第02节热力学第一定律.doc

广州中学 高二物理学案 第三节 热力学第一定律 能量守恒定律班级_ 姓名_【学习目标】1、会判断W、Q、U的正负号，能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化转移问题2、通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性【课前预习】1、一个热力学系统如果跟外界不发生热交换，那么外界对它做功，它的内能就_，反之_。2、一个热力学系统如果跟外界之间没有做功，那么外界对它传递热量，它的内能就_，反之_。3、理想气体的内能只与_有关4、一个热力学系统的内能等于_与_的和，这个关系叫做热力学第一定律，关系式为：_ 5、第一类永动机（1）第一类永动机：_需要任何_或_，却能_地_的机器。【新课教学】【问题引入】一定质量的气体，结过绝热压缩过程，外界对气体做的功是85J，气体内能如何变化？如果气体体积不变，气体放热135J，气体内能如何变化？如果外界对气体做功85J，同时气体放热135J，则这种情况下气体内能如何变化？变化了多少呢？一、热力学第一定律的内容与理解1、内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_和与外界对它所做的功的和。2、表达式：U_。3、W、Q与U的正负号的含义区分物理量意义符号WQU_对_做功系统_热量内能_对_做功系统_热量内能_4、热力学第一定律的应用举例理想气体的内能只跟气体的温度有关，与体积无关。(1)请分析一定质量的理想气体的等压膨胀过程对应的W、Q、U的正负。(2)请分析一定质量的理想气体等容升压过程对应的W、Q、U 的正负。(3) 请分析一定质量的理想气体等温膨胀过程对应的W、Q、U的正负。F恒温热源二、能量守恒定律与永动机不可能制成1、能量守恒定律的内容能量既不会_，也不会_，它只能从一种形式_为_，或者从一个物体_到_，在_或_的过程中其总量_。2、思考问题：第一类永动机为什么不能制成呢？ 三、热力学第一定律的综合应用【例题1】如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置的汽缸内，活塞的质量m20 kg，横截面积S100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L112 cm，离汽缸口的距离L23 cm。外界气温为27 ，大气压强为1.0105 Pa，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g10 m/s2，求：（1）当气缸开口缓慢转到向上竖直放置并稳定时，密闭气体此时的竖直高度？ （2）当活塞上表面刚好与汽缸口相平，密闭气体的温度为多少？（3）在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q370 J的热量，则气体增加的内能U为多大？小结：计算外界与气体间W时，可以用W=_来计算，压缩时W为正，膨胀时W为负。课堂小结：【变式1】一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的pV图象如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 。（1）求该气体在状态B、C时的温度；（2）该气体从状态A到状态C的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？【巩固训练】1、请判断下列说法是否正确（1）做功和热传递在改变物体内能的效果上是等价的（ ） （2）一定质量的理想气体，温度不变即内能不变，所以不可能从外界吸收热量（ ）（3）一定质量的理想气体，压强不断增大，外界对气体一定做功（ ） （4）一定质量的理想气体，在体积不断被压缩过程中，内能一定增加（ ）（5）一定质量的理想气体，吸热的同时被压缩，内能一定增加（ ） （6）能量守恒定律是自然界中普遍存在的规律，任何情况下都是成立的（ ） （7）热力学第一定律实际上就是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律（ ） （8）机械能守恒定律和热力学第一定律都是能量守恒定律的一种特例（ ） （9）随着技术的发展，终有一天人类会实现第一类永动机的梦想（ ）（10）第一类永动机的失败，促成了能量守恒定律的建立（ ）2、木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是()A.U200 J，Ek600 J B.U600 J，Ek200 JC.U600 J，Ek800 J D.U800 J，Ek200 J3、一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，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4、对于在一个大气压下，1kg的100水变为1kg的100水蒸气的过程中，下列说法中正确的是（ ） A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热过程 B.水的内能不变，对外界做功，向外界吸热 C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热 D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热5、（多选）如图所示，绝热隔板K把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分，K与汽缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡()A.a的体积增大了，压强变小了B.b的温度升高了C.加热后a的分子热运动比b的分子热运动更剧烈D.a增加的内能大于b增加的内能6、固定的气缸内由活塞封闭着一定量的理想气体，活塞在拉力F作用下缓慢地向右移动，如图所示假设气缸壁和活塞都是不导热的材料，在拉动活塞的过程中，则下列说法正确的是（ ）A气体对外做功，气体内能减小B外力F做正功，气体内能增加C气体温度升高、压强减小D每个气体分子的动能都减小7、如图所示，一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J。若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体_(填“吸收”或“放出”)_J热量。8、如图甲所示，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。（1）(多选)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.气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功E.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？第三节 热力学第一定律 能量守恒定律学案答案例题1、解析(1)当汽缸水平放置时，p01.0105 Pa，V0L1S，T0(27327) K当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析图如图所示，有p1Sp0Smg则p1p01.0105 Pa Pa1.2105 PaV1(L1L2)S由理想气体状态方程得则T1T0300 K450 K。(2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得p0L1Sp1LS则L cm10 cm加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为Wp0(L1L2L)Smg(L1L2L)60 J根据热力学第一定律UWQ得U310 J。答案(1)450 K(2)310 J变式1、解析(1)气体从状态A到状态B做等容变化，由查理定律有，解得TB200 K，即tB73 ；气体从状态B到状态C做等压变化，由盖吕萨克定律有，解得TC300 K，即tC27 。(2)因为状态A和状态C温度相等，且理想气体的内能是所有分子的动能之和，温度是分子平均动能的标志，所以在这个过程中U0，由热力学第一定律UQW得QW。在整个过程中，气体在B到C过程对外做功，故WpBV200 J。即QW200 J，是正值，所以气体从状态A到状态C过程中是吸热，吸收的热量Q200 J。答案(1)73 27 (2)吸收热量200 J 【巩固训练】1、2解析由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积为系统的内能增量，即U6010 J600 J，由能量守恒定律可得EkW总U8010 J600 J200 J。故选项B正确。答案B3解析理想气体从外界吸热大于对外界做功，所以内能增大，温度是理想气体内能的标志，内能增大，温度一定升高；气体对外做功，体积膨胀，质量不变，所以密度要减小。D正确。答案D4、A，分子平均动能不变，分子平均距离增加，分子势能增加，所以内能增加，同时对外界做功，依据热力学第一定律可知需要吸热5、解析a气体吸收热量，体积增大，使隔板K压缩b气体，由热力学第一定律可知，b气体内能增加，即温度升高，B正确；对a、b两部分气体来说，加热前p、V、T皆相等，加热后，papb，VaVb，由常数可知，TaTb，所以C、D正确。答案BCD6、A，体积膨胀，气体对外做功，没有热传递，所以内能减少。减少的内能等于对外界做的功。7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UWQ120 J340 J220 J，因此该气体由状态a沿adc变化到状态c时，Q1UW1220 J(40 J)260 J，显然此过程中气体从外界吸收热量。答案吸收2608解析(1)根据图乙可知气体在该过程中发生的是等压变化，该过程中汽缸内气体的压强始终为p0，选项A错误；由图乙可知气体温度升高，内能增大，气体体积膨胀对外做功，根据热力学第一定律可知，气体必定从外界吸收热量，且气体从外界吸收的热量大于气体对外做的功，选项B、C、D正确；A和B两个状态，气体温度不相同，气体分子运