高中物理选修3-3第十章第47讲　热力学定律　能量守恒

1、第47讲热力学定律能量守恒考情 剖析(注：考纲要求及变化中代表了解和认识，代表理解和应用；命题难度中的A代表容易，B代表中等，C代表难)考查内容考纲要求及变化考查年份考查形式考查详情考试层级命题难度热力学第一定律09年填空考查热力学第一定律公式UQW的应用10年填空考查热力学第一定律公式UQW的应用11年选择考查对第二类永动机的了解以及功能间的转化和转移12年计算以理想气体等压变化为背景，考查热力学第一定律公式UQW的应用重点A或B小结及预测1.小结：热力学第一定律以选择题、填空题和计算题的形式进行考查，侧重考查对热力学第一定律的理解及对其公式的应用2预测：此知识点每年均会考查1次，预测14年

2、会考查3复习建议：建议复习时重点掌握热力学第一定律的内容，注重UQW公式的应用 知识 整合1(1)系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界_，也不向外界_，这样的过程叫做绝热过程(2)当系统从状态1经过绝热过程到达状态2时，内能的增加量UU2U1就等于_，即_当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量UU2U1就等于_，即_(3)改变物体内能的方式：_和_从效果上看，两种方式是等效的但是有本质的区别：_，_.2(1)热力学第一定律：一个热力学系统的内能增量等于_，这个关系叫做热力学第一定律，数学表达式为_(2)能量守恒定律：能量既不会_，也不会_，它只能从_，或者从_，在_的

3、过程中其总量不变(3)对能量守恒定律的理解及应用自然界中能量的存在形式：物体运动具有动能、分子运动具有分子动能、电荷运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等某个物体的能量减少，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在利用能量守恒定律解题时，要注意先搞清楚过程中有几种形式的能在转化或转移，分析初、末状态，确定E增、E减各为多少，再由E增E减列式计算3能源的利用(1)存在能量耗散和_(2)重视利用能源

4、时对_的影响(3)要开发新能源(如_、生物质能、风能、水流能等)热力学第一定律：(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和(2)表达式：WQU.(3)W、Q、U的“、”号法则物理量意义符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少(4)三种特殊情况解题方法：运用热力学第一定律确定气体内能的变化，既要分析做功又要分析热传递，一般情况下，我们可以根据气体体积膨胀还是压缩来确定气体对外界做功还是外界对气体做功，而体积变化往往要根据状态参量之间的关系来确定吸热、放热则不能根据温度的变化来确定，对于理想气体，可以直接根据温度的变化来确

5、定内能的变化吸、放热不能直接确定时，则要放在最后，根据热力学第一定律来确定，必须指出的是，一般来说系统对外界做功，表现出系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩，但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀(外界为真空时)，气体就没有克服外力做功另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能的转化与守恒来进行【典型例题1】 在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的体积不断地增大，如将泡内气体看作理想气体，则气泡在浮起的过程中()A放出热量 B吸收热量 C不吸热也不放热 D无法判断温馨提示解决有关热力学第一定律问题的思路：分析题干确定内能改变的方式(Q、W)判断

6、W、Q的符号代入公式UQW得出结论记录空间【变式训练1】 一定质量的气体吸热膨胀，保持压强不变，关于此过程中的下列说法正确的是() A气体的内能一定增加，吸收的热小于内能的增量 B气体的内能一定减小，吸收的热大于内能的增量 C气体的内能一定增加，吸收的热一定大于内能的增量 D不能确定【变式训练2】 对一定量的理想气体(不计分子势能)，下列看法正确的是() A温度不变而压强增大，则气体对外做功 B体积不变而压强减小，则内能增大 C压强不变而内能增加，则气体吸热 D分了热运动加剧而体积不变，则压强减小【典型例题2】 如图所示，内壁光滑的圆柱形气缸竖直固定在水平地面上，气缸开口向上，用面积为0.01

7、 m2的活塞密封了一定质量的空气，在活塞的上方竖直固定一支架，在支架的O点通过细线系一质量为m8 kg的小球，球心到O点的距离为L2 m活塞与支架的总质量为M12 kg，已知当地的重力加速度g取10 m/s2，大气压强p01.0×105 Pa，气缸和活塞都是绝热的现将细线拉直到水平，稳定后由静止释放小球，当小球第一次运动到最低点时，小球的瞬时速度为v7 m/s，而活塞下降了h0.2 m，且恰好速度为零求小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中气缸中的气体增加的内能E.温馨提示此题作答时，应认真分析气缸内空气的受力情况，并注意题中条件如绝热，则无热传递记录空间【变式训练3】 某汽车后

8、备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体() A对外做正功，分子的平均动能减小 B对外做正功，内能增大 C对外做负功，分子的平均动能增大 D对外做负功，内能减小 随堂 演练1一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的() A温度降低，密度增大 B温度降低，密度减小 C温度升高，密度增大 D温度升高，密度减小2对一定质量的理想气体，下列说法正确的是() A在体积不断增大的过程

9、中，气体一定对外界做功 B在压强不断增大的过程中，外界一定对气体做功 C在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加 D在与外界没有发生热交换的过程中，内能一定不变3在轮胎爆裂这一短暂过程中，关于轮胎内的气体，下列叙述正确的是() A气体膨胀，温度不变 B气体膨胀，温度升高 C气体膨胀，温度降低 D压强不变，内能增大4如图所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()第4题图 A外界对气体做功，气体内能增大 B外界对气体做功，气体内能减小 C气体对外界做功，气体内能增大 D气体对外界做功，气体内能

10、减小5如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P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()第5题图 A温度升高，内能增加600 J B温度升高，内能减少200 J C温度降低，内能增加600 J D温度降低，内能减少200 J6下列说法中正确的是() A满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行的 B一切宏观热力学过程都具有方向性 C制冷系统将冰箱内温度较低的食品的热量传给外界较高温度的空气，这违反了“热量只能从温度较高的物体传到温度较低的物体”的规律 D电冰箱从箱内温度较低的食品吸收的热量等于冰箱向外界空气释放的热量7如图所示的pV图中，一定质量的理想气体由

11、状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，吸收热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J，求：(1)ACB过程中气体的内能是增加还是减少，变化量是多少；(2)BDA过程中气体是吸热还是放热，吸收或放出的热量是多少第7题图8如图所示，质量可忽略不计的活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸中，开始时活塞距汽缸底高度h10.40 m现缓慢给气体加热，活塞上升到距离汽缸底h20.60 m处，已知活塞面积S5.0×103 m2，大气压强p01.0×105 Pa，不计活塞与汽缸之间的摩擦给气体加热的过程中是，气体膨胀对外做功，同时吸

12、收Q420 J的热量，则气增加的内能U多大第8题图第47讲热力学定律能量守恒知识整合基础自测1(1)吸热放热(2)外界对系统做的功WUW外界向系统传递的热量QUQ(3)做功热传递做功是其他形式能与内能的转化热传递是不同物体间内能的转移2.(1)外界对系统做的功与外界传递给系统的热量之和UWQ(2)凭空产生凭空消失一种形式转化为另一种形式一个物体转移到别的物体转化或转移3.(1)品质下降(2)环境(3)太阳能重点阐述【典型例题1】 在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的体积不断地增大，如将泡内气体看作理想气体，则气泡在浮起的过程中()A放出热量 B吸收热量 C

13、不吸热也不放热 D无法判断【答案】B【解析】 由热力学第一定律UQW由小气泡不变增大外界对气体做负功，又因为是恒温液体中所以U0，Q0应该吸收热量故选B.变式训练1C【解析】 由理想气体状态方程c(常量)可知，当压强p不变，气体吸热膨胀即V增大时，气体的温度T一定增大，所以气体的内能一定增加，根据热力学第一定律UQW可知，U0，W0时，QUWU，所以气体吸收的热一定大于内能的增量本题答案为C.变式训练2C【解析】 一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大，温度越低，内能越小；若温度不变而压强增大，气体做等温变化，由pVc(常量)可知，气体的体积减小，所以外界对气体做功，选项A错

14、误；若体积不变而压强减小，气体做等容变化，根据c(常量)可知，温度减小，所以气体内能减小，选项B错误；若压强不变而内能增加，说明气体温度增加，又由c(常量)可知，气体体积增大，气体对外做了功，根据热力学第一定律UQW及U0，W0，可知Q0，即气体吸热，选项C正确；若分子热运动加剧而体积不变，说明气体温度升高，气体做等容变化，根据c(常量)可得【典型例题2】 如图所示，内壁光滑的圆柱形气缸竖直固定在水平地面上，气缸开口向上，用面积为0.01 m2的活塞密封了一定质量的空气，在活塞的上方竖直固定一支架，在支架的O点通过细线系一质量为m8 kg的小球，球心到O点的距离为L2 m活塞与支架的总质量为M

15、12 kg，已知当地的重力加速度g取10 m/s2，大气压强p01.0×105 Pa，气缸和活塞都是绝热的现将细线拉直到水平，稳定后由静止释放小球，当小球第一次运动到最低点时，小球的瞬时速度为v7 m/s，而活塞下降了h0.2 m，且恰好速度为零求小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中气缸中的气体增加的内能E.【答案】204J【解析】根据热力学第一定律可知EWQ小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中外界对气体做的功：Wp0ShMghmg(Lh)mv2由于气缸是绝热的，所以有Q0可得气缸中气体增加的内能Ep0ShMghmg(Lh)mv2代入数据得E204J.变式训练3A【解析】

16、 缸内气体与外界无热交换，说明Q0，又根据缸内气体膨胀，所以是缸内气体对外做正功，W0，根据热力学第一定律UQW可知，气体的内能U0，即内能减小，所以气体温度减小，分子平均动能减小，显然，只有选项A正确随堂演练1.D【解析】 理想气体的内能仅用温度来衡量，由热力学第一定律UWQ可知，U1.5×104J，即气体内能增加，故温度升高因对外做功，体积膨胀，故密度减小故选D.2.A【解析】 当气体体积增大时，气体对外界做功，当气体体积减小时，外界对气体做功，故A选项正确；根据常数，p增大时，V不一定变化，故B选项错误；在V减小的过程中，可能向外界放热，根据EWQ可知，内能不一定增大，故C选项错误；Q0的过程中，W不一定为0，故D选项错误3.C【解析】 气体膨胀，对外做功，短时间内无吸热，所以气体温度降低，C正确4.A【解析】 由热力学第一定律UQW，Q0，W0，U0，选A.5.A【解析】 由热力学第一定律知：由WQU得：U800J(200J)600J，B、D错，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，U600J0，故温度一定升高，A选项正确，C错6.AB【解析】 由热力学第二定律可知不可能使热量由低温物体传到高温物体而不引起其他变化