新高中物理 3.23.3热力学第一定律 能量守恒定律学案（含解析）粤教版选修33.doc

学案2热力学第一定律学案3能量守恒定律学习目标定位1.理解热力学第一定律及其符号规定.2.能运用热力学第一定律讨论理想气体等压、等容和等温过程的能量转换关系.3.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律.4.知道第一类永动机是不可能造成的1改变物体内能的两种方式：做功和热传递两者在改变系统内能方面是等效的2物体的内能是物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，物体的内能跟物体的温度、体积和物质的量有关 一、热力学第一定律：如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加u就等于物体吸收的热量q和外界对物体做的功w之和即uqw.二、理想气体的特点1理想气体的微观模型：忽略了分子之间的作用力，忽略了分子势能，所以理想气体的内能等于分子热运动动能的总和2理想气体的内能只跟温度和物质的量有关，与体积无关三、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化成为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变四、第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器五、第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律.一、热力学第一定律问题设计一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本不能判定是经过对它做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能既然它们在改变系统内能方面是等效的，那么当外界对系统做功为w，又对系统传热为q时，系统内能的增量u应该是多少？答案系统内能的增量uqw.要点提炼1热力学第一定律的表达式：uqw.2对公式uqw符号的规定符号wqu外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少3.三种特殊情况(1)若过程是绝热的，即q0，则wu，外界对物体做的功等于物体内能的增加(2)若过程中外界没有对物体做功，即w0，则qu，物体吸收的热量等于物体内能的增加(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即u0，则wq0或wq，外界对物体做的功等于物体放出的热量二、热力学第一定律应用举例问题设计你能应用热力学第一定律讨论理想气体在等压膨胀过程的能量转换关系吗？答案设一定质量的理想气体，保持压强不变，由(v1，t1)变为(v2，t2)，而且v1v2.由盖吕萨克定律及v1v2知t1t2.因气体膨胀(v1v2)，则气体对外做功，w0.因气体温度升高(t1t2)，则气体的内能增加u0.由热力学第一定律uwq可知quw0.即系统由外界吸收热量，系统吸收的热量一部分用来增加内能，一部分转化为气体对外所做的功要点提炼1等压过程中的能量转换(1)等压膨胀：由于w0，u0，则quw0，即气体吸收的热量一部分用来增加内能，另一部分转化为气体对外所做的功(2)等压压缩：由于w0，u0，则quw0，即气体对外界放热，放出的热量等于外界对气体所做的功与气体内能减小量之和2等容过程中的能量转换(1)温度升高：由于u0，w0，则qu，即气体从外界吸收的热量全部用于增加气体的内能(2)温度降低，由于u0，w0，则qu，即气体向外界放出的热量等于气体内能的减少量3等温过程中的能量转化(1)等温膨胀：由于w0，u0，则qw0，即气体从外界吸收的热量全部转换为气体对外所做的功(2)等温压缩：由于w0，u0，则qw0，即外界对气体所做的功全部转换为气体传给外界的热量三、能量守恒定律问题设计使热力学系统内能改变的方式是做功和热传递做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？答案能量的总量保持不变要点提炼1对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等(2)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2能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等各种形式的能通过某种力做功可以相互转化3第一类永动机违背了能量守恒定律延伸思考热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？答案是一、热力学第一定律例1(双选)关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是()a吸热的物体，其内能一定增加b体积膨胀的物体，其内能一定减少c放热的物体，其内能也可能增加d绝热压缩的气体，其内能一定增加解析做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化答案cd例2空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2105j的功，同时空气的内能增加了1.5105j，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？解析选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有uwq.由题意可知w2105j，u1.5105j，代入上式得：quw1.5105j2105j5104j.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5104j.答案5104j二、热力学第一定律与气体实验定律的结合例3如图1所示，倒悬的导热气缸中封闭着一定质量的理想气体轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为s，活塞的下面吊着一个重为g的物体，大气压强恒为p0.起初环境的热力学温度为t0时，活塞到气缸底面的距离为l.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1l，气缸中的气体吸收的热量为q.求：图1(1)气缸内部气体内能的增量u；(2)最终的环境温度t.解析(1)密封气体的压强pp0(g/s)密封气体对外做功wps0.1l由热力学第一定律得uqw得uq0.1p0sl0.1lg(2)该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有解得t1.1t0答案(1)q0.1p0sl0.1lg(2)1.1t0三、能量守恒定律例4(单选)下列对能量守恒定律的认识错误的是()a某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加b某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加c不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器第一类永动机是不可能制成的d石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了解析a选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的b选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，a、b选项正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律所以a、b、c正确；d选项中石子的机械能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故d错误故选d项答案d例5(单选)“第一类永动机”不可能制成，是因为()a不符合机械能守恒定律b违背了能量守恒定律c做功产生的热不符合热功当量d找不到合适的材料和合理的设计方案答案b1(热力学第一定律)(单选)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104j的功，气体的内能减少了1.2105j，则根据热力学第一定律，下列各式中正确的是()aw8104j，u1.2105j，q4104jbw8104j，u1.2105j，q2105jcw8104j，u1.2105j，q2104jdw8104j，u1.2105j，q4104j答案b解析因为外界对气体做功，w取正值，即w8104j；内能减少，u取负值，即u1.2105j；根据热力学第一定律uwq，可知quw1.2105j8104j2105j，即b选项正确2(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)(双选)如图2所示，一绝热容器被隔板k隔成a、b两部分已知a内有一定质量的稀薄气体，b内为真空抽离隔板k后，a内气体进入b，最终达到平衡状态在此过程中()图2a气体对外界做功，内能减少b气体不做功，内能不变c气体压强变小，温度降低d气体压强变小，温度不变答案bd解析抽离隔板k，a内气体体积变大，由于b内为真空，所以a内气体不做功，由热力学第一定律可得b正确内能不变，故温度不变，体积变大，由玻意耳定律可知压强变小，所以d正确3(能量守恒定律)(单选)下面设想不符合能量守恒定律的是()a利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械b做一条没有动力系统的船，在水面上行驶c通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行d利用核动力，驾驶地球离开太阳