高中物理 第3章 第2、3節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律學(xué)案 粵教版選修33

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1、 第三章　熱力學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié)　熱力學(xué)第一定律第三節(jié)　能量守恒定律 1．理解熱力學(xué)第一定律，并掌握其表達(dá)式． 2．能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題． 3．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律． 4．知道第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的． 1．熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式為ΔU＝Q＋W，它不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能方式的等效性，也給出了功、熱量跟內(nèi)能改變量的定量關(guān)系． 2．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要遵循各物理量的符號(hào)規(guī)定，Q>0，表示物體吸收熱量，W>0表示外界對(duì)物體做功，ΔU>0，表

2、示內(nèi)能增加，當(dāng)它們?yōu)樨?fù)值時(shí)，都分別表示各自的相反過(guò)程． 3．在解決理想氣體的等壓膨脹過(guò)程問(wèn)題時(shí)，熱力學(xué)第一定律中各物理量符號(hào)為：W<0，ΔU>0，Q>0，等壓壓縮時(shí)符號(hào)相反，在等容過(guò)程中，W＝0，ΔU＝Q，在等溫過(guò)程中，ΔU＝0，W＝－Q． 4．不同形式的能之間可以相互轉(zhuǎn)化，例如，電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，燃料燃燒時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，熾熱的燈絲發(fā)光，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為光能． 5．各種形式的能相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中守恒，能量守恒定律的內(nèi)容為：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中其總量不變． 6．能量守恒定律是自然界

3、中的一條普遍規(guī)律，恩格斯把這一定律稱(chēng)為“偉大的運(yùn)動(dòng)基本定律”，并把這一定律和細(xì)胞學(xué)說(shuō)、達(dá)爾文的生物進(jìn)化論稱(chēng)為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)． 7．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是指不需要任何動(dòng)力或燃料卻能不斷對(duì)外做功的機(jī)器，它不可能造成的原因是違背了能量守恒定律． 8．能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)在物理學(xué)理論的發(fā)展上使經(jīng)典物理學(xué)從經(jīng)驗(yàn)科學(xué)發(fā)展成完整的理論科學(xué)，在哲學(xué)上為辯證唯物主義自然觀提供了自然科學(xué)基礎(chǔ)，揭示了自然界中各種不同的運(yùn)動(dòng)形式是相互聯(lián)系的，且在轉(zhuǎn)化過(guò)程數(shù)量上保持守恒．所以，能量守恒定律論證了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的不滅性和統(tǒng)一性． 1．如圖是密閉的氣缸，外力推動(dòng)活塞壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800 J，同時(shí)氣體向外

4、界放熱200 J，缸內(nèi)氣體的(A) A．溫度升高，內(nèi)能增加600 J B．溫度升高，內(nèi)能減少200 J C．溫度降低，內(nèi)能增加600 J D．溫度降低，內(nèi)能減少200 J 解析：由熱力學(xué)第一定律，ΔU＝Q＋W＝－200 J＋800 J＝600 J，內(nèi)能增加600 J，則溫度一定升高，A正確． 2．關(guān)于內(nèi)能的變化，以下說(shuō)法正確的是(C) A．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大 B．物體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少 C．物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變 D．物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變 解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU＝W＋Q，物體內(nèi)能的變化與做功及熱傳遞兩個(gè)因素均有

5、關(guān)，物體吸收熱量，內(nèi)能也不一定增大，因?yàn)槲矬w可能同時(shí)對(duì)外做功，故內(nèi)能有可能不變或減少，A錯(cuò)，物體對(duì)外做功，還有可能吸收熱量、內(nèi)能可能不變或增大，B錯(cuò)、C正確；放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少，D錯(cuò)誤． 3．密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過(guò)程中瓶?jī)?nèi)空氣(不計(jì)分子勢(shì)能)(D) A．內(nèi)能增大，放出熱量 B．內(nèi)能減小，吸收熱量 C．內(nèi)能增大，對(duì)外界做功 D．內(nèi)能減小，外界對(duì)其做功 解析：不計(jì)分子勢(shì)能時(shí)瓶?jī)?nèi)空氣的內(nèi)能只與其溫度有關(guān)，溫度降低時(shí)其內(nèi)能減?。芰掀孔儽鈺r(shí)瓶?jī)?nèi)空氣體積減小，外界對(duì)其做功．再由熱力學(xué)第一定律知此過(guò)程中瓶?jī)?nèi)空氣要放出熱量，故只有D正確． 4．汽車(chē)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后

6、，沿斜面勻速下滑的過(guò)程中(C) A．汽車(chē)的機(jī)械能守恒 B．汽車(chē)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化 C．汽車(chē)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，汽車(chē)的總能量減少 D．汽車(chē)的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，汽車(chē)的總能量守恒 解析：汽車(chē)能勻速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分內(nèi)能散發(fā)出去，汽車(chē)的總能量減少． 5．景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點(diǎn)燃，對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過(guò)程中(B) A．氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變 B．氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大 C．氣體對(duì)外界做正功，氣體內(nèi)能增加 D．外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能減少 解析：筒內(nèi)封閉氣體

7、被壓縮過(guò)程中，外界對(duì)氣體做正功．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，氣體內(nèi)能增加，溫度升高．由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，氣體壓強(qiáng)增大．選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確． 6．(多選)一物體獲得一定初速度后，沿著一粗糙斜面上滑，在上滑過(guò)程中，物體和斜面組成的系統(tǒng)(BD) A．機(jī)械能守恒 B．總能量守恒 C．機(jī)械能和內(nèi)能增加 D．機(jī)械能減少，內(nèi)能增加 解析：物體沿斜面上滑的過(guò)程中，有摩擦力對(duì)物體做負(fù)功，所以物體的機(jī)械能減少，由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律知，內(nèi)能應(yīng)增加，能的總量不變． 7．如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開(kāi)口向下壓入水中．設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無(wú)泄漏，不計(jì)氣體分子間的相互作用，則被淹

8、沒(méi)的金屬筒在緩緩下降過(guò)程中，筒內(nèi)空氣體積減小，空氣一定(C) A．從外界吸熱 B．內(nèi)能增大 C．向外界放熱 D．內(nèi)能減小 解析：本題考查氣體性質(zhì)和熱力學(xué)第一定律，由于不計(jì)氣體分子之間的相互作用，且整個(gè)過(guò)程緩慢進(jìn)行，所以可看成溫度不變，即氣體內(nèi)能不變，選項(xiàng)B、D均錯(cuò)．熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中氣體體積減小，外界對(duì)氣體做了功，式中W取正號(hào)，ΔU＝0，所以Q為負(fù)，即氣體向外放熱，故選項(xiàng)A錯(cuò)、C對(duì)． 8．(多選)如圖所示，用絕熱活塞把絕熱容器隔成容積相同的兩部分，先把活塞鎖住，將質(zhì)量和溫度都相同的理想氣體氫氣和氧氣分別充入容器的兩部分，然后提起銷(xiāo)子，使活塞可以無(wú)摩擦地

9、滑動(dòng)，當(dāng)活塞平衡時(shí)(CD) A．氫氣的溫度不變 B．氫氣的壓強(qiáng)增加 C．氫氣的體積增大 D．氧氣的溫度升高 解析：理想氣體氫氣和氧氣的質(zhì)量雖然相同，但由于氫氣的摩爾質(zhì)量小，故氫氣物質(zhì)的量多，又體積和溫度相同，由壓強(qiáng)的微觀解釋可知?dú)錃猱a(chǎn)生的壓強(qiáng)大，當(dāng)拔掉銷(xiāo)子后，會(huì)推動(dòng)活塞向氧氣一方移動(dòng)，這時(shí)氫氣對(duì)外做功，又無(wú)熱傳遞，由ΔU＝W＋Q可知，氫氣內(nèi)能減少，溫度降低，對(duì)氧氣而言，體積減小，外界對(duì)它做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，無(wú)熱傳遞的情況下，氧氣內(nèi)能增加，溫度升高． 9．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(guò)程中的四個(gè)狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標(biāo)軸，dc平行于縱坐

10、標(biāo)軸，ab的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)，以下說(shuō)法不正確的是(A) 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(duì)外做功 D．從狀態(tài)b到a，氣體吸熱 解析：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(qiáng)減小，所以體積增大，對(duì)外做功，要保持內(nèi)能不變，一定要吸收熱量，故選項(xiàng)A錯(cuò)；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個(gè)降壓、降溫過(guò)程，同時(shí)體積減小，外界對(duì)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(guò)程，故選項(xiàng)B正確；氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個(gè)等壓、升溫的過(guò)程，同時(shí)體積增大，所以氣體要對(duì)外做功，選項(xiàng)C正確；氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個(gè)等容變化過(guò)程，隨壓強(qiáng)

11、的增大，氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，而在這個(gè)過(guò)程中氣體的體積沒(méi)有變化，就沒(méi)有做功，氣體內(nèi)能的增大是因?yàn)闅怏w吸熱的結(jié)果，故選項(xiàng)D正確． 10．如圖所示的兩端開(kāi)口的“U”形管中，盛有同種液體，并用閥門(mén)K將液體隔成左、右兩部分，左邊液面比右邊液面高．現(xiàn)打開(kāi)閥門(mén)K，從打開(kāi)閥門(mén)的兩邊液面第一次平齊的過(guò)程中，液體向外放熱為Q，內(nèi)能變化量為ΔU，動(dòng)能變化量為ΔEk；大氣對(duì)液體做功為W1，重力做功為W2，液體克服阻力做功為W3，由功能關(guān)系可得 ①W1＝0?、赪2－W3＝ΔEk?、踂2－W3＝Q＝ΔU?、躓3－Q＝ΔU 其中，正確的是(B) A．①②③ B．①②④ C．②③ D．①③ 解析：由動(dòng)能定理可知W2－W3＋W1＝ΔEk，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，可知①、②正確．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝W3－Q，可知④正確、③錯(cuò)誤．綜合以上分析可知B正確．