2019-2020年高中物理 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3-31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UQW，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，U>0，表示內(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，U>0，Q>0，等壓壓縮時(shí)符號(hào)相反，在等容過(guò)程中，W0，UQ，在等溫過(guò)程中，U0，WQ4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)氣體向外界放熱200 J，缸內(nèi)氣體的(A)A溫度升高，內(nèi)能增加600 JB溫度升高，內(nèi)能減少200 JC溫度降低，內(nèi)能增加600 JD溫度降低，內(nèi)能減少200 J解析：由熱力學(xué)第一定律，UQW200 J800 J600 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，UWQ，物體內(nèi)能的變化與做功及熱傳遞兩個(gè)因素均有關(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)能減小塑料瓶變扁時(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，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UWQ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UWQ，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)，U0，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UWQ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UWQ，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平行于縱坐標(biāo)軸，ab的延長(zhǎng)線(xiàn)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)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U，動(dòng)能變化量為Ek；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W10W2W3EkW2W3QUW3QU其中，正確的是(B)A BC D解析：由動(dòng)能定理可知W2W3W1Ek，其中W1pV左pV右0，可知、正確由熱力學(xué)第一定律UWQ得UW3Q，可知正確、錯(cuò)誤綜合以上分析可知B正確