高考物理一轮复习 热学 基础课时3 热力学第一定律与能量守恒定律课件（选修33）.ppt

基础课时3热力学第一定律与能量守恒定律 知识梳理 知识点一 热力学第一定律1 改变物体内能的两种方式 1 2 热传递 2 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 与外界对它所做的功的和 2 表达式 u 3 u 中正 负号法则 做功 热量 q w q w 吸收 放出 增加 减少 知识点二 能量守恒定律1 内容能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式 为另一种形式 或者是从一个物体 到别的物体 在 或 的过程中 能量的 保持不变 转化 转移 转化 转移 总量 2 条件性能量守恒定律是自然界的 某一种形式的能是否守恒是有条件的 3 第一类永动机是不可能制成的 它违背了 普遍规律 能量守恒定律 思考 判断正误 正确的画 错误的画 1 为了增加物体的内能 必须对物体做功或向它传递热量 做功和热传递的实质是相同的 2 绝热过程中 外界压缩气体做功20j 气体的内能可能不变 3 在给自行车打气时 会发现打气筒的温度升高 这是因为打气筒从外界吸热 答案 1 2 3 诊断自测 1 一定质量的理想气体在某一过程中 外界对气体做功7 0 104j 气体内能减少1 3 105j 则此过程 a 气体从外界吸收热量2 0 105jb 气体向外界放出热量2 0 105jc 气体从外界吸收热量6 0 104jd 气体向外界放出热量6 0 104j解析根据热力学第一定律 w q u 所以q u w 1 3 105j 7 0 104j 2 0 105j 即气体向外界放出热量2 0 105j 答案b 2 一定质量的理想气体被活塞封闭在透热的汽缸中 如图1所示 不计活塞与汽缸的摩擦 当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中 环境温度保持不变 下列判断正确的是 图1a 拉力对气体做正功 气体内能增加 吸收热量b 拉力对气体做正功 气体内能保持不变 放出热量c 气体对外做功 内能减小 放出热量d 气体对外做功 内能不变 吸收热量 d 3 2015 重庆理综 10 1 某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的 且车胎体积增大 若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体 那么 a 外界对胎内气体做功 气体内能减小b 外界对胎内气体做功 气体内能增大c 胎内气体对外界做功 内能减小d 胎内气体对外界做功 内能增大解析车胎体积增大 故胎内气体对外界做功 胎内气体温度升高 故胎内气体内能增大 d项正确 答案d 4 如图2所示 一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c 吸收了340j的热量 并对外做功120j 若该气体由状态a沿adc变化到状态c时 对外做功40j 则这一过程中气体 填 吸收 或 放出 j热量 图2 解析由热力学第一定律可得 该气体由状态a沿abc变化到状态c的过程中内能的变化量 u w q 120j 340j 220j 因此该气体由状态a沿adc变化到状态c时 q1 u w1 220j 40j 260j 显然此过程中气体从外界吸收热量 答案吸收260 考点一对热力学第一定律的理解1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 即 u q w 2 几种特殊情况 1 若过程是绝热的 则q 0 w u 外界对物体做的功等于物体内能的增加量 2 若过程中不做功 即w 0 则q u 物体吸收的热量等于物体内能的增加量 3 若过程的始末状态物体的内能不变 即 u 0 则w q 0或w q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 3 温度 内能 热量 功的比较 例1 2015 北京理综 13 下列说法正确的是 a 物体放出热量 其内能一定减小b 物体对外做功 其内能一定减小c 物体吸收热量 同时对外做功 其内能可能增加d 物体放出热量 同时对外做功 其内能可能不变解析若物体放热q 0 但做功w未知 所以内能不一定减小 选项a错误 物体对外做功w 0 但q未知 所以内能不一定减小 选项b错误 物体吸收热量q 0 同时对外做功w 0 w q 可正 可负 所以内能可能增加 故选项c正确 物体放出热量q 0 同时对外做功w 0 所以 u 0 即内能一定减小 选项d错误 答案c 变式训练 1 如图3所示p v图中 一定质量的理想气体由状态a经过acb过程至状态b 气体对外做功280j 放出热量410j 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200j 图3 1 acb过程中气体的内能如何变化 变化了多少 2 bda过程中气体吸收还是放出多少热量 解析 1 acb过程中w1 280j q1 410j由热力学第一定律ub ua w1 q1 690j气体内能的减少量为690j 2 因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数 bda过程中气体内能变化量ua ub 690j由题知w2 200j由热力学第一定律ua ub w2 q2解得q2 490j即气体吸收热量490j 答案 1 减少了690j 2 吸收490j 考点二热力学定律与气体实验定律的综合应用 例2 2015 福建理综 29 2 如图4 一定质量的理想气体 由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c 设气体在状态b和状态c的温度分别为tb和tc 在过程ab和ac中吸收的热量分别为qab和qac 则 图4 a tb tc qab qacb tb tc qab qacc tb tc qab qacd tb tc qab qac 答案c 变式训练 2 如图5甲所示 用面积为s的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体 活塞上放一砝码 活塞和砝码的总质量为m 现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化 汽缸内的气体从状态a变化到状态b 若该过程中气体内能发生了变化 气体柱高度增加了 l 外界大气压强为p0 图5 1 下列说法中正确的是 a 该过程中汽缸内气体的压强始终为p0b 该过程中气体的内能不断增大c 该过程中气体不断从外界吸收热量d a和b两个状态 汽缸内壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相同 2 汽缸内气体的温度为t1时 气体柱的高度为l 用图中和题目中给出的字母表示 3 若气体从状态a变化到状态b的过程中从外界吸收的热量为q 则被封闭气体的内能变化了多少 1 如图6所示 倒悬的导热汽缸中有一个可无摩擦上下移动且不漏气的活塞a 活塞a的下面吊着一个重物 汽缸中封闭着一定质量的理想气体 起初各部分均静止不动 大气压强保持不变 对于汽缸内的气体 当其状态缓慢发生变化时 下列判断正确的是 图6 a 若环境温度升高 则气体的压强一定增大b 当活塞向下移动时 外界一定对气体做正功c 保持环境温度不变 缓慢增加重物的质量 气体一定会吸热d 若环境温度降低 缓慢增加重物的质量 气体体积可能保持不变解析若环境温度升高 气体等压膨胀 气体的压强不变 选项a错误 当活塞向下移动时 气体对外界做正功 选项b错误 保持环境温度不变 缓慢增加重物的质量 气体体积增大 对外做功 内能不变 气体一定会吸热 选项c正确 若环境温度降低 气体温度降低 缓慢增加重物的质量 气体压强减小 气体体积可能保持不变 选项d正确 答案cd 2 2016 深圳第一次调研 如图7所示 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b 在这一过程中 下列说法正确的是 图7a 气体体积变小b 气体温度降低c 气体从外界吸收热量d 气体的内能不变 答案c 3 一定质量的理想气体 经过一个压缩过程后 体积减小为原来的一半 这个过程可以是等温的 绝热的或等压的过程 在这三个过程中 a 绝热过程做功最多b 等温过程做功最多c 等压过程内能减少d 等温过程对外放热解析如图所示 等压 等温 绝热压缩过程可分别用ab ac ad表示 根据图象不难看出 做功的关系为wab wac wad b c d三点的温度关系为tb tc td 即等压过程内能减少 等温过程内能不变 绝热过程内能增加 acd 4 一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内 如图8所示水平放置 活塞的质量m 20kg 横截面积s 100cm2 活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气 开始使汽缸水平放置 活塞与汽缸底的距离l1 12cm 离汽缸口的距离l2 3cm 外界气温为27 大气压强为1 0 105pa 将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置 待稳定后对缸内气体逐渐加热 使活塞上表面刚好与汽缸口相平 已知g 10m s2 求 图8 在对缸内气体加热