1、2.热力学第一定律3.能量守恒定律一、热力学第一定律一、热力学第一定律【思考思考】问题问题1:1:这个机械的动力力矩大于阻力力矩吗这个机械的动力力矩大于阻力力矩吗?问题问题2:2:这个机械能自动地转动下去永不停止吗这个机械能自动地转动下去永不停止吗?提示提示:1.1.不大于不大于,总动力力矩的和不大于总阻力力矩的和。总动力力矩的和不大于总阻力力矩的和。2.2.不能不能,因为违反了能量守恒定律。因为违反了能量守恒定律。1.1.改变内能的两种方式改变内能的两种方式:做功与做功与_。两者在改变系统内能方面是。两者在改变系统内能方面是_。2.2.热力学第一定律热力学第一定律:(1)(1)内容内容:一个
2、热力学系统的内能增量等于外界向它传递的一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_与外界对它与外界对它_的和。的和。(2)(2)数学表达式数学表达式:U=_:U=_。传热传热等效的等效的热量热量所做的功所做的功Q+WQ+W二、能量守恒定律二、能量守恒定律1.1.内容内容:能量既不会凭空产生能量既不会凭空产生,也不会凭空消失也不会凭空消失,它只能从一种形式它只能从一种形式_为另为另一种形式一种形式,或者从一个物体或者从一个物体_到别的物体到别的物体,在转化或转移的过程中能量的总在转化或转移的过程中能量的总量量_。2.2.意义意义:(1)(1)各种形式的能可以各种形式的能可以_。(2)(2)各种物
3、理现象可以用各种物理现象可以用_联系在一起。联系在一起。转化转化转移转移保持不变保持不变相互转化相互转化能量守恒定律能量守恒定律一热力学第一定律的应用一热力学第一定律的应用1.1.对公式对公式U=Q+WU=Q+W中中UU、Q Q、W W符号的规定符号的规定:符号符号Q QW WUU+物体吸收热量物体吸收热量外界对物体做功外界对物体做功内能增加内能增加-物体放出热量物体放出热量物体对外界做功物体对外界做功内能减少内能减少2.2.几种特殊情况几种特殊情况:(1)(1)若过程是绝热的若过程是绝热的,即即Q=0,Q=0,则则U=W,U=W,物体内能的增加量等于外界对物体做的物体内能的增加量等于外界对物
4、体做的功。功。(2)(2)若过程中不做功若过程中不做功,即即W=0,W=0,则则U=Q,U=Q,物体内能的增加量等于物体从外界吸收物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。的热量。(3)(3)若过程的始末状态物体的内能不变若过程的始末状态物体的内能不变,即即U=0,U=0,则则W=-Q(W=-Q(或或Q=-W),Q=-W),外界对物体外界对物体做的功等于物体放出的热量做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。3.3.判断是否做功的方法判断是否做功的方法:一般情况下外界对物体做功与否一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是需看物体
5、的体积是否变化。否变化。(1)(1)若物体体积增大若物体体积增大,表明物体对外界做功表明物体对外界做功,W0,W0,W0。(6)验证：一维碰撞中的动量守恒(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比2作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射临界条件的光线振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大(2)处理方法：首先确认符合单摆模型的条件，即小球沿光滑圆弧运动，小球受重力、轨道支持力，此支持力类似单摆中的摆线拉力，此装置可称为“类单摆”；然后寻找等效摆长l及等效加速度g；最后利用公式T2lg或简谐运动规律分析求解问题3能量
6、转化2当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了(1)实质：电流做功的实质是电场力对电荷做正功，电势能转化为其他形式的能的过程(1)定义：自由电荷的定向移动形成电流3竖直面内的圆周运动问题，涉及知识面比较广，既有临界问题，又有能量守恒的问题(2)受迫振动系统中的能量转化不再只有系统内部动能和势能的转化，还有驱动力对系统做正功补偿系统因克服阻力而损失的机械能(2)方向：规定为正电荷定向移动的方向(2)注意峰值公式EmnBS中的S为有效面积一、电流、欧姆定律【思考思考讨论讨论】如图所示如图所示,一
7、定质量的理想气体由一定质量的理想气体由a a状态变化到状态变化到b b状态状态,请在图像基础上思考请在图像基础上思考以下问题以下问题:讨论讨论:(1)(1)在变化过程中是气体对外做功在变化过程中是气体对外做功,还是外界对气体做功还是外界对气体做功?(2)(2)在变化过程中气体吸热在变化过程中气体吸热,还是向外放热还是向外放热?气体内能增加了气体内能增加了,还是减少了还是减少了?提示提示:(1)(1)由图可知由图可知,气体的变化为等压膨胀气体的变化为等压膨胀,一定是对外做功。一定是对外做功。(2)(2)由日常经验可知由日常经验可知,理想气体在等压膨胀过程中需要从外界吸收热量。由盖理想气体在等压膨
8、胀过程中需要从外界吸收热量。由盖-吕萨克定律可知吕萨克定律可知,理想气体在等压膨胀过程中温度升高理想气体在等压膨胀过程中温度升高,内能一定增加。内能一定增加。【典例示范典例示范】(2019(2019全国卷全国卷)某容器中的空气被光滑活塞封住某容器中的空气被光滑活塞封住,容器和活塞绝热性能良好容器和活塞绝热性能良好,空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强大于外界。压强大于外界。现使活塞缓慢移动现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容器中空气的容器中空气的温度温度_(_(选
9、填选填“高于高于”“”“低于低于”或或“等于等于”)外界温度外界温度,容器中空气的密度容器中空气的密度_(_(选填选填“大于大于”“”“小于小于”或或“等于等于”)外界空气的密度。外界空气的密度。【解析解析】容器与活塞绝热性能良好容器与活塞绝热性能良好,容器中空气与外界不发生热交换容器中空气与外界不发生热交换(Q=0),(Q=0),活活塞移动的过程中塞移动的过程中,容器中空气压强减小容器中空气压强减小,则容器中空气正在膨胀则容器中空气正在膨胀,体积增大体积增大,对对外界做功外界做功,即即W0W0。根据热力学第一定律。根据热力学第一定律U=Q+WU=Q+W可知可知:容器中空气内能减小容器中空气内
10、能减小,温温度降低度降低,容器中空气的温度低于外界温度。根据理想气体状态方程有容器中空气的温度低于外界温度。根据理想气体状态方程有 ,又又=,=,联立解得联立解得:=:=。对容器外与容器内质量均为。对容器外与容器内质量均为m m的气体的气体,因容器中因容器中空气压强和容器外空气压强相同空气压强和容器外空气压强相同,容器内温度低于外界温度容器内温度低于外界温度,则容器中空气的则容器中空气的密度大于外界空气的密度。密度大于外界空气的密度。答案答案:低于大于低于大于pVCTmVmpCT【素养训练素养训练】1.1.一定量的气体一定量的气体,从外界吸收热量从外界吸收热量6.26.210105 5 J,J
11、,内能增加内能增加4.74.710105 5 J J。则下列说。则下列说法中正确的是法中正确的是()A.A.气体对外做功气体对外做功1.51.510105 5 J JB.B.外界对气体做功外界对气体做功1.71.710105 5 J JC.C.气体对外做功气体对外做功1.71.710105 5 J JD.D.外界对气体做功外界对气体做功1.51.510105 5 J J【解析解析】选选A A。由题意。由题意,气体吸收热量为气体吸收热量为Q=6.2Q=6.210105 5 J,J,内能增加了内能增加了U=4.7U=4.710105 5 J,J,设外界对气体做功为设外界对气体做功为W,W,根据热力
12、学第一定律根据热力学第一定律U=Q+WU=Q+W得得:W=U-Q=4.7:W=U-Q=4.710105 5 J-6.2 J-6.210105 5 J=-1.5 J=-1.510105 5 J,J,即气体对外界做功即气体对外界做功1.51.510105 5 J J。故选。故选A A。2.20192.2019年年1212月月1 1日日,粤东农批粤东农批20192019球王故里五华马拉松赛在五华粤东农批广场球王故里五华马拉松赛在五华粤东农批广场激情开跑。此次活动能圆满举行离不开一群可爱的志愿者激情开跑。此次活动能圆满举行离不开一群可爱的志愿者,他们到了午餐时间他们到了午餐时间也只是吃点自热米饭也只是
13、吃点自热米饭,对于自热米饭很多人还不是很了解对于自热米饭很多人还不是很了解,自热米饭盒内有一个自热米饭盒内有一个发热包发热包,遇水发生化学反应而产生大量热能遇水发生化学反应而产生大量热能,不需要明火不需要明火,温度可超过温度可超过100,100,盖盖上盒盖便能在上盒盖便能在10101515分钟内迅速加热食品。自热米饭的盖子上有一个透气孔分钟内迅速加热食品。自热米饭的盖子上有一个透气孔,如果透气孔堵塞如果透气孔堵塞,容易造成小型爆炸。有关自热米饭盒爆炸的说法容易造成小型爆炸。有关自热米饭盒爆炸的说法,正确的是正确的是()(3)若为周期性重复的多解问题，寻找通项式，若是出现几种解的可能性，注意每种
14、解出现的条件(3)x1、x2均为沿动量方向相对于同一参考系的位移1做功的两个必要条件：力和物体在力的方向上发生的位移确定用电器的耐压值，电容器的击穿电压最强工业探伤、双杆”模型分为两类：一类是“一动一静”，甲杆静止不动，乙杆运动，其实质是单杆问题，不过要注意问题包含着一个条件：甲杆静止、受力平衡另一种情况是两杆都在运动，对于这种情况，要注意两杆切割磁感线产生的感应电动势是相加还是相减1动量定理不仅适用于恒定的力，也适用于随时间变化的力这种情况下，动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值3适用条件：严格地说，公式只适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视
15、为质点均匀的球体可视为质点，其中r是两球心间的距离一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力也适用，其中r为球心到质点间的距离在光的干涉、衍射中，要注意光的波长，像双缝干涉中，通常是指光在真空(空气)中的波长，若装置处于其他介质中，就应取光在介质中的波长又如薄膜干涉、增透膜等，也应为在这种介质中的波长2掌握伏安特性曲线的描绘方法(1)动力学表达式：Fkx，其中“”表示回复力与位移的方向相反考点三交变电流的“四值”的比较A.A.自热米饭盒爆炸自热米饭盒爆炸,是盒内气体温度升高是盒内气体温度升高,气体分子间斥力急剧增大的结果气体分子间斥力急剧增大的结果B.B.在自热米饭盒爆炸的瞬间在自热米饭盒爆炸的瞬
16、间,盒内气体内能增加盒内气体内能增加C.C.在自热米饭盒爆炸的瞬间在自热米饭盒爆炸的瞬间,盒内气体温度降低盒内气体温度降低D.D.自热米饭盒爆炸前自热米饭盒爆炸前,盒内气体温度升高盒内气体温度升高,标志着每一个气体分子速率都增大标志着每一个气体分子速率都增大了了【解析解析】选选C C。自热米饭盒爆炸前。自热米饭盒爆炸前,盒内气体温度升高盒内气体温度升高,由分子动理论知由分子动理论知,体积不体积不变变,气体分子间作用力忽略不计气体分子间作用力忽略不计,分子间的作用力不变分子间的作用力不变,故故A A错误错误;根据热力学第根据热力学第一定律一定律,爆裂前气体温度升高爆裂前气体温度升高,内能增大内能
17、增大,突然爆裂的瞬间气体对外界做功突然爆裂的瞬间气体对外界做功,其内其内能减少能减少,温度也会有所下降温度也会有所下降,故故B B错误错误,C,C正确正确;自热米饭盒爆炸前自热米饭盒爆炸前,盒内气体温度盒内气体温度升高升高,分子平均动能增加分子平均动能增加,但并不是每一个气体分子速率都增大但并不是每一个气体分子速率都增大,故故D D错误。错误。【补偿训练补偿训练】1.(1.(多选多选)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,对外界做了对外界做了0.6 0.6 J J的功的功,则在此过程中关于气泡中的气体则在此过程中关于气泡中的气体(可视为理想气
18、体可视为理想气体),),下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.气体的内能不变气体的内能不变B.B.气体体积要减小气体体积要减小C.C.气体向外界放出的热量大于气体向外界放出的热量大于0.6 J0.6 JD.D.气体从外界吸收的热量等于气体从外界吸收的热量等于0.6 J0.6 J【解析解析】选选A A、D D。温度是分子平均动能的标志。温度是分子平均动能的标志,温度不变温度不变,则分子平均动能不则分子平均动能不变变,理想气体分子势能不计理想气体分子势能不计,故在气泡上升过程中故在气泡上升过程中,气体的内能不变气体的内能不变,故故A A正确正确;由题意知气泡对外界做功由题意知气泡对外界做功,
19、则体积变大则体积变大,B,B错误错误;由热力学第一定律可知由热力学第一定律可知:W+Q=:W+Q=U,U,气体对外做功气体对外做功,故故W=Q=0.6 J,W=Q=0.6 J,故气体从外界吸热故气体从外界吸热,吸收的热量吸收的热量Q=0.6 J,Q=0.6 J,故故C C错误、错误、D D正确。正确。2.2.一定量的气体在某一过程中一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了外界对气体做了8 810104 4 J J的功的功,气体的内能减气体的内能减少了少了1.21.210105 5 J,J,则下列各式中正确的是则下列各式中正确的是()A.W=8A.W=810104 4 J,U=1.2 J,U=1
20、.210105 5 J,Q=4 J,Q=410104 4 J JB.W=8B.W=810104 4 J,U=-1.2 J,U=-1.210105 5 J,Q=-2 J,Q=-210105 5 J JC.W=-8C.W=-810104 4 J,U=1.2 J,U=1.210105 5 J,Q=2 J,Q=210105 5 J JD.W=-8D.W=-810104 4 J,U=-1.2 J,U=-1.210105 5 J,Q=-4 J,Q=-410104 4 J J【解析解析】选选B B。因为外界对气体做功。因为外界对气体做功,W,W取正值取正值,即即W=8W=810104 4 J,J,内能减少内
21、能减少,U,U取负取负值值,即即U=-1.2U=-1.210105 5 J,J,根据根据U=Q+W,U=Q+W,可得可得Q=U-W=-1.2Q=U-W=-1.210105 5 J-8 J-810104 4 J=-2 J=-210105 5 J,B J,B正确。正确。二能量守恒定律的应用二能量守恒定律的应用1.1.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)(1)各种运动形式都有对应的能各种运动形式都有对应的能:机械运动有机械能机械运动有机械能,分子的热运动有内能分子的热运动有内能,还还有电磁能、化学能、原子能等。有电磁能、化学能、原子能等。(2)(2)各种形式的能各种形式的能,通过
22、某种力做功可以相互转化。例如通过某种力做功可以相互转化。例如,利用电炉取暖或烧水利用电炉取暖或烧水,电能转化为内能电能转化为内能;煤燃烧煤燃烧,化学能转化为内能化学能转化为内能;列车刹车后列车刹车后,轮子温度升高轮子温度升高,机械机械能转化为内能。能转化为内能。2.2.与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如,物体的机械能守恒物体的机械能守恒,必必须是只有重力或系统内的弹力做功须是只有重力或系统内的弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自它是一切自然现象都遵守的基本规律。然现象都遵守的基本规律。3.3.第一类
23、永动机失败的原因分析第一类永动机失败的原因分析:如果没有外界热源供给热量如果没有外界热源供给热量,则有则有U U2 2-U-U1 1=W,=W,就就是说是说,如果系统内能减少如果系统内能减少,即即U U2 2UU1 1,则则W0,W0,系统对外做功是要以内能减少为代价系统对外做功是要以内能减少为代价的。若想源源不断地做功的。若想源源不断地做功,就必须使系统不断回到初始状态就必须使系统不断回到初始状态,在无外界能量供在无外界能量供给的情况下是不可能的。给的情况下是不可能的。【思考思考讨论讨论】有一种所谓有一种所谓“全自动全自动”机械手表机械手表,既不需要上发条既不需要上发条,也不用任何电源也不用
24、任何电源,却能不却能不停地走下去。停地走下去。讨论讨论:(1)(1)这是不是一种永动机这是不是一种永动机?提示提示:这不是永动机。这不是永动机。(2)(2)如果不是如果不是,维持表针走动的能量是从哪儿来的维持表针走动的能量是从哪儿来的?提示提示:手表戴在手腕上手表戴在手腕上,通过手臂的运动通过手臂的运动,机械手表获得能量机械手表获得能量,供手表发条做机械供手表发条做机械运动。若将此手表长时间放置不动运动。若将此手表长时间放置不动,它就会停下来。它就会停下来。【典例示范典例示范】下列有关能量的描述正确的是下列有关能量的描述正确的是()A.“A.“又要马儿跑得快又要马儿跑得快,又要马儿不吃草又要马
25、儿不吃草”违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律B.B.工作中的电风扇工作中的电风扇,消耗的电能大于输出的机械能消耗的电能大于输出的机械能,该过程能量不守恒该过程能量不守恒C.C.滑块在粗糙的水平面上减速滑行滑块在粗糙的水平面上减速滑行,最终停了下来最终停了下来,动能消失动能消失,能量不守恒能量不守恒D.D.同时做自由落体运动的物体同时做自由落体运动的物体,质量越大质量越大,势能减少越快势能减少越快,机械能减少也越快机械能减少也越快【解析解析】选选A A。马儿跑的时候需要消耗能量。马儿跑的时候需要消耗能量,而草能够为马儿提供能量而草能够为马儿提供能量,因此因此“既要马儿跑既要马儿跑,又要马儿不吃
26、草又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律违背了能量转化和守恒定律,故故A A正确正确;工作工作中的电风扇中的电风扇,消耗的电能大于输出的机械能消耗的电能大于输出的机械能,损失的电能转化为内能损失的电能转化为内能,该过程能该过程能量仍守恒量仍守恒,故故B B错误错误;滑块在粗糙的水平面上减速滑行滑块在粗糙的水平面上减速滑行,最终停了下来最终停了下来,减小的动减小的动能转化为内能能转化为内能,能量守恒能量守恒,故故C C错误错误;同时做自由落体运动的物体同时做自由落体运动的物体,运动的快慢与运动的快慢与质量无关质量无关,减少的势能转化为动能减少的势能转化为动能,机械能不变机械能不变,故故D D错
27、误。错误。【素养训练素养训练】1.“1.“第一类永动机第一类永动机”是不可能制成的是不可能制成的,这是因为它这是因为它()A.A.不符合热力学第一定律不符合热力学第一定律B.B.做功产生的热量太少做功产生的热量太少C.C.由于有摩擦、热损失等因素的存在由于有摩擦、热损失等因素的存在D.D.找不到合适的材料和合理的设计方案找不到合适的材料和合理的设计方案【解析解析】选选A A。第一类永动机是不可能制成的。第一类永动机是不可能制成的,因为它违背了能量守恒定律因为它违背了能量守恒定律,即即热力学第一定律热力学第一定律,故故A A正确正确,B,B、C C、D D错误。错误。2.2.由能量守恒定律可知由
28、能量守恒定律可知()A.A.能量可以被消灭能量可以被消灭,也可以被创生也可以被创生B.B.因为能量是守恒的因为能量是守恒的,所以不可能发生能源危机所以不可能发生能源危机C.C.因为能量是守恒的因为能量是守恒的,所以不需要节约能源所以不需要节约能源D.D.不同形式的能量之间可以相互转化不同形式的能量之间可以相互转化【解析解析】选选D D。能量不能被创生。能量不能被创生,也不能被消灭也不能被消灭,故故A A错误错误;能量虽然是守恒的能量虽然是守恒的,总量不变总量不变,但是我们可以利用的能源是有限的但是我们可以利用的能源是有限的,故一定要注意节约能源故一定要注意节约能源,防止能防止能源危机源危机,故
29、故B B、C C错误错误;不同形式的能量之间可以相互转化不同形式的能量之间可以相互转化,总量不变总量不变,故故D D正确。正确。【补偿训练补偿训练】1.1.关于能量转化关于能量转化,以下说法中不正确的是以下说法中不正确的是()A.A.正在运转中的电风扇是机械能变成电能正在运转中的电风扇是机械能变成电能B.B.燃烧煤是化学能转变为内能燃烧煤是化学能转变为内能C.C.电热器是将电能转变为内能电热器是将电能转变为内能D.D.水力发电站是使水流的机械能转变为电能水力发电站是使水流的机械能转变为电能【解析解析】选选A A。电扇是消耗电能使风扇转动。电扇是消耗电能使风扇转动,是将电能转化为机械能是将电能转
30、化为机械能,故故A A错误错误;燃烧发生化学变化燃烧发生化学变化,产生热量产生热量,故是化学能转变为内能故是化学能转变为内能,故故B B正确正确;电热器是通电电热器是通电后发热后发热,消耗电能消耗电能,产生热能产生热能,故故C C正确正确;水力发电站利用水流的机械能产生电能水力发电站利用水流的机械能产生电能,故故D D正确。正确。2.2.如图所示如图所示,直立容器内部有被隔板隔开的直立容器内部有被隔板隔开的A A和和B B两部分气体两部分气体,A,A的密度较小的密度较小,B,B的的密度较大密度较大,抽去隔板抽去隔板,加热气体加热气体,使两部分气体均匀混合使两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸
31、设在此过程中气体吸收的热量为收的热量为Q,Q,气体内能增量为气体内能增量为U,U,则则()A.U=QA.U=QB.UQB.UQC.UQD.D.无法比较无法比较【解析解析】选选B B。据题意。据题意,A,A的密度小的密度小,B,B的密度大的密度大,两气体均匀混合后整体的重心升两气体均匀混合后整体的重心升高高,重力势能增加重力势能增加,吸收的热量一部分用来增加内能吸收的热量一部分用来增加内能,一部分用来增加系统的重一部分用来增加系统的重力势能力势能,所以所以:UQ:UQ。故。故B B正确。正确。【拓展例题拓展例题】考查内容考查内容:热力学第一定律与气体实验定律的综合应用热力学第一定律与气体实验定律
32、的综合应用【典例典例】(多选多选)如图所示如图所示,质量一定的活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸质量一定的活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内内,活塞与汽缸壁之间无摩擦。活塞与汽缸壁之间无摩擦。a a态时气体温度态时气体温度80,b80,b态时气体温度是态时气体温度是20 20。气体从气体从a a态缓慢变到态缓慢变到b b态的过程中态的过程中,大气压强始终保持不变大气压强始终保持不变,活塞保持平衡活塞保持平衡,下列下列说法中正确的是说法中正确的是()A.A.从从a a态到态到b b态的过程中外界对气体做的功一定小于气体向外界释放的热量态的过程中外界对气体做的功一定小于气体向外界释放的热量B.a
33、B.a态与态与b b态的气体分子在单位面积上对活塞的作用力相等态的气体分子在单位面积上对活塞的作用力相等C.aC.a态气体分子的平均动能一定比态气体分子的平均动能一定比b b态气体分子的平均动能大态气体分子的平均动能大D.D.气体放出的热量等于气体减少的内能与活塞减少的重力势能之和气体放出的热量等于气体减少的内能与活塞减少的重力势能之和【解析解析】选选A A、B B、C C。不计分子间相互作用的势能。不计分子间相互作用的势能,温度低内能就小温度低内能就小,根据热力根据热力学第一定律知从学第一定律知从a a态到态到b b态的过程中外界对气体做的功一定小于气体向外界释态的过程中外界对气体做的功一定
34、小于气体向外界释放的热量放的热量,A,A正确正确;由于压强不变由于压强不变,所以所以a a态与态与b b态的气体分子在单位面积上对活态的气体分子在单位面积上对活塞的作用力相等塞的作用力相等,B,B正确正确;温度是平均动能的标志温度是平均动能的标志,所以所以a a态气体分子的平均动能态气体分子的平均动能一定比一定比b b态气体分子的平均动能大态气体分子的平均动能大,C,C正确正确;气体放出的热量气体放出的热量=气体减少的内能气体减少的内能-活塞减少的重力势能活塞减少的重力势能-大气压力做功大气压力做功,D,D错误。错误。【课堂回眸课堂回眸】课堂检测课堂检测素养达标素养达标1.1.在热力学第一定律
35、表达式在热力学第一定律表达式U=W+QU=W+Q中中,关于各个物理量的正负关于各个物理量的正负,下列说法正确下列说法正确的是的是()A.A.外界对物体做功时外界对物体做功时W W为正为正,吸热时吸热时Q Q为负为负,内能增加时内能增加时UU为正为正B.B.物体对外界做功时物体对外界做功时W W为负为负,吸热时吸热时Q Q为正为正,内能增加时内能增加时UU为负为负C.C.物体对外界做功时物体对外界做功时W W为负为负,吸热时吸热时Q Q为正为正,内能增加时内能增加时UU为正为正D.D.外界对物体做功时外界对物体做功时W W为负为负,吸热时吸热时Q Q为负为负,内能增加时内能增加时UU为负为负【解
36、析解析】选选C C。在热力学第一定律。在热力学第一定律:U=W+Q:U=W+Q中中,外界对物体做功时外界对物体做功时W W为正的为正的,物体物体对外界做功时对外界做功时W W为负的为负的;物体吸热时物体吸热时Q Q为正的为正的,放热时放热时Q Q为负的为负的;内能增加时内能增加时UU为为正的正的,内能减少时内能减少时UU为负的为负的;故选故选C C。2.2.关于能量转化与守恒的理解关于能量转化与守恒的理解,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.A.能量是守恒的能量是守恒的,不可能消失不可能消失,所以不会发生能源危机所以不会发生能源危机B.B.能量既会凭空产生能量既会凭空产生,也会凭空消失
37、也会凭空消失C.C.能量可以从一种形式转化为另一种形式能量可以从一种形式转化为另一种形式D.D.能量在转化的过程中能量在转化的过程中,能量在数量上会减少能量在数量上会减少【解析解析】选选C C。能量虽然是守恒的。能量虽然是守恒的,总量不变总量不变,但是我们可以利用的能源是有限但是我们可以利用的能源是有限的的,随着可利用能源的消耗随着可利用能源的消耗,能量可以利用的品质降低了能量可以利用的品质降低了,所以会有能源危机所以会有能源危机,故故A A错误错误;根据能量守恒定律可知根据能量守恒定律可知,能量既不会凭空消失能量既不会凭空消失,也不会凭空产生也不会凭空产生,它只能它只能从一种形式转化为另一种
38、形式从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体转移到另一个物体,在转移和转在转移和转化过程中化过程中,能的总量保持不变能的总量保持不变,故故B B、D D错误错误,C,C正确。正确。3.3.如图所示如图所示,一导热性能良好的金属汽缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢一导热性能良好的金属汽缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土地向活塞上倒一定质量的沙土,忽略环境温度的变化忽略环境温度的变化,在此过程中在此过程中()A.A.单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多B.B.汽缸内大量分子撞击汽缸壁的平均作用
39、力增大汽缸内大量分子撞击汽缸壁的平均作用力增大C.C.汽缸内大量分子的平均动能增大汽缸内大量分子的平均动能增大D.D.气体的内能增大气体的内能增大【解析解析】选选A A。金属汽缸导热性能良好。金属汽缸导热性能良好,由于热交换由于热交换,汽缸内封闭气体温度与环汽缸内封闭气体温度与环境温度相同境温度相同,过程为等温压缩过程为等温压缩,压强增大压强增大,体积减小体积减小,则单位时间内撞击汽缸壁单则单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多位面积上的分子数增多,故故A A正确正确;气体温度不变气体温度不变,温度是分子平均动能的标志温度是分子平均动能的标志,分子平均动能不变分子平均动能不变,汽缸内大量分
40、子撞击气缸壁的平均作用力不变汽缸内大量分子撞击气缸壁的平均作用力不变,故故B B、C C错误错误;由于热交换由于热交换,汽缸内封闭气体温度与环境温度相同汽缸内封闭气体温度与环境温度相同,保持不变保持不变,分子平均动能不分子平均动能不变变,理想气体分子势能忽略理想气体分子势能忽略,故气体内能不变故气体内能不变,故故D D错误。错误。【新思维新思维新考向新考向】情境情境:如图为某同学设计的一个温度计如图为某同学设计的一个温度计,一金属球形容器上部有一开口的玻璃管一金属球形容器上部有一开口的玻璃管,玻璃管内水银柱封闭着一定质量的理想气体玻璃管内水银柱封闭着一定质量的理想气体,外界大气压保持不变。外界
41、大气压保持不变。问题问题:(1)(1)当水银柱缓慢上升时当水银柱缓慢上升时,容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力_(_(选填选填“增大增大”“”“不变不变”或或“减小减小”),),气体对外做功气体对外做功_(_(选填选填“大于大于”“”“等于等于”或或“小于小于”)吸收的热量。吸收的热量。(2)(2)如果玻璃管内部横截面积为如果玻璃管内部横截面积为S,S,当外界热力学温度为当外界热力学温度为T T1 1时时,空气柱长度为空气柱长度为l1 1,现现把容器浸在热力学温度为把容器浸在热力学温度为T T2 2的热水中的热水中,空气柱长度变为空气柱长度
42、变为l2 2,不计容器的热胀冷缩不计容器的热胀冷缩,试求该容器球形部分内部的容积试求该容器球形部分内部的容积V V。【解析解析】(1)(1)封闭气体的压强封闭气体的压强p=pp=p0 0+gh,+gh,水银柱的长度不变水银柱的长度不变,压强不变压强不变,容器内容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力不变壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力不变;水银柱缓慢上升时水银柱缓慢上升时,气体体积气体体积增大增大,气体对外界做功气体对外界做功(W0),(W0),(U0),再根据热力学第一定律再根据热力学第一定律:U=Q+W0,:U=Q+W0,即即Q-W0,Q-W0,所以所以Q|W|,Q|W|,即气即
43、气体对外做功小于吸收的热量。体对外做功小于吸收的热量。(2)(2)气体初状态体积为气体初状态体积为V V1 1=V+=V+l1 1S,S,温度为温度为T T1 1气体末状态体积为气体末状态体积为V V2 2=V+=V+l2 2S,S,温度为温度为T T2 2气体等压变化气体等压变化,根据盖根据盖-吕萨克定律吕萨克定律:pVCT1212VVTT代入数据解得代入数据解得:即该容器球形部分内部的容积为即该容器球形部分内部的容积为 。答案答案:(1)(1)不变小于不变小于(2)(2)211221TT SVTTll211221TT STTll211221TT STTll课时素养评价课时素养评价九热力学第
44、一定律能量守恒定律九热力学第一定律能量守恒定律【基础达标基础达标】(25(25分钟分钟6060分分)一、选择题一、选择题(本题共本题共6 6小题小题,每题每题6 6分分,共共3636分分)1.1.关于一定质量的气体关于一定质量的气体,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.气体放出热量气体放出热量,其内能一定减小其内能一定减小B.B.气体对外做功气体对外做功,其内能一定减小其内能一定减小C.C.气体的温度降低气体的温度降低,每个分子热运动的动能一定减小每个分子热运动的动能一定减小D.D.气体的温度降低气体的温度降低,分子热运动的平均动能一定减小分子热运动的平均动能一定减小【解析解析】选选D
45、 D。根据热力学第一定律。根据热力学第一定律U=W+QU=W+Q可知可知,气体放出热量气体放出热量(Q0),(Q0),但气体但气体做功不明确做功不明确,其内能不一定减小其内能不一定减小,故故A A错误错误;根据热力学第一定律根据热力学第一定律U=W+QU=W+Q可知可知,气体对外做功气体对外做功(W0),(W0,:U=200 J-80 J=120 J0,故故内能增加内能增加,增加了增加了120 J120 J。答案答案:增加增加1201208.(148.(14分分)如图所示如图所示,有人设计了这样一台有人设计了这样一台“永动机永动机”:距地面距地面一定高度架设一个水槽一定高度架设一个水槽,水从槽
46、底的管中流出水从槽底的管中流出,冲击一个水轮冲击一个水轮机机,水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮。他指望抽水水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮。他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去机把地面水槽里的水抽上去,这样循环不已这样循环不已,机器不停地转动机器不停地转动,就可以永久地用砂轮磨制工件做功了。请你分析一下就可以永久地用砂轮磨制工件做功了。请你分析一下,高处高处水槽中水的势能转变成哪几种形式的能水槽中水的势能转变成哪几种形式的能,说明这个机器是否能够永远运动下去。说明这个机器是否能够永远运动下去。【解析解析】取顶部水槽中流出的水为研究对象取顶部水槽中流出的水为研究对象,在其从顶部水槽中流出至
47、底部水在其从顶部水槽中流出至底部水槽的过程中槽的过程中,它的重力势能一部分转化为自身的动能它的重力势能一部分转化为自身的动能,一部分转化为水轮机、抽一部分转化为水轮机、抽水机、砂轮的动能水机、砂轮的动能,一部分转化为砂轮和工件的内能一部分转化为砂轮和工件的内能,还有一部分转化为抽水机还有一部分转化为抽水机抽上的水的重力势能。由能的转化和守恒定律知抽上的水的重力势能。由能的转化和守恒定律知,抽水机抽上的水的重力势能抽水机抽上的水的重力势能必然小于流下的水的重力势能必然小于流下的水的重力势能,如果上抽的水管的横截面积大于或等于下流的如果上抽的水管的横截面积大于或等于下流的水管的横截面积水管的横截面
48、积,则根本不可能将底部水槽中的水抽至顶部水槽则根本不可能将底部水槽中的水抽至顶部水槽,即使上抽水管即使上抽水管的横截面积小于下流水管的横截面积也不一定能将水抽上去的横截面积小于下流水管的横截面积也不一定能将水抽上去,如果上抽水管比如果上抽水管比下流水管细很多且能够将底部水槽中的水抽至顶部水槽下流水管细很多且能够将底部水槽中的水抽至顶部水槽,则相等时间里抽上去则相等时间里抽上去的水也要比流下的水的质量小得多的水也要比流下的水的质量小得多,最后顶部水槽中的水很快就会流光。最后顶部水槽中的水很快就会流光。答案答案:见解析见解析【能力提升能力提升】（1515分钟分钟4040分）分）9.(69.(6分分
49、)()(多选多选)如图所示如图所示,a,a、b b、c c、d d表示一定质量的理想气体状态变化过程表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态中的四个状态,图中图中adad平行于横坐标轴平行于横坐标轴,ab,ab的延长线过原点的延长线过原点,以下说法正确的是以下说法正确的是()A.A.从状态从状态d d到到c,c,气体不吸热也不放热气体不吸热也不放热B.B.从状态从状态c c到到b,b,气体放热气体放热C.C.从状态从状态a a到到d,d,气体对外做功气体对外做功D.D.从状态从状态b b到到a,a,气体吸热气体吸热【解析解析】选选B B、C C、D D。从状态。从状态d d到到c,c,温
50、度不变温度不变,理想气体内能不变理想气体内能不变,但是由于压但是由于压强减小强减小,所以体积增大所以体积增大,对外做功对外做功,还要保持内能不变还要保持内能不变,一定要吸收热量一定要吸收热量,故选项故选项A A错错;气体从状态气体从状态c c到状态到状态b b是一个降压、降温过程是一个降压、降温过程,同时体积减小同时体积减小,外界对气体外界对气体做功做功,而气体的内能还要减小而气体的内能还要减小(降温降温)就一定要伴随放热的过程就一定要伴随放热的过程,故选项故选项B B对对;气气体从状态体从状态a a到状态到状态d d是一个等压升温的过程是一个等压升温的过程,同时体积增大同时体积增大,所以气体
