3.0 m,一天涨、落潮两次,发电的平均能量转化率为10%,水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 m/s2,则一天内发电的平均功率约为(　 　)
A.2.6×104 kW B.5.2×104 kW
C.2.6×105 kW D.5.2×105 kW
B
感谢观看4　能量守恒定律
素养测练　　　　　　 　　　　　 　　　　　
基础巩固练
考点一　对能量守恒定律的理解
1.(绍兴检测)下列关于能量转化现象的说法正确的是(　B　)
A.用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B.电灯发光是电能转化为光能
C.核电站发电是电能转化为内能
D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是动能转化为内能
解析:用太阳灶烧水是太阳能转化为内能,故A错误;电灯发光是电能转化为光能,故B正确;核电站发电是核能转化为电能,故C错误;生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是化学能转化为内能,故D错误。
2.一种冷暖两用型空调在制热时,每消耗1 J电能,放出约3 J的热量。下列说法正确的是(　D　)
A.空调制热过程产生了新能量
B.空调制热时放出的热量全部是由电能转化而来的
C.此过程违反了能量守恒定律
D.空调制热时放出的热量,一部分是由电能转化而来,另一部分则是从外界吸收
解析:该空调向室内放出的热量,一部分是通过电流做功,消耗电能转化而来,另一部分则是从外界吸收,因此并不违反能量守恒定律,故选项D正确,A、B、C错误。
考点二　能量守恒定律的应用
3.如图所示为冲击摆实验装置,一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定高度,则下列有关能的转化的说法正确的是(　D　)
A.子弹的动能转化成沙箱和子弹的内能
B.子弹的动能转化成了沙箱和子弹的势能
C.子弹的动能转化成了沙箱和子弹的动能
D.子弹的动能一部分转化成沙箱和子弹的内能,另一部分转化成沙箱和子弹的机械能
解析:子弹在射入沙箱瞬间,要克服摩擦阻力做功,有一部分动能转化成沙箱和子弹的内能,另一部分动能转化成沙箱和子弹的机械能,故选D。
4.一木箱静止于水平面上,现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m,木箱受到的摩擦力为 60 N,则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(　B　)
A.U=200 J,Ek=600 J
B.U=600 J,Ek=200 J
C.U=600 J,Ek=800 J
D.U=800 J,Ek=200 J
解析:由于木箱在运动中受到滑动摩擦力,其与相对位移的乘积等于木箱与地面系统增加的内能,即 U=60×10 J=600 J,由能量守恒定律可得Ek=W推-U=80×10 J-600 J=200 J,故B正确。
5.如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。开始时活塞被销钉固定,现将销钉拔掉,活塞最终静止在距原位置下方h处,设活塞移动前后甲气室中气体内能的变化量为ΔU,不计气体重心改变的影响,下列说法正确的是(　B　)
A.ΔU=mgh
B.ΔU>mgh
C.ΔUD.以上三种情况均有可能
解析:甲气室中气体体积减小,外界对它做正功,其中包括mgh和乙气室中气体分子对活塞做的功W乙,且为正功,则有ΔU=mgh+W乙,故B正确。
能力提升练
6.如图所示为一种磁力“永动机”,在斜坡顶上放一块强磁体,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁体的吸引,小铁球就会向上运动,当小铁球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜面向下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以对外做功,然后又被磁体吸引回到上端,到小孔P处又掉下。关于该“永动机”,下列说法正确的是(　D　)
A.符合理论规律,一定可以实现,只是实现时间早晚的问题
B.如果忽略斜面的摩擦,该“永动机”一定可以实现
C.如果忽略斜面的摩擦,铁球质量较小,磁体磁性又较强,则该“永动机”可以实现
D.违背能量守恒定律,不可能实现
解析:铁球上升过程中,磁场力对铁球做正功,铁球的机械能增加;但铁球下落时,同样也受到磁场力,而且磁场力做负功,这个负功与上升过程的正功在数值上相等,可知该“永动机”不可能实现,故D正确。
7.如图为某款太阳能小车,组装成功后质量约为130 g,太阳直射时行驶速度约为 0.25 m/s,行驶过程中所受阻力约为车重的。已知太阳与地球之间的平均距离约为1.5×1011 m,太阳每秒辐射的能量约为3.9×1026 J,太阳光传播到达地面的过程中大约有37%的能量损耗,太阳能电池有效受光面积约为15 cm2,重力加速度g取10 m/s2,则该车所用太阳能电池将太阳能转化为机械能的效率约为(　A　)
A.5% B.10% C.20% D.30%
解析:由题意可知,驱动该太阳能小车正常行驶时所需要的机械功率为P机=Fv=F阻v=mgv,代入数据可得P机=0.065 W,该太阳能小车接收太阳光的功率为P=×S×(1-37%),其中P总=
=3.9×1026 W,r=1.5×1011 m,S=15 cm2=0.001 5 m2,代入数据解得P≈1.304 W,该车所用太阳能电池将太阳能转化为机械能的效率约为η=×100%=×100%≈5%,故选A。
8.如图,风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮转动形成的圆面,设空气密度为ρ,风的动能有50% 转化为风车的动能,风车带动水车将水提高到h的高度,效率为80%,求单位时间内最多可提升的水的质量m。
解析:设在t时间内吹在风车上的空气的质量为m0,则
m0=πd2·vt·ρ,
风的动能Ek=m0v2=πd2v3tρ,
由能量守恒定律可得πd2v3tρ×50%×80%=mgh,
则=,
则单位时间内最多可提升的水的质量为。
答案:
9.绝热的活塞与汽缸之间封闭一定质量的理想气体,汽缸开口向上置于水平面上,活塞与汽缸壁之间无摩擦,缸内气体的内能UP=72 J,如图甲所示。已知活塞面积S=5×10-4 m2,其质量为m=1 kg,大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,如果通过电热丝给封闭气体缓慢加热,活塞由原来的P位置移动到Q位置,此过程封闭气体的VT图像如图乙所示,且知气体内能与热力学温度成正比。求:
(1)封闭气体最后的体积。
(2)封闭气体吸收的热量。
解析:(1)以气体为研究对象,根据盖吕萨克定律,有
=,
解得VQ=6×10-4 m3。
(2)由气体的内能与热力学温度成正比可得
=,
解得UQ=108 J,
气体内能的变化量为ΔU=UQ-UP,
活塞从P位置缓慢移动到Q位置,活塞受力平衡,气体为等压变化,以活塞为研究对象,有
pS=p0S+mg,
解得p=p0+=1.2×105 Pa,
外界对气体做功W=-p(VQ-VP)=-24 J,
由热力学第一定律ΔU=Q+W,
得气体变化过程吸收的总热量为Q=60 J。
答案:(1)6×10-4 m3　(2)60 J4　能量守恒定律
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.了解能量守恒定律的探索过程。 2.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。 3.知道“第一类永动机”是不可能制成的。 1.核心素养 体会能量守恒定律的建立过程及重要意义。 2.关键能力 通过能量守恒定律的应用,体验科学家探究规律的艰辛与执着。
知识点一　能量守恒定律
思考讨论
1.阅读课本并查阅资料,了解能量守恒定律的探索过程并简要概括。
2.能量守恒定律的内容是什么 有什么意义
答案:略
科学思维
1.思考判断
(1)各种能量之间可以转移或转化,但总量保持不变。(　√　)
(2)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能凭空消失了。(　×　)
(3)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等。(　√　)
2.请说出在下列过程中的能量转化关系。
(1)在水平道路上行驶的汽车,发动机熄火后慢慢停下来。
(2)条形磁体下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生感应电流。
(3)火药爆炸产生燃气,子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,射穿一块钢板后,速度减小。
解析:(1)在水平道路上行驶的汽车,发动机熄火后慢慢停下来的过程中,汽车受到的阻力做负功,汽车的机械能转化为内能。
(2)条形磁体下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生感应电流,机械能转化为电能。
(3)火药爆炸产生燃气,化学能转化为内能;子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,燃气推力做功,内能转化为机械能;子弹射穿一块钢板后,速度减小,阻力做负功,机械能转化为内能。
答案:见解析
知识点二　不可能制成永动机
情境探究
如图展示了一个极具想象力的设想,其大意是:上面水池中的水流下来,冲击叶轮转动;叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动;人利用打磨轮打磨工件,同时,运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水,就能通过水的上下循环,使机器不停地工作。
探究:(1)从上面水池中流下来的水,能否被水泵全部抽送到上面水池中 说明理由。
(2)这个设想曾得到不少人的赞许,并把这个装置誉为“永动机”。请运用掌握的知识,说明这个装置是否真能“永动”。
答案:(1)不能;因为上面水池中水的重力势能只有部分转化为叶轮的动能,而叶轮的动能部分用来打磨工件及克服摩擦力做功,不会全部供给水泵用来抽水。
(2)不能,由于能量的损耗,水泵不能把流下来的水全部抽送到上面水池中,随着时间推移,该装置就会停止运转。
科学思维
思考判断
(1)“第一类永动机”不可能制成,是因为找不到合适的材料和合理的设计方案。(　×　)
(2)“第一类永动机”不可能制成,是因为它违背了能量守恒定律。(　√　)
要点一　对能量守恒定律的理解
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。
3.各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件,而某种或几种形式的能的守恒是有条件的。例如:物体的机械能守恒,必须是只有重力或弹力做功。
4.意义:能量守恒定律的发现,使人们进一步认识到,任何一部机器,只要对外做功,都要消耗能量,都只能使能量从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而不能无中生有地创造能量。不消耗能量,却可以源源不断地对外做功的机器(“第一类永动机”)是不可能制成的。
[例1] 有关能量守恒定律,下列说法正确的是(　D　)
A.只适用于机械能与内能的相互转化
B.只适用于能量转化过程
C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律
D.根据能量守恒定律,宇宙中的能量总和不变
解析:能量守恒定律是自然界普遍遵循的一个规律,适用于一切能量和一切物理过程,故D正确,A、B、C错误。
要点二　能量守恒定律的应用
[例2] 质量m=0.01 kg的铅弹以速度v0=200 m/s水平射入质量M=2 kg的靶中未穿出。靶原来静止在光滑的水平面上,并可自由滑动。已知铅弹的比热容c=1.3×102 J/(kg·℃),若铅弹射入靶的过程中,机械能的损失有50%转化为铅弹的内能,铅弹的温度将升高多少
解析:设铅弹射入靶中后的共同速度为v,
由动量守恒定律可得mv0=(M+m)v,
机械能的损失为ΔE=m-(M+m)v2,
铅弹的内能为Q=50%ΔE,
设铅弹的温度升高Δt,则有Q=cmΔt,
代入数据联立解得Δt≈77 ℃。
答案:77 ℃
[针对训练] 某类潮汐发电示意图如图所示。涨潮时开闸门,水由通道进入海湾水库蓄水,待水面升至最高点时关闭闸门。落潮时开闸门放水发电。设海湾水库的面积为5.0×108 m2,平均潮差为3.0 m,一天涨、落潮两次,发电的平均能量转化率为10%,水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 m/s2,则一天内发电的平均功率约为(　B　)
A.2.6×104 kW B.5.2×104 kW
C.2.6×105 kW D.5.2×105 kW
解析:发电时水减少的重力势能ΔEp=mg·=ρShg·,一天发电两次,转化成的电能E=2ΔEp×10%,所以P=≈5.2×104 kW,故B正确。
素养测练　　　　　　 　　　　　 　　　　　
基础巩固练
考点一　对能量守恒定律的理解
1.(绍兴检测)下列关于能量转化现象的说法正确的是(　B　)
A.用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B.电灯发光是电能转化为光能
C.核电站发电是电能转化为内能
D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是动能转化为内能
解析:用太阳灶烧水是太阳能转化为内能,故A错误;电灯发光是电能转化为光能,故B正确;核电站发电是核能转化为电能,故C错误;生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是化学能转化为内能,故D错误。
2.一种冷暖两用型空调在制热时,每消耗1 J电能,放出约3 J的热量。下列说法正确的是(　D　)
A.空调制热过程产生了新能量
B.空调制热时放出的热量全部是由电能转化而来的
C.此过程违反了能量守恒定律
D.空调制热时放出的热量,一部分是由电能转化而来,另一部分则是从外界吸收
解析:该空调向室内放出的热量,一部分是通过电流做功,消耗电能转化而来,另一部分则是从外界吸收,因此并不违反能量守恒定律,故选项D正确,A、B、C错误。
考点二　能量守恒定律的应用
3.如图所示为冲击摆实验装置,一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定高度,则下列有关能的转化的说法正确的是(　D　)
A.子弹的动能转化成沙箱和子弹的内能
B.子弹的动能转化成了沙箱和子弹的势能
C.子弹的动能转化成了沙箱和子弹的动能
D.子弹的动能一部分转化成沙箱和子弹的内能,另一部分转化成沙箱和子弹的机械能
解析:子弹在射入沙箱瞬间,要克服摩擦阻力做功,有一部分动能转化成沙箱和子弹的内能,另一部分动能转化成沙箱和子弹的机械能,故选D。
4.一木箱静止于水平面上,现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m,木箱受到的摩擦力为 60 N,则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(　B　)
A.U=200 J,Ek=600 J
B.U=600 J,Ek=200 J
C.U=600 J,Ek=800 J
D.U=800 J,Ek=200 J
解析:由于木箱在运动中受到滑动摩擦力,其与相对位移的乘积等于木箱与地面系统增加的内能,即 U=60×10 J=600 J,由能量守恒定律可得Ek=W推-U=80×10 J-600 J=200 J,故B正确。
5.如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。开始时活塞被销钉固定,现将销钉拔掉,活塞最终静止在距原位置下方h处,设活塞移动前后甲气室中气体内能的变化量为ΔU,不计气体重心改变的影响,下列说法正确的是(　B　)
A.ΔU=mgh
B.ΔU>mgh
C.ΔUD.以上三种情况均有可能
解析:甲气室中气体体积减小,外界对它做正功,其中包括mgh和乙气室中气体分子对活塞做的功W乙,且为正功,则有ΔU=mgh+W乙,故B正确。
能力提升练
6.如图所示为一种磁力“永动机”,在斜坡顶上放一块强磁体,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁体的吸引,小铁球就会向上运动,当小铁球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜面向下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以对外做功,然后又被磁体吸引回到上端,到小孔P处又掉下。关于该“永动机”,下列说法正确的是(　D　)
A.符合理论规律,一定可以实现,只是实现时间早晚的问题
B.如果忽略斜面的摩擦,该“永动机”一定可以实现
C.如果忽略斜面的摩擦,铁球质量较小,磁体磁性又较强,则该“永动机”可以实现
D.违背能量守恒定律,不可能实现
解析:铁球上升过程中,磁场力对铁球做正功,铁球的机械能增加;但铁球下落时,同样也受到磁场力,而且磁场力做负功,这个负功与上升过程的正功在数值上相等,可知该“永动机”不可能实现,故D正确。
7.如图为某款太阳能小车,组装成功后质量约为130 g,太阳直射时行驶速度约为 0.25 m/s,行驶过程中所受阻力约为车重的。已知太阳与地球之间的平均距离约为1.5×1011 m,太阳每秒辐射的能量约为3.9×1026 J,太阳光传播到达地面的过程中大约有37%的能量损耗,太阳能电池有效受光面积约为15 cm2,重力加速度g取10 m/s2,则该车所用太阳能电池将太阳能转化为机械能的效率约为(　A　)
A.5% B.10% C.20% D.30%
解析:由题意可知,驱动该太阳能小车正常行驶时所需要的机械功率为P机=Fv=F阻v=mgv,代入数据可得P机=0.065 W,该太阳能小车接收太阳光的功率为P=×S×(1-37%),其中P总=
=3.9×1026 W,r=1.5×1011 m,S=15 cm2=0.001 5 m2,代入数据解得P≈1.304 W,该车所用太阳能电池将太阳能转化为机械能的效率约为η=×100%=×100%≈5%,故选A。
8.如图,风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮转动形成的圆面,设空气密度为ρ,风的动能有50% 转化为风车的动能,风车带动水车将水提高到h的高度,效率为80%,求单位时间内最多可提升的水的质量m。
解析:设在t时间内吹在风车上的空气的质量为m0,则
m0=πd2·vt·ρ,
风的动能Ek=m0v2=πd2v3tρ,
由能量守恒定律可得πd2v3tρ×50%×80%=mgh,
则=,
则单位时间内最多可提升的水的质量为。
答案:
9.绝热的活塞与汽缸之间封闭一定质量的理想气体,汽缸开口向上置于水平面上,活塞与汽缸壁之间无摩擦,缸内气体的内能UP=72 J,如图甲所示。已知活塞面积S=5×10-4 m2,其质量为m=1 kg,大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,如果通过电热丝给封闭气体缓慢加热,活塞由原来的P位置移动到Q位置,此过程封闭气体的VT图像如图乙所示,且知气体内能与热力学温度成正比。求:
(1)封闭气体最后的体积。
(2)封闭气体吸收的热量。
解析:(1)以气体为研究对象,根据盖吕萨克定律,有
=,
解得VQ=6×10-4 m3。
(2)由气体的内能与热力学温度成正比可得
=,
解得UQ=108 J,
气体内能的变化量为ΔU=UQ-UP,
活塞从P位置缓慢移动到Q位置,活塞受力平衡,气体为等压变化,以活塞为研究对象,有
pS=p0S+mg,
解得p=p0+=1.2×105 Pa,
外界对气体做功W=-p(VQ-VP)=-24 J,
由热力学第一定律ΔU=Q+W,
得气体变化过程吸收的总热量为Q=60 J。
答案:(1)6×10-4 m3　(2)60 J

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