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考情剖析考察內(nèi)容考綱要求考察年份考察詳情才能要求熱力學(xué)第一定律、能源與可持續(xù)開(kāi)展14年T12A2填空，考察了熱力學(xué)第一定律公式UQW的應(yīng)用理解15年T12A2填空，考察了熱力學(xué)第一定律和內(nèi)能理解16年T12A3計(jì)算，考察氣體實(shí)驗(yàn)定律分析綜合17年T12A1選擇，考察了熱力學(xué)第一定律和氣體狀態(tài)變化圖理解弱項(xiàng)清單,等溫過(guò)程認(rèn)為是熱傳遞為零的過(guò)程，熱力學(xué)第一定律中各量的意義及正負(fù)號(hào)的規(guī)定混亂，表達(dá)式出現(xiàn)不標(biāo)準(zhǔn)表述，對(duì)PV的含義不理解，對(duì)理想氣體內(nèi)能的概念不理解將循環(huán)過(guò)程割裂為假設(shè)干個(gè)小過(guò)程增加錯(cuò)誤知識(shí)整合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

2、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(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它_和外界對(duì)它_的和2表達(dá)式：_其中U是_，Q是_，W是_3能量守恒定律1內(nèi)容：能量既不會(huì)_，也不會(huì)_，它只能從一種形式_為其他形式，或者從一個(gè)物體_另一個(gè)物體，在_的過(guò)程中其總量不變2對(duì)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(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能、分子運(yùn)動(dòng)具有分子動(dòng)能、電荷運(yùn)動(dòng)具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等，可見(jiàn)，在自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)不同形式的能量之間可以互相轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過(guò)程是通過(guò)做功來(lái)完成的某種形式的能減

3、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(gè)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(shí)，要注意先搞清楚過(guò)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E增、E減各為多少，再由E增E減列式計(jì)算第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，因?yàn)榈谝活?lèi)永動(dòng)機(jī)的思想違犯了_定律4能源和可持續(xù)開(kāi)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、地理性能源能源是人類(lèi)活動(dòng)的物質(zhì)根底從某種意義上講，人類(lèi)社會(huì)的開(kāi)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用在當(dāng)今世界，能源的開(kāi)展、能源和環(huán)境，是全世界、全人類(lèi)共同關(guān)心的問(wèn)題，也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)

4、濟(jì)開(kāi)展的重要問(wèn)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?chē)沫h(huán)境中分散在周?chē)h(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量有多么宏大，卻再也不能驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了，這樣轉(zhuǎn)化的過(guò)程叫做_3能源是社會(huì)存在與開(kāi)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品，要重視利用能源時(shí)對(duì)環(huán)境的影響，要重視開(kāi)發(fā)新能源如太陽(yáng)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，尤其是不可再生能源的消耗方法技巧考點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律1內(nèi)容：一個(gè)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(duì)它所做的功的和2表達(dá)式：UWQ.3W、Q、U的“、號(hào)法那么物理量意義符號(hào)WQU外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加物體對(duì)外界做

5、功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少4.斷定物體內(nèi)能變化的方法1當(dāng)做功和熱傳遞兩種過(guò)程同時(shí)發(fā)生時(shí)，內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)展綜合分析2做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正在等壓變化時(shí)，氣體對(duì)外做功或外界對(duì)氣體做功均可以通過(guò)壓強(qiáng)和體積變化的乘積來(lái)求解3與外界絕熱，那么不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q0.4假如研究對(duì)象是理想氣體，那么由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，主要表達(dá)在分子動(dòng)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如下圖，理想氣體作圖示的循環(huán)，其中23過(guò)程是絕熱過(guò)程，31過(guò)程是等溫過(guò)程，那么23過(guò)程中氣體內(nèi)能_選填

6、“增加、“減小或“不變，31過(guò)程中氣體_選填“吸熱或“放熱2理想氣體變化過(guò)程如圖1問(wèn)，假設(shè)23過(guò)程中氣體對(duì)外界做功150 J，31過(guò)程中外界對(duì)氣體做功100 J，試問(wèn)：全過(guò)程氣體對(duì)外做功為多少？12過(guò)程中氣體吸收的熱量為多少？【學(xué)習(xí)建議】理解等溫過(guò)程絕熱過(guò)程的區(qū)別，正確表達(dá)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1.17年南京一模如下圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過(guò)程到達(dá)狀態(tài)B，再經(jīng)等容過(guò)程到達(dá)狀態(tài)C，此過(guò)程的p ­V圖象如下圖，圖中虛線為等溫線在BC的過(guò)程中，氣體吸收熱量為12 J那么：1比較氣體在A和B狀態(tài)的內(nèi)能UA、UB的大??；2氣體從AB過(guò)程中氣體對(duì)外

7、界做的功考點(diǎn)2氣體狀態(tài)變化與熱力學(xué)第一定律1假設(shè)過(guò)程是絕熱的，那么Q0，WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加2假設(shè)過(guò)程中不做功，即W0，那么QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加3假設(shè)過(guò)程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，那么WQ0或WQ，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量4假設(shè)過(guò)程為等壓變化1假設(shè)氣體的溫度增加、體積增大膨脹，那么內(nèi)能增加U>0，氣體對(duì)外做功W<0，由UWQ可斷定出Q>0，并且Q>|W|.2假設(shè)溫度降低、體積縮小壓縮那么U<0，外界對(duì)氣體做功W>0，由UWQ可判定出Q<0，并且|Q|>W.【典型例題2】17年南通泰州一模如

8、下圖，在開(kāi)口向上、豎直放置的薄壁圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量m2.0 kg的活塞密封一部分氣體，活塞在容器內(nèi)能自由滑動(dòng)且保持程度，容器的底面積S100 cm2，開(kāi)場(chǎng)時(shí)氣體的溫度T1280 K，活塞到容器底的間隔 h120.0 cm.在氣體從外界吸收Q40 J熱量的過(guò)程中，活塞緩慢上升的間隔 h1.0 cm.大氣壓強(qiáng)p01.0×105，重力加速度g10 m/s2.求：1活塞停頓上升時(shí)容器內(nèi)氣體的溫度T2；2密閉氣體內(nèi)能的增加量U.【典型例題3】17年揚(yáng)州期末如下圖，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.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

9、態(tài)C的過(guò)程中，氣體是吸熱還是放熱？簡(jiǎn)要說(shuō)明理由2.17年蘇北六市聯(lián)考多項(xiàng)選擇一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖ABCDA的循環(huán)過(guò)程，其中AB、CD是兩個(gè)等壓過(guò)程，BC、DA是兩個(gè)絕熱過(guò)程關(guān)于氣體狀態(tài)及其能量變化，以下說(shuō)法中正確的有 AAB過(guò)程，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能增大 BBC過(guò)程，氣體分子平均動(dòng)能增大 CABCDA循環(huán)過(guò)程中，氣體吸熱，對(duì)外做功 DABCDA循環(huán)過(guò)程中，A狀態(tài)氣體溫度最低【學(xué)習(xí)建議】一個(gè)循環(huán)過(guò)程中PV所圍面積的物理意義是氣體對(duì)外做功或外界對(duì)氣體做功當(dāng)堂檢測(cè)1.某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車(chē)胎內(nèi)的氣壓高于清晨時(shí)的，且車(chē)胎體積增大假設(shè)這段時(shí)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(duì)胎內(nèi)氣體做

10、功，氣體內(nèi)能減小 B外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大 C胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小 D胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能增大215年江蘇高考在裝有食品的包裝袋中充入氮?dú)?，可以起到保質(zhì)作用某廠家為檢測(cè)包裝袋的密封性，在包裝袋中充滿一定量的氮?dú)?，然后密封進(jìn)展加壓測(cè)試，測(cè)試時(shí)，對(duì)包裝袋緩慢地施加壓力，將袋內(nèi)的氮?dú)庖暈槔硐霘怏w，那么加壓測(cè)試過(guò)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?dú)獾膬?nèi)能_選填“增大“減小或“不變314年江蘇高考一種海浪發(fā)電機(jī)的氣室如下圖工作時(shí)，活塞隨海浪上升或下降，改變氣室中空氣的壓強(qiáng)，從而驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥門(mén)和出氣閥門(mén)翻開(kāi)或關(guān)閉氣室先后經(jīng)歷吸入、壓

11、縮和排出空氣的過(guò)程，推動(dòng)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(guò)程中，兩個(gè)閥門(mén)均關(guān)閉假設(shè)此過(guò)程中，氣室中的氣體與外界無(wú)熱量交換，內(nèi)能增加了3.4×104 J，那么該氣體的分子平均動(dòng)能_選填“增大、“減小或“不變，活塞對(duì)該氣體所做的功_選填“大于、“小于或“等于3.4×104 J.第3題圖416年江蘇高考1如下圖，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(guò)狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A，整個(gè)過(guò)程由兩個(gè)等溫和兩個(gè)等容過(guò)程組成BC的過(guò)程中，單位體積中的氣體分子數(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(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布圖象如圖

12、2所示，那么狀態(tài)A對(duì)應(yīng)的是_選填“或“2如下圖，在AB和DA的過(guò)程中，氣體放出的熱量分別為4 J和20 J在BC和CD的過(guò)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(duì)外界所做的功 圖1圖2第4題圖516年南京模擬如下圖，在導(dǎo)熱性能良好、開(kāi)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V18.0×103 m3.現(xiàn)使外界環(huán)境溫度緩慢降低，此過(guò)程中氣體放出熱量700 J，內(nèi)能減少了500 J不計(jì)活塞的質(zhì)量及活塞與氣缸間的摩擦，外界大氣壓強(qiáng)p01.0×105 Pa.求：1外界對(duì)氣體所做的功W；2末狀態(tài)氣體的體積V2.第5題圖y第51講熱力學(xué)第一定律能量

13、守恒定律知識(shí)整合根底自測(cè)1做功熱傳遞做功熱傳遞21傳遞的熱量所做的功2UWQ外界向系統(tǒng)傳遞的熱量外界對(duì)系統(tǒng)做的功31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42能量的耗散方法技巧·典型例題1·減小放熱250 J150 J【解析】1 23過(guò)程是絕熱過(guò)程， 體積增大，氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小；31過(guò)程是等溫過(guò)程，內(nèi)能不變，體積減小，外界對(duì)氣體做功，氣體向外放熱21到2過(guò)程是等容過(guò)程，氣體不對(duì)外界做功，外界也不對(duì)氣體做功；全過(guò)程只有2到3過(guò)程和3到1過(guò)程做功， WW1W215010050 J23過(guò)程是絕熱過(guò)程， 氣體對(duì)外界做功150 J，內(nèi)能減小150 J；31過(guò)程是等溫過(guò)

14、程，內(nèi)能不變，外界對(duì)氣體做功100 J，氣體向外放熱100 J；12過(guò)程，內(nèi)能要恢復(fù)原來(lái)的內(nèi)能，需要吸收的熱量150 J.·變式訓(xùn)練1·1UA>UB212 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AB過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功為12 J.·典型例題2·294 K29.8 J【解析】1活塞上升過(guò)程中，由蓋·呂薩克定律有：；那么有T2T1T1×280294 K；2活塞上升的過(guò)程，外界對(duì)系統(tǒng)做的功為： Wmgp0Sh由熱力學(xué)第一定律有： UWQ計(jì)算得出： U29.8 J.·典型例題3·

15、1200 K 氣體要放熱【解析】1由理想氣體的狀態(tài)方程；得氣體在狀態(tài)B的溫度TBTA1200 K2由狀態(tài)B到狀態(tài)C氣體做等容變化，由查理定律可知，那么TCTB600 K，氣體由狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容變化，不做功，但溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，U<0，W0，故Q0，可知?dú)怏w要放熱·變式訓(xùn)練2·AC【解析】AB過(guò)程，等壓變化，體積增大，氣體對(duì)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； BC是絕熱過(guò)程，體積增大，氣體對(duì)外界做功，W<0，絕熱Q0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，可知內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動(dòng)能減小， B錯(cuò)；

16、 ABCDA循環(huán)過(guò)程中，從ABC氣體對(duì)外做功，CDA外界對(duì)氣體做功，氣體對(duì)外做功大于外界對(duì)氣體做功，所以一個(gè)循環(huán)中表現(xiàn)為氣體對(duì)外做功，W<0；經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)，氣體回到初狀態(tài)A，內(nèi)能不變U0，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(guò)程中，從DA，體積減小，外界對(duì)氣體做功W>0，絕熱過(guò)程Q0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ知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(cuò)； 當(dāng)堂檢測(cè)1D【解析】對(duì)車(chē)胎內(nèi)的理想氣體分析知，體積增大為氣體對(duì)外做功，內(nèi)能只有分子動(dòng)能，而分子動(dòng)能的標(biāo)志為溫度，故中午溫度升高，內(nèi)能增大，應(yīng)選D.2增

17、大不變【解析】因?yàn)闇y(cè)試時(shí)，對(duì)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(duì)氣體所做的功等于氣體對(duì)外放出的熱量玻意耳定律可知：氣體體積變小，所以壓強(qiáng)變大，壓強(qiáng)變化是由于單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，氣體分子對(duì)器壁的更頻繁碰撞產(chǎn)生的，所以袋內(nèi)壁單位面積上所受氣體分子撞擊的作用力增大3增大等于【解析】由題意內(nèi)能增加，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，故溫度升高，那么氣體的分子平均動(dòng)能增大；根據(jù)熱力學(xué)第一定律：UQW，3.4×104 J0W，即3.4×104 J.41不變28 J【解析】1由題圖知B C的過(guò)程中氣體的體積不變，所以密度不變，即單位體積中的氣體分子數(shù)目不變；因當(dāng)溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，速率較大的分子所占百分比