2015-2016高中物理 第3章 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律学案 粤教版选修3-3

第三章热力学基础 第二节热力学第一定律第三节能量守恒定律1理解热力学第一定律，并掌握其表达式2能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题3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4知道第一类永动机是不可能制成的1热力学第一定律的表达式为UQW，它不仅反映了做功和热传递这两种改变内能方式的等效性，也给出了功、热量跟内能改变量的定量关系2应用热力学第一定律进行计算时，要遵循各物理量的符号规定，Q>0，表示物体吸收热量，W>0表示外界对物体做功，U>0，表示内能增加，当它们为负值时，都分别表示各自的相反过程3在解决理想气体的等压膨胀过程问题时，热力学第一定律中各物理量符号为：W<0，U>0，Q>0，等压压缩时符号相反，在等容过程中，W0，UQ，在等温过程中，U0，WQ4不同形式的能之间可以相互转化，例如，电流通过导体时，电能转化为内能，燃料燃烧时，化学能转化为内能，炽热的灯丝发光，内能转化为光能5各种形式的能相互转化过程中守恒，能量守恒定律的内容为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变6能量守恒定律是自然界中的一条普遍规律，恩格斯把这一定律称为“伟大的运动基本定律”，并把这一定律和细胞学说、达尔文的生物进化论称为19世纪自然科学的三大发现7第一类永动机是指不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器，它不可能造成的原因是违背了能量守恒定律8能量守恒定律的发现在物理学理论的发展上使经典物理学从经验科学发展成完整的理论科学，在哲学上为辩证唯物主义自然观提供了自然科学基础，揭示了自然界中各种不同的运动形式是相互联系的，且在转化过程数量上保持守恒所以，能量守恒定律论证了物质运动的不灭性和统一性1如图是密闭的气缸，外力推动活塞压缩气体，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(A)A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解析：由热力学第一定律，UQW200 J800 J600 J，内能增加600 J，则温度一定升高，A正确2关于内能的变化，以下说法正确的是(C)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，内能可能不变解析：根据热力学第一定律，UWQ，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能也不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A错，物体对外做功，还有可能吸收热量、内能可能不变或增大，B错、C正确；放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误3密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)(D)A内能增大，放出热量B内能减小，吸收热量C内能增大，对外界做功D内能减小，外界对其做功解析：不计分子势能时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有D正确4汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中(C)A汽车的机械能守恒B汽车的动能和势能相互转化C汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少D汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒解析：汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少5景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(B)A气体温度升高，压强不变B气体温度升高，压强变大C气体对外界做正功，气体内能增加D外界对气体做正功，气体内能减少解析：筒内封闭气体被压缩过程中，外界对气体做正功由热力学第一定律UWQ知，气体内能增加，温度升高由理想气体状态方程C知，气体压强增大选项A、C、D错误，选项B正确6(多选)一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统(BD)A机械能守恒B总能量守恒C机械能和内能增加D机械能减少，内能增加解析：物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少，由能量转化和守恒定律知，内能应增加，能的总量不变7如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定(C)A从外界吸热 B内能增大C向外界放热 D内能减小解析：本题考查气体性质和热力学第一定律，由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错热力学第一定律UWQ，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，U0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错、C对8(多选)如图所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时(CD)A氢气的温度不变 B氢气的压强增加C氢气的体积增大 D氧气的温度升高解析：理想气体氢气和氧气的质量虽然相同，但由于氢气的摩尔质量小，故氢气物质的量多，又体积和温度相同，由压强的微观解释可知氢气产生的压强大，当拔掉销子后，会推动活塞向氧气一方移动，这时氢气对外做功，又无热传递，由UWQ可知，氢气内能减少，温度降低，对氧气而言，体积减小，外界对它做功，由热力学第一定律UWQ，无热传递的情况下，氧气内能增加，温度升高9如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，dc平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法不正确的是(A)A从状态d到c，气体不吸热也不放热B从状态c到b，气体放热C从状态a到d，气体对外做功D从状态b到a，气体吸热解析：从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，要保持内能不变，一定要吸收热量，故选项A错；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)，就一定要伴随放热的过程，故选项B正确；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，选项C正确；气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故选项D正确10如图所示的两端开口的“U”形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高现打开阀门K，从打开阀门的两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为U，动能变化量为Ek；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得W10W2W3EkW2W3QUW3QU其中，正确的是(B)A BC D解析：由动能定理可知W2W3W1Ek，其中W1p·V左p·V右0，可知、正确由热力学第一定律UWQ得UW3Q，可知正确、错误综合以上分析可知B正确