第三章熱力學基礎 第二節(jié)熱力學第一定律第三節(jié)能量守恒定律1理解熱力學第一定律，并掌握其表達式2能運用熱力學第一定律解釋自然界能量的轉化、轉移問題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知道第一類永動機是不可能制成的1熱力學第一定律的表達式為UQW，它不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內能方式的等效性，也給出了功、熱量跟內能改變量的定量關系2應用熱力學第一定律進行計算時，要遵循各物理量的符號規(guī)定，Q>0，表示物體吸收熱量，W>0表示外界對物體做功，U>0，表示內能增加，當它們?yōu)樨撝禃r，都分別表示各自的相反過程3在解決理想氣體的等壓膨脹過程問題時，熱力學第一定律中各物理量符號為：W<0，U>0，Q>0，等壓壓縮時符號相反，在等容過程中，W0，UQ，在等溫過程中，U0，WQ4不同形式的能之間可以相互轉化，例如，電流通過導體時，電能轉化為內能，燃料燃燒時，化學能轉化為內能，熾熱的燈絲發(fā)光，內能轉化為光能5各種形式的能相互轉化過程中守恒，能量守恒定律的內容為：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體；在轉化和轉移過程中其總量不變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為“偉大的運動基本定律”，并把這一定律和細胞學說、達爾文的生物進化論稱為19世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)7第一類永動機是指不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功的機器，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)在物理學理論的發(fā)展上使經典物理學從經驗科學發(fā)展成完整的理論科學，在哲學上為辯證唯物主義自然觀提供了自然科學基礎，揭示了自然界中各種不同的運動形式是相互聯(lián)系的，且在轉化過程數(shù)量上保持守恒所以，能量守恒定律論證了物質運動的不滅性和統(tǒng)一性1如圖是密閉的氣缸，外力推動活塞壓縮氣體，對缸內氣體做功800 J，同時氣體向外界放熱200 J，缸內氣體的(A)A溫度升高，內能增加600 JB溫度升高，內能減少200 JC溫度降低，內能增加600 JD溫度降低，內能減少200 J解析：由熱力學第一定律，UQW200 J800 J600 J，內能增加600 J，則溫度一定升高，A正確2關于內能的變化，以下說法正確的是(C)A物體吸收熱量，內能一定增大B物體對外做功，內能一定減少C物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變D物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變解析：根據(jù)熱力學第一定律，UWQ，物體內能的變化與做功及熱傳遞兩個因素均有關，物體吸收熱量，內能也不一定增大，因為物體可能同時對外做功，故內能有可能不變或減少，A錯，物體對外做功，還有可能吸收熱量、內能可能不變或增大，B錯、C正確；放出熱量，同時對外做功，內能一定減少，D錯誤3密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過程中瓶內空氣(不計分子勢能)(D)A內能增大，放出熱量B內能減小，吸收熱量C內能增大，對外界做功D內能減小，外界對其做功解析：不計分子勢能時瓶內空氣的內能只與其溫度有關，溫度降低時其內能減小塑料瓶變扁時瓶內空氣體積減小，外界對其做功再由熱力學第一定律知此過程中瓶內空氣要放出熱量，故只有D正確4汽車關閉發(fā)動機后，沿斜面勻速下滑的過程中(C)A汽車的機械能守恒B汽車的動能和勢能相互轉化C汽車的機械能轉化成內能，汽車的總能量減少D汽車的機械能逐漸轉化為內能，汽車的總能量守恒解析：汽車能勻速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，機械能轉化為內能，一部分內能散發(fā)出去，汽車的總能量減少5景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點燃，對筒內封閉的氣體，在此壓縮過程中(B)A氣體溫度升高，壓強不變B氣體溫度升高，壓強變大C氣體對外界做正功，氣體內能增加D外界對氣體做正功，氣體內能減少解析：筒內封閉氣體被壓縮過程中，外界對氣體做正功由熱力學第一定律UWQ知，氣體內能增加，溫度升高由理想氣體狀態(tài)方程C知，氣體壓強增大選項A、C、D錯誤，選項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，在上滑過程中，物體和斜面組成的系統(tǒng)(BD)A機械能守恒B總能量守恒C機械能和內能增加D機械能減少，內能增加解析：物體沿斜面上滑的過程中，有摩擦力對物體做負功，所以物體的機械能減少，由能量轉化和守恒定律知，內能應增加，能的總量不變7如圖所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中設水溫均勻且恒定，筒內空氣無泄漏，不計氣體分子間的相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩緩下降過程中，筒內空氣體積減小，空氣一定(C)A從外界吸熱 B內能增大C向外界放熱 D內能減小解析：本題考查氣體性質和熱力學第一定律，由于不計氣體分子之間的相互作用，且整個過程緩慢進行，所以可看成溫度不變，即氣體內能不變，選項B、D均錯熱力學第一定律UWQ，因為在這個過程中氣體體積減小，外界對氣體做了功，式中W取正號，U0，所以Q為負，即氣體向外放熱，故選項A錯、C對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，然后提起銷子，使活塞可以無摩擦地滑動，當活塞平衡時(CD)A氫氣的溫度不變 B氫氣的壓強增加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量雖然相同，但由于氫氣的摩爾質量小，故氫氣物質的量多，又體積和溫度相同，由壓強的微觀解釋可知氫氣產生的壓強大，當拔掉銷子后，會推動活塞向氧氣一方移動，這時氫氣對外做功，又無熱傳遞，由UWQ可知，氫氣內能減少，溫度降低，對氧氣而言，體積減小，外界對它做功，由熱力學第一定律UWQ，無熱傳遞的情況下，氧氣內能增加，溫度升高9如圖所示，a、b、c、d表示一定質量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標軸，dc平行于縱坐標軸，ab的延長線過原點，以下說法不正確的是(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，理想氣體內能不變，但是由于壓強減小，所以體積增大，對外做功，要保持內能不變，一定要吸收熱量，故選項A錯；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個降壓、降溫過程，同時體積減小，外界對氣體做功，而氣體的內能還要減小(降溫)，就一定要伴隨放熱的過程，故選項B正確；氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個等壓、升溫的過程，同時體積增大，所以氣體要對外做功，選項C正確；氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個等容變化過程，隨壓強的增大，氣體的溫度升高，內能增大，而在這個過程中氣體的體積沒有變化，就沒有做功，氣體內能的增大是因為氣體吸熱的結果，故選項D正確10如圖所示的兩端開口的“U”形管中，盛有同種液體，并用閥門K將液體隔成左、右兩部分，左邊液面比右邊液面高現(xiàn)打開閥門K，從打開閥門的兩邊液面第一次平齊的過程中，液體向外放熱為Q，內能變化量為U，動能變化量為Ek；大氣對液體做功為W1，重力做功為W2，液體克服阻力做功為W3，由功能關系可得W10W2W3EkW2W3QUW3QU其中，正確的是(B)A BC D解析：由動能定理可知W2W3W1Ek，其中W1p·V左p·V右0，可知、正確由熱力學第一定律UWQ得UW3Q，可知正確、錯誤綜合以上分析可知B正確