2019精选教育第51讲热力学第一定律能量守恒定律

1、第51讲 热力学第一定律能量守恒定律知识整合知识网络，考情剖析考查内容考名腰求考查年份考查详情能力要求热力学第一定律、能 源与可持续发展I14年T12A(2) 一填空,考 查了热力学第f 律公式A U = Q+W 的应用理解15年T12A(2) 一填空,考 查了热力学第f律和内能理解16年T12A(3) 一计算,考 查气体实验定律分析综合17年T12A(1) 一选择,考 查了热力学第f 律和气体状态艾化 图理解弱项清单，等温过程认为是热传递为零的过程，热力学第一定律中各量的意义及正负号的规定混乱，表达式出现不规范表述， 对PV的含义不理解，对理想气体内能的概念不理解.将循环过程割裂为若干个小过

2、程增加错误.1 .改变物体内能的方式：和.从效果上看，两种方式是等效的.但是 有本质的区别： 是其他形式的能向内能转化， 是内能在不同物体(或物体的 不同部分)间内能的转移.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 和外界对它 的和.(2)表达式： .其中A U是, Q是, W 是3 .能量守恒定律(1)内容：能量既不会 ,也不会,它只能从一种形式 为其 他形式，或者从一个物体 另一个物体，在 的过程中其总量不变.(2)对能量守恒定律的理解及应用自然界中能量的存在形式：物体运动具有动能、分子运动具有分子动能、电荷运动具 有电能、原子核内部的运动具有原子能等，可见，在

3、自然界中不同的能量形式与不同的运动 形式相对应.不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的.某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.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.在利用能量守恒定律解题时，要注意先搞清楚过程中有几种形式的能在转化或转移， 分析初、末状态，确定 A E增、A E减各为多少，再由 4£增=4£减列式计算.第一类永动机不可能制成，因为第一类永动机的思想违背了 定律.4 .能源和可持续发展(1)能源：能源就是向自然界提供能量转化的物质(矿物质能源、核物理能源、大气环流能源、

4、地理性能源).能源是人类活动的物质基础.从某种意义上讲，人类社会的发展离不开优 质能源的出现和先进能源技术的使用.在当今世界，能源的发展、能源和环境，是全世界、 全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题.(2)煤、石油等能源在使用后，最终都转化为内能，流散在周围的环境中.分散在周围环 境中的内能不管数量有多么巨大，却再也不能驱动机器做功了，这样转化的过程叫做(3)能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，要重视利用能源时对环境的影响，要 重视开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水流能等 )，减少不可再生能源的应用.(4)能量守恒，但我们仍要节能，从而减少能源的消耗，尤其是不可再生

5、能源的消耗.方法技巧考点1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热量与外界对它所做的功的和.2.表达式：A U = W+Q.3. W、Q、AU 的 “ 十、一 ” 号法则物理量意义符号WQA U十外界对物体做功物体吸收热量内能增加一物体对外界做功物体放出热量内能减少4.判定物体内能变化的方法(1)当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析.(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正.在等压变化时，气体对外做功或外界对气体做功均可以通过压强和体积变化 的乘积来求解.(3)与外界绝热，

6、则不发生热传递，此时Q=0.(4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时， 主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.【典型例题1】(17年常州一模)(1)如图所示，理想气体作图示的循环， 其中2-3过程 是绝热过程，3-1过程是等温过程，则 2一3过程中气体内能 (选填“增加”、“减 小”或“不变”)，3一1过程中气体 (选填“吸热”或“放热”).(2)理想气体变化过程如图(1)问，若23过程中气体对外界做功150 J, 3- 1过程中外界对气体做功100 J,试问：全过程气体对外做功为多少？1 一2过程中气体吸收的热量为多少？【学习建议】理

7、解等温过程绝热过程的区别，正确表达热力学第一定律公式及理解各量的意义，理想气体内能由什么决定.G-苴训练1.(17年南京一模)如图所示，一定质量的理想气体从状态A经绝热过程到达状态B,再经等容过程到达状态 C,此过程的p-V图象如图所示，图中虚线为等温线.在 B一C的过程中，气体吸收热量为12 J.则：(1)比较气体在 A和B状态的内能Ua、Ub的大小；(2)气体从A-B过程中气体对外界做的功.考点2气体状态变化与热力学第一定律1 .若过程是绝热的，则 Q=0, W=AU,外界对物体做的功等于物体内能的增加.2 .若过程中不做功，即 W = 0,则Q=AU,物体吸收的热量等于物体内能的增加.3

8、,若过程的始、末状态物体的内能不变，即 AU=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.4.若过程为等压变化（1）若气体的温度增加、体积增大 （膨胀），则内能增加AU>0,气体对外做功 W<0 ,由A U = W+Q可判定出 Q>0,并且 Q>|W|.（2）若温度降低、体积缩小（压缩）.则AU<0,外界对气体做功 W>0,由AU = W+Q可 判定出Q<0,并且|Q|>W.【典型例题 2】（17年南通泰州一模）如图所示，在开口向上、竖直放置的薄壁圆柱形 容器内用质量 m=2.0 kg的活塞密封一部分气体，活塞在容器内能自由

9、滑动且保持水平，容 器的底面积S=100 cm2,开始时气体的温度 Ti = 280 K,活塞到容器底的距离 h=20.0 cm. 在气体从外界吸收 Q= 40 J热量的过程中，活塞缓慢上升的距离Ah=1.0 cm.已知大气压强p0= 1.0X105,重力加速度 g=10 m/s2.求：（1）活塞停止上升时容器内气体的温度T2 ；（2）密闭气体内能的增加量 A U.【典型例题3】（17年扬州期末）如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再由状态B变化到状态C.已知状态A的温度为300 K.（1）求气体在状态B的温度；（2）由状态B变化到状态C的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由

10、.G型式训糠 2.（17年苏北六市联考）（多选）一定质量的理想气体经历了如图ABCDA的循环过程，其中A-B、C-D是两个等压过程，B-C、D-A是两个绝热过程.关于气体状态 及其能量变化，下列说法中正确的有（）A. A-B过程，气体对外做功，内能增大B. B-C过程，气体分子平均动能增大C. ABCDA循环过程中，气体吸热，对外做功D. ABCDA循环过程中，A状态气体温度最低【学习建议】一个循环过程中 PV所围面积的物理意义是气体对外做功或外界对气体做功.当堂检测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

11、胎内气体做功，气体内能减小E. 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2. （15年江苏高考）在装有食品的包装袋中充入氮气，可以起到保质作用. 某厂家为检测包装袋的密封性，在包装袋中充满一定量的氮气，然后密封进行加压测试，测试时，对包装 袋缓慢地施加压力，将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积 上所受气体分子撞击的作用力 （选填“增大” “减小”或“不变”），包装袋内氮气 的内能（选填“增大” “减小”或“不变”）.3. （14年江苏高考）一种海浪发电机的气室如图所示.工作时，活塞随海浪上升或下降， 改变气室中空

12、气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭.气室先后经历吸入、压 缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电.气室中的空气可视为理想气体.压缩过程 中，两个阀门均关闭.若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了 3.4X104j,则该气体的分子平均动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），活塞对该气体所做的功（选填“大于”、“小于”或“等于"）3.4X104J.第3题图4. （16年江苏高考）（1）如图所示，在斯特林循环的p -V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态 B、C和D后再回到状态 A,整个过程由两个等温和两个等容过程组 成.B-C的过程中，单位体积中

13、的气体分子数目 （选填“增大”、“减小”或“不 变”）.状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图2所示，则状态 A对应的是（选填“”或"”）.（2）如图所示，在 A - B和D - A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J.在B-C和C-D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J.求气体完成一次循环对外界所做的功.图1图2第4题图5. （16年南京模拟）如图所示，在导热性能良好、开口向上的气缸内，用活塞封闭一定质 量的理想气体，气体的体积V=8.0X 10-3 m3.现使外界环境温度缓慢降低，此过程中气体放出热量700 J,内能减少了 500 J.不计活塞

14、的质量及活塞与气缸间的摩擦，外界大气压强P0= 1.0X105 Pa.求：（1）外界对气体所做的功 W;（2）末状态气体的体积 V2.第51讲 热力学第一定律 能量守恒定律知识整合 基础自测1. .做功热传递做功热传递2. (1)传递的热量所做的功(2)AU = W+ Q 外界向系统传递的热量外界对系统做的功3. (1)凭空产生 凭空消失 转化 转移到 转化或转移(2)能量守恒4. (2)能量的耗散方法技巧典型例题1减小 放热 (2)50 J150 J【解析】(1) 2-3过程是绝热过程，体积增大，气体对外界做功，内能减小；3-1过程是等温过程，内能不变，体积减小，外界对气体做功，气体向外放热

15、.(2)1到2过程是等容过程， 气体不对外界做功， 外界也不对气体做功； 全过程只有2到3过程和 3到1过程做功，W=W + W2 = 150+ 100= 50 J.2- 3过程是绝热过程，气体对外界做功150 J,内能减小150 J; 3- 1过程是等温过程，内能不变，外界对气体做功100 J,气体向外放热100 J; 1 -2过程，内能要恢复原来的内能，需要吸收的热量150 J.变式训练1 (1)Ua>Ub (2)12 J【解析】气体在A和B状态的内能Ua、Ub的大小为Ua>Ub；气体从A-B过程中气体对外界做的功为12 J.V1 典型例题2 294 K 29.8 J【解析】(

16、1)活塞上升过程中，由盖吕萨克定律有：V1 =V2?；则有T2=VT1 = h1：A h= 券/X 280= 294 K; (2)活塞上升的过程，外界对系统做的12V1h120功为： w= (mg+p°S)A h由热力学第一定律有：AU=W+ Q计算得出：A U =29.8 J. 典型例题3 1200 K气体要放热【解析】(1)由理想气体的状态方程耳必=与"；得气体在状态 B的温度TB=pVBTA= 1200 K. (2)由状态B到状态C气体 TiT2pAVA做等容变化，由查理定律可知 比=匹，则TC=pCTB= 600 K,气体由状态B到状态C为等容 Tb TcPb变化，

17、不做功，但温度降低，内能减小，根据热力学第一定律AU = W+ Q, AU<0, W= 0,故QV0,可知气体要放热. 变式训练2 AC 【解析】A-B过程，等压变化，体积增大，气体对外界做功，根据等压变化规律可知体积增大，温度升高，内能增大，A正确；B-C是绝热过程，体积增大，气体对外界做功， W<0,绝热Q = 0,根据热力学第一定律A U = W+ Q,可知内能减小， 温度降低，气体分子的平均动能减小，B错；ABCDA循环过程中，从 A-B-C气体对外做功，C-D-A外界对气体做功，气体对外做功大于外界对气体做功，所以一个循环中表 现为气体对外做功， W<0;经过一个循

18、环，气体回到初状态 A,内能不变A U = 0,根据热力 学第一定律知 Q>0,气体吸热，C是正确的； ABCDA循环过程中，从 D - A,体积减小， 外界对气体做功 W>0,绝热过程Q=0,根据热力学第一定律A U = W+ Q知A U>0,内能增 加，温度升高，D状态温度比A状态温度低，即 A状态温度不是最低， D错；当堂检测1. D 【解析】对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体对外做功，内能只有分子动能，而分子动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选D.2. .增大 不变 【解析】因为测试时，对包装缓慢的施加压力，气体的温度不变，理想气体的内能不变，所以外界对气体所做的功等于气体对外放出的热量.玻意耳定律可