2019精選教育第51講熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

1、第51講 熱力學(xué)第一定律能量守恒定律知識整合知識網(wǎng)絡(luò)，考情剖析考查內(nèi)容考名腰求考查年份考查詳情能力要求熱力學(xué)第一定律、能 源與可持續(xù)發(fā)展I14年T12A(2) 一填空,考 查了熱力學(xué)第f 律公式A U = Q+W 的應(yīng)用理解15年T12A(2) 一填空,考 查了熱力學(xué)第f律和內(nèi)能理解16年T12A(3) 一計算,考 查氣體實驗定律分析綜合17年T12A(1) 一選擇,考 查了熱力學(xué)第f 律和氣體狀態(tài)艾化 圖理解弱項清單，等溫過程認為是熱傳遞為零的過程，熱力學(xué)第一定律中各量的意義及正負號的規(guī)定混亂，表達式出現(xiàn)不規(guī)范表述， 對PV的含義不理解，對理想氣體內(nèi)能的概念不理解.將循環(huán)過程割裂為若干個小過

2、程增加錯誤.1 .改變物體內(nèi)能的方式：和.從效果上看，兩種方式是等效的.但是 有本質(zhì)的區(qū)別： 是其他形式的能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化， 是內(nèi)能在不同物體(或物體的 不同部分)間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移.2 .熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它 和外界對它 的和.(2)表達式： .其中A U是, Q是, W 是3 .能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會 ,也不會,它只能從一種形式 為其 他形式，或者從一個物體 另一個物體，在 的過程中其總量不變.(2)對能量守恒定律的理解及應(yīng)用自然界中能量的存在形式：物體運動具有動能、分子運動具有分子動能、電荷運動具 有電能、原子核內(nèi)部的運動具有原子能等，可見，在

3、自然界中不同的能量形式與不同的運動 形式相對應(yīng).不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的.某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等.某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.在利用能量守恒定律解題時，要注意先搞清楚過程中有幾種形式的能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移， 分析初、末狀態(tài)，確定 A E增、A E減各為多少，再由 4£增=4£減列式計算.第一類永動機不可能制成，因為第一類永動機的思想違背了 定律.4 .能源和可持續(xù)發(fā)展(1)能源：能源就是向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(礦物質(zhì)能源、核物理能源、大氣環(huán)流能源、

4、地理性能源).能源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ).從某種意義上講，人類社會的發(fā)展離不開優(yōu) 質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進能源技術(shù)的使用.在當今世界，能源的發(fā)展、能源和環(huán)境，是全世界、 全人類共同關(guān)心的問題，也是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要問題.(2)煤、石油等能源在使用后，最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散在周圍的環(huán)境中.分散在周圍環(huán) 境中的內(nèi)能不管數(shù)量有多么巨大，卻再也不能驅(qū)動機器做功了，這樣轉(zhuǎn)化的過程叫做(3)能源是社會存在與發(fā)展永遠不可或缺的必需品，要重視利用能源時對環(huán)境的影響，要 重視開發(fā)新能源(如太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水流能等 )，減少不可再生能源的應(yīng)用.(4)能量守恒，但我們?nèi)砸?jié)能，從而減少能源的消耗，尤其是不可再生

5、能源的消耗.方法技巧考點1熱力學(xué)第一定律1 .內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和.2.表達式：A U = W+Q.3. W、Q、AU 的 “ 十、一 ” 號法則物理量意義符號WQA U十外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加一物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少4.判定物體內(nèi)能變化的方法(1)當做功和熱傳遞兩種過程同時發(fā)生時，內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進行綜合分析.(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正.在等壓變化時，氣體對外做功或外界對氣體做功均可以通過壓強和體積變化 的乘積來求解.(3)與外界絕熱，

6、則不發(fā)生熱傳遞，此時Q=0.(4)如果研究對象是理想氣體，則由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時， 主要體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化.【典型例題1】(17年常州一模)(1)如圖所示，理想氣體作圖示的循環(huán)， 其中2-3過程 是絕熱過程，3-1過程是等溫過程，則 2一3過程中氣體內(nèi)能 (選填“增加”、“減 小”或“不變”)，3一1過程中氣體 (選填“吸熱”或“放熱”).(2)理想氣體變化過程如圖(1)問，若23過程中氣體對外界做功150 J, 3- 1過程中外界對氣體做功100 J,試問：全過程氣體對外做功為多少？1 一2過程中氣體吸收的熱量為多少？【學(xué)習(xí)建議】理

7、解等溫過程絕熱過程的區(qū)別，正確表達熱力學(xué)第一定律公式及理解各量的意義，理想氣體內(nèi)能由什么決定.G-苴訓(xùn)練1.(17年南京一模)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過程到達狀態(tài)B,再經(jīng)等容過程到達狀態(tài) C,此過程的p-V圖象如圖所示，圖中虛線為等溫線.在 B一C的過程中，氣體吸收熱量為12 J.則：(1)比較氣體在 A和B狀態(tài)的內(nèi)能Ua、Ub的大??；(2)氣體從A-B過程中氣體對外界做的功.考點2氣體狀態(tài)變化與熱力學(xué)第一定律1 .若過程是絕熱的，則 Q=0, W=AU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加.2 .若過程中不做功，即 W = 0,則Q=AU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加.3

8、,若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即 AU=0,則W+Q=0或W= Q,外界對 物體做的功等于物體放出的熱量.4.若過程為等壓變化（1）若氣體的溫度增加、體積增大 （膨脹），則內(nèi)能增加AU>0,氣體對外做功 W<0 ,由A U = W+Q可判定出 Q>0,并且 Q>|W|.（2）若溫度降低、體積縮?。▔嚎s）.則AU<0,外界對氣體做功 W>0,由AU = W+Q可 判定出Q<0,并且|Q|>W.【典型例題 2】（17年南通泰州一模）如圖所示，在開口向上、豎直放置的薄壁圓柱形 容器內(nèi)用質(zhì)量 m=2.0 kg的活塞密封一部分氣體，活塞在容器內(nèi)能自由

9、滑動且保持水平，容 器的底面積S=100 cm2,開始時氣體的溫度 Ti = 280 K,活塞到容器底的距離 h=20.0 cm. 在氣體從外界吸收 Q= 40 J熱量的過程中，活塞緩慢上升的距離Ah=1.0 cm.已知大氣壓強p0= 1.0X105,重力加速度 g=10 m/s2.求：（1）活塞停止上升時容器內(nèi)氣體的溫度T2 ；（2）密閉氣體內(nèi)能的增加量 A U.【典型例題3】（17年揚州期末）如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,再由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C.已知狀態(tài)A的溫度為300 K.（1）求氣體在狀態(tài)B的溫度；（2）由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中，氣體是吸熱還是放熱？簡要說明理由

10、.G型式訓(xùn)糠 2.（17年蘇北六市聯(lián)考）（多選）一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖ABCDA的循環(huán)過程，其中A-B、C-D是兩個等壓過程，B-C、D-A是兩個絕熱過程.關(guān)于氣體狀態(tài) 及其能量變化，下列說法中正確的有（）A. A-B過程，氣體對外做功，內(nèi)能增大B. B-C過程，氣體分子平均動能增大C. ABCDA循環(huán)過程中，氣體吸熱，對外做功D. ABCDA循環(huán)過程中，A狀態(tài)氣體溫度最低【學(xué)習(xí)建議】一個循環(huán)過程中 PV所圍面積的物理意義是氣體對外做功或外界對氣體做功.當堂檢測1.某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大.若這段時間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么 （）A.外界對

11、胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小E. 外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C.胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能減小D.胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能增大2. （15年江蘇高考）在裝有食品的包裝袋中充入氮氣，可以起到保質(zhì)作用. 某廠家為檢測包裝袋的密封性，在包裝袋中充滿一定量的氮氣，然后密封進行加壓測試，測試時，對包裝 袋緩慢地施加壓力，將袋內(nèi)的氮氣視為理想氣體，則加壓測試過程中，包裝袋內(nèi)壁單位面積 上所受氣體分子撞擊的作用力 （選填“增大” “減小”或“不變”），包裝袋內(nèi)氮氣 的內(nèi)能（選填“增大” “減小”或“不變”）.3. （14年江蘇高考）一種海浪發(fā)電機的氣室如圖所示.工作時，活塞隨海浪上升或下降， 改變氣室中空

12、氣的壓強，從而驅(qū)動進氣閥門和出氣閥門打開或關(guān)閉.氣室先后經(jīng)歷吸入、壓 縮和排出空氣的過程，推動出氣口處的裝置發(fā)電.氣室中的空氣可視為理想氣體.壓縮過程 中，兩個閥門均關(guān)閉.若此過程中，氣室中的氣體與外界無熱量交換，內(nèi)能增加了 3.4X104j,則該氣體的分子平均動能 （選填“增大”、“減小”或“不變”），活塞對該氣體所做的功（選填“大于”、“小于”或“等于"）3.4X104J.第3題圖4. （16年江蘇高考）（1）如圖所示，在斯特林循環(huán)的p -V圖象中，一定質(zhì)量理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài) B、C和D后再回到狀態(tài) A,整個過程由兩個等溫和兩個等容過程組 成.B-C的過程中，單位體積中

13、的氣體分子數(shù)目 （選填“增大”、“減小”或“不 變”）.狀態(tài)A和狀態(tài)D的氣體分子熱運動速率的統(tǒng)計分布圖象如圖2所示，則狀態(tài) A對應(yīng)的是（選填“”或"”）.（2）如圖所示，在 A - B和D - A的過程中，氣體放出的熱量分別為4 J和20 J.在B-C和C-D的過程中，氣體吸收的熱量分別為20 J和12 J.求氣體完成一次循環(huán)對外界所做的功.圖1圖2第4題圖5. （16年南京模擬）如圖所示，在導(dǎo)熱性能良好、開口向上的氣缸內(nèi)，用活塞封閉一定質(zhì) 量的理想氣體，氣體的體積V=8.0X 10-3 m3.現(xiàn)使外界環(huán)境溫度緩慢降低，此過程中氣體放出熱量700 J,內(nèi)能減少了 500 J.不計活塞

14、的質(zhì)量及活塞與氣缸間的摩擦，外界大氣壓強P0= 1.0X105 Pa.求：（1）外界對氣體所做的功 W;（2）末狀態(tài)氣體的體積 V2.第51講 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律知識整合 基礎(chǔ)自測1. .做功熱傳遞做功熱傳遞2. (1)傳遞的熱量所做的功(2)AU = W+ Q 外界向系統(tǒng)傳遞的熱量外界對系統(tǒng)做的功3. (1)憑空產(chǎn)生 憑空消失 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移到 轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移(2)能量守恒4. (2)能量的耗散方法技巧典型例題1減小 放熱 (2)50 J150 J【解析】(1) 2-3過程是絕熱過程，體積增大，氣體對外界做功，內(nèi)能減??；3-1過程是等溫過程，內(nèi)能不變，體積減小，外界對氣體做功，氣體向外放熱

15、.(2)1到2過程是等容過程， 氣體不對外界做功， 外界也不對氣體做功； 全過程只有2到3過程和 3到1過程做功，W=W + W2 = 150+ 100= 50 J.2- 3過程是絕熱過程，氣體對外界做功150 J,內(nèi)能減小150 J; 3- 1過程是等溫過程，內(nèi)能不變，外界對氣體做功100 J,氣體向外放熱100 J; 1 -2過程，內(nèi)能要恢復(fù)原來的內(nèi)能，需要吸收的熱量150 J.變式訓(xùn)練1 (1)Ua>Ub (2)12 J【解析】氣體在A和B狀態(tài)的內(nèi)能Ua、Ub的大小為Ua>Ub；氣體從A-B過程中氣體對外界做的功為12 J.V1 典型例題2 294 K 29.8 J【解析】(

16、1)活塞上升過程中，由蓋呂薩克定律有：V1 =V2?；則有T2=VT1 = h1：A h= 券/X 280= 294 K; (2)活塞上升的過程，外界對系統(tǒng)做的12V1h120功為： w= (mg+p°S)A h由熱力學(xué)第一定律有：AU=W+ Q計算得出：A U =29.8 J. 典型例題3 1200 K氣體要放熱【解析】(1)由理想氣體的狀態(tài)方程耳必=與"；得氣體在狀態(tài) B的溫度TB=pVBTA= 1200 K. (2)由狀態(tài)B到狀態(tài)C氣體 TiT2pAVA做等容變化，由查理定律可知 比=匹，則TC=pCTB= 600 K,氣體由狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容 Tb TcPb變化，

17、不做功，但溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律AU = W+ Q, AU<0, W= 0,故QV0,可知氣體要放熱. 變式訓(xùn)練2 AC 【解析】A-B過程，等壓變化，體積增大，氣體對外界做功，根據(jù)等壓變化規(guī)律可知體積增大，溫度升高，內(nèi)能增大，A正確；B-C是絕熱過程，體積增大，氣體對外界做功， W<0,絕熱Q = 0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律A U = W+ Q,可知內(nèi)能減小， 溫度降低，氣體分子的平均動能減小，B錯；ABCDA循環(huán)過程中，從 A-B-C氣體對外做功，C-D-A外界對氣體做功，氣體對外做功大于外界對氣體做功，所以一個循環(huán)中表 現(xiàn)為氣體對外做功， W<0;經(jīng)過一個循

18、環(huán)，氣體回到初狀態(tài) A,內(nèi)能不變A U = 0,根據(jù)熱力 學(xué)第一定律知 Q>0,氣體吸熱，C是正確的； ABCDA循環(huán)過程中，從 D - A,體積減小， 外界對氣體做功 W>0,絕熱過程Q=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律A U = W+ Q知A U>0,內(nèi)能增 加，溫度升高，D狀態(tài)溫度比A狀態(tài)溫度低，即 A狀態(tài)溫度不是最低， D錯；當堂檢測1. D 【解析】對車胎內(nèi)的理想氣體分析知，體積增大為氣體對外做功，內(nèi)能只有分子動能，而分子動能的標志為溫度，故中午溫度升高，內(nèi)能增大，故選D.2. .增大 不變 【解析】因為測試時，對包裝緩慢的施加壓力，氣體的溫度不變，理想氣體的內(nèi)能不變，所以外界對氣體所做的功等于氣體對外放出的熱量.玻意耳定律可