（2019）新人教版高中物理选择性必修第三册高二下学期3.2热力学第一定律3.3能量守恒定律 ppt课件.pptx

1、2热力学第一定律3能量守恒定律第三章热力学定律1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因.学习目标知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSUOYIN知识梳理一、热力学第一定律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：U .做功传热等价的热量做的功QW4.热力学第一定律的应用：(1)W的正负：外界对系统做功时，W取 值；系统对外界做功时，W取_值.(均选填“正”或“负”

2、)(2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取 值；系统向外界传递的热量Q取 值.(均选填“正”或“负”)正负正负二、能量守恒定律1.探索能量守恒的足迹2.能量守恒定律能量既不会凭空 ，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 .3.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.产生消失转化转移保持不变对外做功能量守恒定律1.判断下列说法的正误.(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加.()(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量.()(3)系统内能

3、减少，一定是系统对外界做了功.()(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的.()即学即用2.一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能_(填“增加”或“减少”)_ J.50减少一、热力学第一定律导学探究如图1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？重点探究答案内能增加了10 J；减少了10 J；没改变.图图1知识深化1.对公式对公式UQW符号的规定符号的规定符号WQU体积

4、减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.气体状态变化的几种特殊情况气体状态变化的几种特殊情况(1)绝热过程：Q0，则UW，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功.(2)等容过程：W0，则UQ，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量.(3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即U0，则WQ(或QW)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功).3.判断气体是否做功的方法判断气体是否做功的方法一般情况下看气体的体积是否变化.若气

5、体体积增大，表明气体对外界做功，W0.4.应用热力学第一定律解题的一般步骤应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、U)的正负；(2)根据方程UWQ求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况.例1一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104 J的功，气体的内能减少了1.2105 J，则下列各式正确的是A.W8104 J，U1.2105 J，Q4104 JB.W8104 J，U1.2105 J，Q2105 JC.W8104 J，U1.2105 J，Q2104 JD.W8104 J，U1.2105 J，Q4104 J解析因为

6、外界对气体做功，W取正值，即W8104 J；气体内能减少，U取负值，即U1.2105 J；根据热力学第一定律UWQ，可知QUW1.2105 J8104 J2105 J，B选项正确.例2 (2020济南市期中)如图2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2105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1105 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.

7、400 J B.1200 J C.2 000 J D.2 800 J图图2解析由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功为Wp0Sx11050.040.2 J800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为UWQ(8002 000)J1 200 J，故B正确.二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用如图3所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题：导学探究答案由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，即W0.由UWQ得Q0，即气体吸热，内能增加.知识深化热力学第一定律与理想气体状态方程结合问

8、题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功情况.气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功.(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化.一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小.(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热.由热力学第一定律UWQ，则QUW，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程例3(2020长郡中学高二月考)一定质量的理想气体，状态从ABCDA的变化过程可用如图4所示的pV图线描述，其中DA为等温线，气体在状态A时温度为TA300 K，试求：答案375 K(1)气体在状态C时的温度TC

9、；图图4解析DA为等温线，则TDTA300 K气体由C到D为等压变化，由盖吕萨克定律得：(2)若气体在AB过程中吸热1 000 J，则在AB过程中气体内能如何变化？变化了多少？答案气体内能增加了400 J解析气体由A到B为等压变化，则WpV21053103 J600 J，由热力学第一定律得UQW1 000 J600 J400 J，则气体内能增加了400 J.三、能量守恒定律永动机不可能制成导学探究(1)在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？答案能量的总量不会减少.(2)图5为一种所谓“全自动”的机械手表，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，维持

10、表针走动的能量是从哪儿来的？答案这不是永动机.手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动.若将此手表长时间放置不动，它就会停下来.图图5知识深化1.能量的存在形式及相互转化能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等.(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化.例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能.2.能量守恒的两种表达能量守恒的两种表达(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

11、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.第一类永动机不可能制成的原因分析第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由UWQ知，系统内能将减小.若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的.例4(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A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；B选项是指能量在

12、不同的物体间发生转化或转移，转化或转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移；第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，所以A、B、C正确.D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，而是转化成其他形式的能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误.1.(热力学第一定律的理解)关于内能的变化，以下说法正确的是A.物体吸收热量，内能一定增大B.物体对外做功，内能一定减少C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变随堂演练12341234解析根据热力学第一定律UWQ，物体内

13、能的变化与做功及热传递两个因素均有关.物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能还有可能不变或减少，A错误，C正确；物体对外做功，可能同时吸收热量内能还有可能不变或增大，B错误；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误.2.(能量守恒定律的应用)如图6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，则这一过程中1234A.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，水的内能不变图图6解析

14、由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；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对，A、C、D错.12343.(热力学第一定律的应用)(2020济南市期末)一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其VT图像如图7所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则1234A.ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热B.bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热C.ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热D.整个变化过程中气体的内能先减少后

15、增加图图7解析由题图中图线ab的反向延长线过坐标原点O，可知a到b过程中，气体压强不变，体积变大，气体对外做功；温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A正确.1234b到c过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B错误.c到a过程中气体温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误.整个变化过程温度先升高，后降低，最后不变，所以气体的内能先增加，后减小，最后不变，故D错误.1234.(气体实验定律和热力学第一定律的综合应用)(2020福建期末)研究表明，新

16、冠病毒耐寒不耐热，温度在超过56 C时，30分钟就可以灭活.如图8，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热汽缸下部a内，汽缸顶端有一绝热阀门K，汽缸底部接有电热丝E.a缸内被封闭气体初始温度t127 C，活塞位于汽缸中央，与底部的距离h160 cm，活塞和汽缸间的摩擦不计.4图图8答案病毒能被灭(1)若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离h266 cm，持续30分钟后，试分析说明a内新冠病毒能否被灭活？解析设活塞横截面积为S，则对a气体，初态V1Sh1，T1(t1273) K300 K；末态V2Sh2，T2(t2273) K阀门K打开，加热过程a气体做等压变化，由盖吕

17、萨克定律得1234联立解得t257 C因57 C56 C，所以a内病毒能被灭活.(2)若阀门K始终闭合，电热丝通电一段时间，给a缸内气体传递了Q1.0104 J的热量，稳定后气体a内能增加了U8.5103 J，求此过程气体b的内能增加量.1234答案1.5103 J解析阀门K闭合，系统绝热，a气体膨胀对b气体做功，由热力学第一定律有UaQW代入数据解得W1.5103 J对b气体，由于系统绝热，则Q0，a气体膨胀对b气体做功，由热力学第一定律得，Ub|W|1.5103 J.1234考点一热力学第一定律1.(多选)下列过程可能发生的是A.物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B.物体吸收热量，对外做

18、功，同时内能减少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，内能增加基础对点练课时对点练123456789 101112131415123456789 101112131415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.2.如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的12

19、3456789 101112131415A.温度升高，内能增加600 JB.温度升高，内能减少200 JC.温度降低，内能增加600 JD.温度降低，内能减少200 J图图1解析对一定质量的理想气体，由热力学第一定律UWQ可知，U800 J(200 J)600 J，U为正表示内能增加了600 J，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确.123456789 1011121314153.(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术.在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积

20、减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可视为理想气体，则此过程中A.封闭气体对外界做正功B.封闭气体向外界传递热量C.封闭气体分子的平均动能不变D.封闭气体从外界吸收热量123456789 101112131415解析因为不计气体的温度变化，气体分子的平均动能不变，即U0，选项C正确；因为气体体积减半，故外界对气体做功，即W0，选项A错误；根据热力学第一定律：UWQ，可知Q0，即气体向外界传递热量，选项B正确，D错误.4.(2020首都师范大学附属中学高三开学考试)如图2所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化棉，迅速向下压活塞，筒内气体被压缩后可点燃硝化棉.在筒内封闭的气体被活

21、塞压缩的过程中123456789 101112图图2131415A.气体对外界做正功，气体内能增加B.外界对气体做正功，气体内能增加C.气体的温度升高，压强不变D.气体的体积减小，压强不变解析迅速下压活塞，可看成绝热过程，外界对气体做功，内能增加，温度升高，压强增大，故选B.考点二能量守恒定律永动机不可能制成123456789 1011121314155.“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为A.它不符合机械能守恒定律B.它违背了能量守恒定律C.没有合理的设计方案D.找不到合适的材料解析第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确.123456789 1011121314156

22、.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图3所示.使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动.下列说法正确的是A.小球机械能不守恒B.小球能量正在消失C.小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D.总能量守恒，但小球的机械能减少图图3123456789 101112131415解析小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越

23、小，但总能量守恒，故C错误，D正确.123456789 1011127.如图4所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂.现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则131415A.QAQB B.QAQB D.无法确定图图4123456789 101112解析A、B升高相同的温度，根据Qcmt可知，升温需要的能量是相同的.由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能EpA，即QAQEpA；B受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量QB和减少的重力势能EpB共同用于升温，即QQBEpB

24、，显然QAQB，C正确.131415考点三气体实验定律与热力学第一定律的综合应用123456789 1011121314158.(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图5所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体A.体积减小，内能增大B.体积减小，压强减小C.对外界做负功，内能增大D.对外界做正功，压强减小图图5123456789 101112解析实际气体在温度不太低、压强不太大时可看作理想气体.充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q0，根据热力学第一定律UWQ知，内能增大，选项A、C正确；1

25、314159.(2020天津市期中)如图6所示，一定质量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c，a、c两状态温度相等.下列说法正确的是123456789 101112131415A.从状态b到状态c的过程中气体吸热B.气体在状态a的内能大于在状态c的内能C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度D.从状态a到状态b的过程中气体对外做正功图图6123456789 101112131415理想气体的内能是由温度决定的，a、c两状态温度相等，因此内能相等，而c的温度小于b的温度，因此a的温度小于b的温度，B、C错误；从状态a到状态b的过程中，气体体积膨胀，对外做功，D正确.10.

26、(多选)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，则下列关于理想气体的说法正确的是A.气体温度一定升高B.气体的内能一定减少C.气体的压强一定不变D.分子间平均距离一定增大123456789 101112131415解析气体从外界吸收热量2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，则气体内能增加1.5104 J；气体的内能增加，则温度一定升高，A正确，B错误.123456789 10111213141511.(多选)夏天，从湖底形成一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂，如图7.若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将

27、气泡内气体看作理想气体.则上升过程中，以下说法正确的是123456789 101112131415能力综合练A.气泡内气体对外界做功B.气泡内气体分子平均动能增大C.气泡内气体温度升高导致放热D.气泡内气体的压强可能不变图图7123456789 101112131415温度是分子平均动能的标志，温度升高，气泡内气体分子平均动能增大，气泡内气体内能增大，即U0，体积增大，即W0，即气泡内的气体吸热，故B正确，C错误.12.(多选)(2020山东高二期中)如图8为一消毒水简易喷洒装置，内部装有一定量的水，水上部是密封的空气，喷洒口管径细小.现保持阀门紧闭，通过打气筒再充入一些空气.设所有过程温度保

28、持不变，下列说法正确的有123456789 101112131415A.充气后，密封气体分子单位时间撞击器壁次数增多B.充气后，密封气体的分子平均动能增大C.打开阀门后，密封气体对外界做正功D.打开阀门后，密封气体从外界吸热图图8123456789 101112131415解析充气后，温度和体积不变，密封气体的分子平均动能不变，气体分子数增大，密封气体分子单位时间撞击器壁次数增多，气体压强增大，大于外界大气压强，打开阀门后，密封气体对外界做正功，且内能不变，由热力学第一定律可知密封气体从外界吸热，故A、C、D正确，B错误.13.(多选)(2020南和县第一中学高二期中)一定质量的理想气体，经历

29、如图9所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示，已知a状态的体积为2.0103 m3，则下列说法正确的是123456789 101112131415A.各状态气体体积VaVbVcVdB.bc过程中，气体吸热C.cd过程中，气体内能增加D.da过程中，外界对气体做功200 J图图9bc过程中，气体的体积变大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知气体吸热，选项B正确；cd过程中，气体温度降低，则气体内能减小，选项C错误；123456789 10111213141514.(2020安徽省二模)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的pV

30、图像如图10所示.已知该气体在状态A时的温度为27 C，气体由状态B到C过程从外界吸收热量Q300 J，求：123456789 101112131415(1)该气体在状态C时的温度；图图10答案300 K解析分析AC过程，由气体状态方程得123456789 101112131415其中TA(27327) K300 K解得TC300 K(2)该气体从状态B到状态C的过程中内能变化量.123456789 101112131415答案100 J解析分析BC过程，因为体积膨胀，故气体对外界做功WpB(VCVB)代入数据解得W200 J由热力学第一定律UWQ得U100 J15.(2020长郡中学月考)如

31、图11所示，左边圆柱形容器的横截面积为S，上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为m的活塞；右边圆柱形容器上端封闭高为H，横截面积为 .两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的.开始时阀门G关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H，右边容器内为真空.现将阀门打开，活塞缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时气体的热力学温度增加到原来热力学温度的1.3倍.已知外界大气压强为p0，求：123456789 101112131415(1)系统达到新的平衡时活塞到容器底的距离；图图11123456789 101112131415123456789 101112131415(2)此过程中容器内的气体内能的增加量U.解析设容器内的气体压强为p，取活塞为研究对象，有：p0SmgpS外界对气体所做的功为：WpS(Hx)由系统绝热有：Q0