《2018學年高中物理 第4章 能量守恒與熱力學定律 熱力學第一定律學案 教科版選修3-3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018學年高中物理 第4章 能量守恒與熱力學定律 熱力學第一定律學案 教科版選修3-3（14頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、熱力學第一定律【學習目標】1知道物體的內能是物體內所有分子的動能和勢能的總和2知道物體內能的變化量可以由做功的數值來量度3通過焦耳的實驗的觀察，分析和思考，培養(yǎng)學生實事求是，嚴謹的科學態(tài)度和想象能力4能區(qū)別功和內能做功與內能變化的關系5知道熱傳遞及熱傳遞的三種方式以及熱傳遞的實質6知道熱傳遞與內能變化的關系，理解熱功當量。7知道做功和熱傳遞對改變物體內能的等效結果8明確溫度、熱量、功和內能四個物理量的區(qū)別和聯(lián)系9掌握熱力學第一定律及其表達式，能夠從能量轉化的觀點理解定律；10會用表達式U=W+Q對問題進行分析和計算；11掌握能量守恒定律，理解定律的重要意義，會用能量轉化和守恒的觀點分析物理現象
2、；12能綜合運用學過的知識，用能量守恒定律對有關問題進行計算、分析；13了解第一類永動機不可能制成的原因【要點梳理】要點一、功和內能 1熱功當量實驗焦耳實驗 （1）方法：在水中放置葉片，葉片上纏繞兩根繩子，每根繩子各跨過一滑輪，且分別懸掛一個重物，盛水的容器用絕熱性能良好的材料包好如圖所示，當重物下落時便帶動葉片轉動，容器中的水受葉片的攪動，水由于摩擦而溫度上升 （2）結論：只要重力所做的功相同，容器內水溫上升的數值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同2利用電流的熱效應給水加熱的實驗 （1）方法：如圖所示，利用降落的重物使發(fā)電機發(fā)電電流通過浸在液體的電阻絲引起液體溫度上升 （2）結論：對同一個系統(tǒng)，在
3、絕熱過程中，只要所做的電功相等，系統(tǒng)溫度上升的數值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同 3內能 （1）內能是物體內部所有分子做熱運動的動能和分子勢能的總和 內能類比于重力做功與路徑無關，僅由物體初、末位置決定而熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功也僅由初、末狀態(tài)決定，與具體做功的過程和方法無關，我們認識到。任何一個熱力學系統(tǒng)必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個物理量是系統(tǒng)的一種能量，叫內能 （2）內能變化和做功的關系 系統(tǒng)由狀態(tài)在絕熱過程中達到狀態(tài)時，內能的增加量，。 絕熱過程中：內能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功當外力做正功時，系統(tǒng)內能增加，外力做負功時，系統(tǒng)內能減少，且內能變化量等
4、于外力所做的功 （3）功和內能的區(qū)別 功是能量轉化的量度，與內能變化相聯(lián)系，是過程量，而內能是狀態(tài)量，只有在內能變化過程中才有功物體內能大，并不意味著做功多，只有內能變化大，才意味著做功多 （4）熱傳遞和內能的改變 熱傳遞有傳導、對流和輻射三種形式 熱傳遞和做功對改變系統(tǒng)的內能來說是等效的系統(tǒng)在不對外做功，外界也不對系統(tǒng)做功時，系統(tǒng)吸收的熱量為時則內能增加量為系統(tǒng)對外界放出的熱量為時，則內能減少，即 4物體的內能及內能的變化 物體的內能是指物體內所有分子的平均動能和勢能之和，在微觀上由分子數和分子熱運動劇烈程度和相互作用力決定，宏觀上體現為物體的溫度和體積，因此物體的內能是一個狀態(tài)量 當物體溫
5、度變化時，分子熱運動劇烈程度發(fā)生改變，分子平均動能變化物體體積變化時，分子間距變化，分子勢能發(fā)生變化因此物體內能的變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程及方式無關5做功與內能的變化 做功改變物體內能的過程是將其他形式的能（如機械能）與內能相互轉化的過程，做功使物體內能發(fā)生變化時，內能改變了多少可用做功的數值來度量外界對物體做多少功，物體的內能就增加多少；物體對外界做多少功，物體的內能就減少多少 壓縮氣體，外界對氣體做了功，氣體的內能增加，氣體內能的增加量等于外界對氣體做的功；氣體膨脹，是氣體對外界做功，氣體內能減小，氣體內能的減少量等于氣體膨脹對外做的功實質上，對氣體我們還能從另一個方面來判斷，那
6、就是看氣體的體積，被研究的氣體體積增大就一定對外做功；氣體的體積減小，外界就一定對氣體做功 在絕熱過程中，末態(tài)內能大于初態(tài)內能時，為正，形為正。外界對系統(tǒng)做功末態(tài)內能小于初態(tài)內能時為負，形為負，系統(tǒng)對外界做功內能和其他形式的能一樣，是狀態(tài)量，物體的狀態(tài)一定時，它的內能也一定和討論重力勢能一樣，我們能確定的只是內能的變化，因為任何狀態(tài)下的內能，只有在標準參考態(tài)的值確定后，才可能得出相應的確定值，由此可知，要測得物體某一狀態(tài)內能的絕對值，是不可能的 6內能與機械能 物體的內能與機械能是兩個不同的物理概念內能是由大量分子熱運動和分子間的相對位置所決定的能機械能是物體做機械運動和物體形變所決定的能物體
7、具有內能的同時可具有機械能物體的機械能在一定條件下可等于零，但物體的內能不可能等于零，因為分子永不停息地做無規(guī)則運動，它們之間有相互作用 內能和機械能在一定條件下可以相互轉化，且總量保持不變 7具體現象的分析如圖所示，大口玻璃瓶內有一些水，水的上方有水蒸氣，向瓶內打氣，當瓶塞跳出時，觀察瓶內的變化。 解析：當瓶塞跳出時，我們會發(fā)現瓶內的瓶口處有“白霧”產生我們所選的研究對象是瓶內水面上方的水蒸氣，在瓶塞跳出的過程中，是系統(tǒng)膨脹對外界做功，在這個過程中系統(tǒng)的內能減少瓶內的瓶口處的“白霧”實際上是瓶內的水蒸氣液化形成的無數小液滴，水蒸氣液化過程中內能減少要點二、熱和內能 1熱傳遞 （1）熱傳遞 熱
8、傳遞的定義 高溫物體總是自發(fā)地把它的內能傳遞給低溫物體，這種沒有做功而使物體內能改變的現象稱為熱傳遞 熱量從物體的一部分傳遞到另一部分，或從一物體傳遞到另一個物體的物理過程 熱傳遞的方式 熱傳導、熱對流、熱輻射 熱傳遞的條件是存在溫度差，最終結果是使物體的溫度一樣 熱傳遞的規(guī)律是熱量從高溫物體傳向低溫物體 （2）熱傳遞和內能變化的關系 系統(tǒng)在單純的傳熱過程中，內能的增量等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量，即 2做功和熱傳遞在改變物體內能上的關系 （1）兩種方式的區(qū)別 做功：其他形式的能和內能之間的轉化當機械能轉化為內能時，必須通過物體的宏觀運動才能實現 熱傳遞：物體間內能的轉移，即內能從物體的一部分傳到
9、另一部分，或從一個物體傳遞到另一個物體它是在分子相互作用下，通過分子的微觀運動來達到內能的改變的物體間發(fā)生熱傳遞的必要條件是存在溫度差在熱傳遞過程中，內能從高溫物體傳遞到低溫物體，使高溫物體內能減少，低溫物體內能增加，最后達到溫度相等 （2）兩種方式的聯(lián)系 做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，從它們改變內能的最終結果看，兩者是等效的 3“溫度”“熱量”“功”“內能”四個量的區(qū)別與聯(lián)系 （1）內能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內能也隨之確定，要使系統(tǒng)的內能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種過程來完成而熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是
10、用來衡量物體內能變化的，有過程，才有變化，離開過程，就毫無意義就某一狀態(tài)而言，只有“內能”，根本不存在什么“熱量”和“功”，因此，不能說一個系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功” （2）熱量和溫度 熱量是系統(tǒng)的內能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內部大量分子做無規(guī)則運動的激烈程度的標志雖然熱傳遞的前提是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是能量，不是溫度。 （3）熱量和功 熱量和功都是系統(tǒng)內能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量還與一定量的功相當，熱量可以通過系統(tǒng)轉化為功功也可以通過系統(tǒng)轉化為熱量，但它們之間有著本質的區(qū)別 用做功來改變系統(tǒng)的內能，是系統(tǒng)內分子隨整體的有序運動轉化為另一系統(tǒng)的分子的無規(guī)則運動
11、的過程，是機械能或其他形式的能和內能之間的轉化過程用熱傳遞來改變系統(tǒng)的內能，是通過傳導、對流和輻射來完成的，它將分子的無規(guī)則運動，從一個系統(tǒng)轉移到另一個系統(tǒng)，這種轉移就是系統(tǒng)間內能轉換的過程4關于熱傳遞和物體內能改變的關系的定量計算和定性分析 熱傳遞也可以改變物體的內能物體吸收了熱量，分子熱運動變得劇烈，分子平均動能就增加，物體的內能就增大，反之物體的內能就減少在只有熱傳遞的情況下，系統(tǒng)由狀態(tài)到達狀態(tài)，內能增量為，吸收的熱量即，也就是說： 物體吸收熱量，內能增加，物體放出熱量，內能減少，并且內能的變化量等于物體吸收或放出的熱量對于應明確其中各量的意義 5功、熱量、內能、溫度四個概念易混淆的問題
12、 關于功、熱量、內能、溫度四個物理量的概念易混淆的問題，我們區(qū)別四者的根據是功、熱量是能量轉化轉移的量度，是與內能的變化相聯(lián)系的，是過程量；內能是狀態(tài)量物體的內能大，并不意味著物體一定會對外做功或向外傳遞熱量，或者做的功多，傳遞的熱量多只有物體內能的變化大時，過程中做的功或傳遞的熱量才會多溫度只是分子平均動能的標志，物體的內能除與溫度有關外，還與物體的質量、體積、物態(tài)等因素有關，結合這些方面的聯(lián)系與區(qū)別進行判斷才不易出錯 6熱傳遞的實質 用熱傳遞來改變系統(tǒng)的內能，是通過傳導、對流、輻射來完成的，它將分子的無規(guī)則運動從一個系統(tǒng)轉移到另一個系統(tǒng)，這種轉移也就是系統(tǒng)間的內能轉換的過程功是在沒有熱傳遞
13、的過程中，系統(tǒng)能量變化的量度；熱量是在沒有做功的過程中，系統(tǒng)能量變化的量度 7對“熱功當量”的理解 對于熱功當量的大小，不能理解為“熱量可以做功”或“熱量等于的功” 熱功當量的前提是做功和熱傳遞在改變內能上的等效性，因此，對于應理解為“傳遞給物體的熱量使物體內能的增加，與對物體做功使物體內能的增加在效果上是相當的”也就是說，使物體內能發(fā)生變化，熱量相當于（等效于）功要點三、熱力學第一定律 能量守恒定律 1熱力學第一定律 （1）熱力學第一定律的研究對象 研究功、熱量跟內能的變化之間的定量關系 （2）熱力學第一定律的表達式 我們知道，做功和熱傳遞都可以改變物體的內能在一般情況下，如果物體跟外界同時
14、發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么外界對物體所做的功彬加上物體從外界吸收的熱量等于物體內能的增加，即。 上式所表示的功、熱量跟內能改變之間的關系，叫做熱力學第一定律 一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和，這個關系叫做熱力學第一定律 一般情況下，如果外界對一個物體做功，同時給物體傳遞熱量，則該物體內能的增加應為兩者之和，這就是熱力學第一定律2能量轉化和守恒定律 （1）不同形式的能量之間可以相互轉化 自然界中能量的存在形式：物體運動具有機械能、分子運動具有內能、電荷具有電能、原子核內部的運動具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應 不同形式能量之
15、間的轉化：“摩擦生熱”是通過克服摩擦做功將機械能轉化為內能；水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內能轉化為機械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉化為內能等，這些實例說明了不同形式的能量之間可以相互轉化，且這一轉化過程是通過做功來完成的 （2）能的轉化和守恒定律 人類通過對大量的實踐經驗進行總結得知，要獲得一種能量，一定需要利用另一種能量通過做功的方式進行轉化，能量不能憑空產生，即不可能設計、創(chuàng)造出一種不消耗任何能量而能源源不斷地對外做功的永動機 能的轉化和守恒定律：能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，這就是能的轉化和守
16、恒定律 （3）能量守恒定律的重要意義 能的轉化和守恒是分析解決問題的一個極為重要的方法它比機械能守恒定律更普遍例如物體在空中下落受到阻力時，物體的機械能不守恒，但包括內能在內的總能量總是守恒的3永動機不可能制成 如圖是歷史上有名的一種永動機的設計從圖上看，設計者為什么認為這個機器會永遠運動下去？不用能量的概念，你能不能說明它不會永遠運動下去？ 解析這種永動機是在一個輪子的邊緣等距地安裝根活動短桿，桿的自由端分別套上一個重球無論輪子轉到什么位置，右邊的各個重球總比左邊的各個重球離軸心更遠一些設想，右邊甩過去的重球作用在離軸較遠的位置，就會迫使輪子按照箭頭所示的方向永不停息地旋轉下去，至少轉到輪軸
17、磨壞時為止但是，實際上輪子轉動一兩圈后就停了下來，在這種永動機的設計中，我們總可以找到一個平衡位置，在這個位置上，各個力恰好相互抵消不再有任何推動力使它運動永動機必然會在這個平衡位置上靜止下來，變成不動機 （1）第一類永動機 概念：不消耗能量的機器 結果：無一例外地歸于失敗 原因：違背能量守恒定律 （2）永動機給我們的啟示人類利用和改造自然時，必須遵循自然規(guī)律 要點詮釋：能量守恒定律的發(fā)現，使人們進一步認識到。任何一部機器，只要對外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，而不能無中生有地創(chuàng)造能量不消耗能量，卻可以源源不斷地對外做功的機器（第一類永
18、動機）是不可能制成的 4運用熱力學第一定律分析解決問題時對公式中物理量符號的規(guī)定 （1）外界對系統(tǒng)做功，即形為正值； （2）系統(tǒng)對外界做功，也就是外界對系統(tǒng)做負功，即為負值； （3）外界對系統(tǒng)傳遞熱量，也就是系統(tǒng)從外界吸收熱量，即為正值； （4）外界對系統(tǒng)吸收熱量，也就是系統(tǒng)向外界放出熱量，即為負值； （5）系統(tǒng)內能增加，即為正值； （6）系統(tǒng)內能減少，即為負值 5熱力學第一定律的應用中應注意的問題 （1）在應用過程中應特別注意分清形的正負號，以便準確地判斷的正、負 （2）幾種特殊情況： 若過程是絕熱的，則，外界對物體做的功等于物體內能的增加 若過程中不做功，即，則，物體吸收的熱量等于物體內能
19、的增加 若過程的始末狀態(tài)物體的內能不變，即，則或，外界對物體做的功等于物體放出的熱量 6能量守恒定律的應用 （1）對能量守恒定律的理解和應用的具體方法 某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等 某一物體的能量減少，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 （2）一般的解題步驟 首先應明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng) 分別列出物體或系統(tǒng)吸收或放出的熱量；外界對物體或系統(tǒng)所做的功或物體或系統(tǒng)對外所做的功 根據熱力學第一定律列出方程進行求解 特別應注意的就是物理量的正負號及其物理意義【典型例題】類型一、功和內能例1要探究一個規(guī)律我們可以用實驗法如圖所示
20、，在一個有機玻璃筒底放置少量易燃物，如硝化棉或浸過乙醚的棉花等，迅速壓下筒中的活塞，我們會發(fā)現筒底的物品燃燒起來，試解釋這一現象 【答案】見解析【解析】產生這一現象的原因是在活塞壓下來的過程中，由于壓縮氣體做功，使氣體的內能增加，溫度升高達到了易燃物的燃點而導致的結果 舉一反三:【變式】100的水完全變成100的水蒸氣，則（ ）A水分子的內能增加B水的內能增加C水所增加的內能小于所吸收的熱量D水所增加的內能等于所吸收的熱量【答案】BC【變式2】下列關于系統(tǒng)的內能的說法正確的是（ ） A系統(tǒng)的內能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的 B分子動理論中引入的系統(tǒng)內能和熱力學中引入的系統(tǒng)內能是一致的 C做功可以改變系
21、統(tǒng)的內能，但單純地對系統(tǒng)傳熱不能改變系統(tǒng)的內能 D氣體在大氣中絕熱膨脹時對外做了功，但氣體的內能不變 【答案】A、B 【解析】系統(tǒng)的內能是一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，所以是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，A對正因為內能是由于系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，所以分子動理論中引入的內能和熱力學中引入的內能是一致的，B對做功和熱傳遞都可以改變系統(tǒng)的內能，C錯氣體絕熱膨脹時對外界做了功，又因為與外界沒有熱交換，所以系統(tǒng)的內能要減小，故D錯 【總結升華】分子動理論中引入的系統(tǒng)內能和熱力學中引入的系統(tǒng)內能不僅是一致的，而且前者為后者提供了微觀解釋 例2絕熱過程中，外界壓縮氣體做功，下列說法中正確的是（ ） A氣體內能一定增加
22、 B氣體內能增加必定小于 C氣體內能增加可能小于 D氣體內能可能不變 【思路點撥】絕熱過程中，功是內能轉化的量度：【答案】A 【解析】絕熱過程中，做功的過程是能量轉化的過程，做了多少功，內能就發(fā)生了多少變化 【總結升華】絕熱過程中，功是內能轉化的量度： 舉一反三: 【變式1】一定質量的空氣，從外界吸收了的熱量，同時在個大氣壓的恒定壓強下，體積由增大到，空氣的內能增加了（ ）A B C D【答案】B【解析】 【變式2】金屬筒內裝有與外界溫度相同的壓縮空氣，打開筒的開關，筒內高壓空氣迅速向外逸出，待筒內外壓強相等時，立即關閉開關在外界保持恒溫的條件下，經過一段較長的時間后，再次打開開關，這時出現的
23、現象是（ ） A筒外空氣流向筒內 B筒內空氣流向筒外 C筒內外有空氣交換，處于動態(tài)平衡，筒內空氣質量不變 D筒內外無空氣交換 【答案】B【解析】因高壓空氣急劇外逸時，氣體來不及充分與外界發(fā)生熱交換，可近似看成絕熱膨脹過程，氣體對外做功，內能減少，所以關閉開關后，筒內氣體溫度較外界偏低，再經過較長時間后，筒內外氣體溫度相同對筒內剩余氣體分析，屬等容升溫過程，壓強要升高，大于外界氣壓，所以再打開開關時，筒內氣體要流向筒外 【總結升華】對筒內氣體的變化分兩個過程研究，先絕熱膨脹，再等容升溫經過一段時間后，瓶內外形成一定的壓強差例3如圖所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、活塞（連同拉桿）是絕熱的，
24、且不漏氣用、分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內能，則在將拉桿緩慢向外拉的過程中（ ） A不變，減小 B不變，增大 C增大，不變 D增大，減小 【思路點撥】明確甲、乙兩氣室的氣體都經歷的是絕熱過程，內能的改變取決于做功的情況【答案】D 【解析】本題解題的關鍵是明確甲、乙兩氣室的氣體都經歷的是絕熱過程，內能的改變取決于做功的情況對甲室內的氣體，在拉桿緩慢向外拉的過程中，活塞左移，壓縮氣體，外界對甲室氣體做功，其內能應增大；對乙室內的氣體，活塞左移，氣體膨脹，氣體對外界做功，內能應減小 【總結升華】壓縮氣體，外界對氣體做功，內能增大，溫度升高，柴油機就是利用這個道理點火的 在絕熱過程中，末態(tài)內能大于初態(tài)
25、內能時，為正，為正，外界對系統(tǒng)做功末態(tài)內能小于初態(tài)內能時，為負，為負，系統(tǒng)對外界做功舉一反三:【變式】斜面高，傾角為，質量是的物體從頂端由靜止滑至底端，已知動摩擦因數為，取 求：（1）物體到達底端時的速度； （2）滑行過程中有多少機械能轉化為內能 【答案】見解析【解析】（1）對物體從頂端由靜止滑到底端的過程中，由動能定理得 ，故有 （為斜面長）代入數據求得 （2）摩擦力做的功等于機械能的減少量，全部轉化為內能 【總結升華】應知道滑動摩擦力是耗散力，滑動摩擦力做了多少功，就有多少機械能轉化為內能類型二、熱和內能 例4物體的內能增加了，下列說法中正確的是（ ） A一定是外界對物體做了的功 B一定是
26、物體吸收了的熱量 C一定是物體分子動能增加了 D物體的分子平均動能可能不變 【思路點撥】做功和熱傳遞是改變內能的兩種方式【答案】D 【解析】做功和熱傳遞都可以改變物體內能，物體內能改變，其方式是不確定的，因此A、B錯誤而物體內能包括所有分子的平均動能和勢能，內能由分子數、分子平均動能、勢能三者決定，因此C錯誤 【總結升華】做功和熱傳遞是改變內能的兩種方式舉一反三:【變式】下列說法中正確的是（ ） A做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的，因此做功與熱傳遞是沒有區(qū)別的 B雖然做功和熱傳遞在改變內能的效果上是等效的，但我們還是可以通過分析改變前后物體的內能，來區(qū)別是做功還是熱傳遞改變內能的 C做功和
27、熱傳遞在改變內能的效果上是等效的，表明要使物體的內能發(fā)生變化，既可以通過做功來實現，也可以通過熱傳遞來實現D功和熱傳遞在改變內能的效果上是等效的，說明人在出汗散熱時，還可以通過對外做功來代替出汗改變內能【答案】C 【解析】做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的，但本質不同，做功是將其他形式的能量轉化為內能或將內能轉化為其他形式的能量；熱傳遞是將一個物體的內能傳遞給另一個物體故A、B均錯誤，C正確；人在出汗散熱時，顯然是不可以通過對外做功來代替出汗改變內能，D錯誤。 【總結升華】做功和熱傳遞本質不同，但在改變物體內能上是等效的，注意它們的區(qū)別和聯(lián)系 例5對于熱量、功和內能三者的說法正確的是（ ）
28、A熱量、功、內能三者的物理意義等同 B熱量、功都可以作為物體內能的量度 C熱量、功、內能的單位不相同 D熱量和功是由過程決定的，而內能是由物體狀態(tài)決定的 【答案】D 【解析】物體的內能是指物體的所有分子動能和分子勢能的總和，而要改變物體的內能可以通過做功和熱傳遞兩種途徑這三者的物理意義不同，A項錯熱量是表示在熱傳遞過程中物體內能變化多少的物理量，而功也是用做功的方式來量度改變物體內能多少的物理量，B項錯三者單位都是焦耳，C項錯熱量和功是過程量，內能是狀態(tài)量，D項正確 舉一反三: 【變式】關于系統(tǒng)內能的下列說法正確的是（ ） A物體內所有分子的動能與分子勢能的總和叫物體的內能 B一個物體當它的機
29、械能發(fā)生變化時，其內能也一定發(fā)生變化 C外界對系統(tǒng)做了多少功形，系統(tǒng)的內能就增加多少，即 D系統(tǒng)從外界吸收了多少熱量，系統(tǒng)的內能就增加了多少，即 【答案】A 【解析】在分子動理論中，我們把物體內所有分子的分子動能與分子勢能的總和定義為物體的內能，選項A對物體的內能與機械能是兩個不同的物理概念，兩者沒有任何關系。如物體的速度增加了，機械能可能增加，但如果物體的溫度不變。物體的內能就不變，故選項B錯只有當系統(tǒng)與外界絕熱時，外界對系統(tǒng)做的功才等于系統(tǒng)內能的增量，同理，只有在單純的熱傳遞過程中，系統(tǒng)吸收（或放出）的熱量才等于系統(tǒng)內能的增量，故選項C、D都錯 例6若對物體做的功，可使物體溫度升高，改用熱
30、傳遞的方式，使物體溫度同樣升高，那么物體應吸收的熱量；如果對該物體做的功，物體的溫度升高，表明該過程中，物體還（填“吸收”或“放出”）熱量 【答案】 放出 【解析】做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的，因此物體用做功方式使溫度升高，若用吸熱方式也使溫度升高，應吸收的熱量對物體做功，溫度升高，設物體溫度升高，需要的功或熱量為 ，所以 因此物體放出的熱量 類型三、熱力學第一定律 能量守恒定律例7用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中盛有一定質量的理想氣體，B為真空（如圖），現把隔板抽去，A中的氣體自動充滿整個容器（如圖），這個過程稱為氣體的自由膨脹，下列說法正確的是（ ） A自由膨脹過程中，氣體
31、分子只做定向運動 B自由膨脹前后，氣體的壓強不變 C自由膨脹前后，氣體的溫度不變 D容器中的氣體在足夠長的時間內，能全部自動回到A部分 【答案】C 【解析】理想氣體在絕熱的條件下，向真空部分自由膨脹的過程是一個既與外界沒有熱交換，又沒有對外做功的過程，根據熱力學第一定律可以確定氣體的內能不變，而理想氣體的分子勢能為0，即分子動能不變。溫度不變 舉一反三: 【變式】一定質量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經過一系列變化后又回到開始的狀態(tài)，用表示外界對氣體做的功，表示氣體對外界做的功，表示氣體吸收的熱量，表示氣體放出的熱量，則在整個過程中一定有（ ） A B C D 【答案】A 【解析】本題所考查的內
32、容涉及理想氣體的內能、改變物體內能的兩種方式及熱力學第一定律等知識解答本題的切入點是，對一定質量的理想氣體，在某一狀態(tài)下其內能是確定的首先，對一定質量的理想氣體，經過一系列的狀態(tài)變化后又回到原狀態(tài)，表明整個過程中內能的變化為零，即通過做功和熱傳遞引起的內能變化相互抵消，所以A選項正確當然，若，則必定有；若，則必定有；若，則必定有，所以B、C、D三項都有可能，故選A 例8用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時，假設袋內氣體與外界無熱交換，則袋內氣體（ ）A體積減小，內能增大B體積減小，壓強減小C對外界做負功，內能增大D對外界做正功，壓強減小【答案】AC【解析】本題考
33、查熱力學第一定律，要明確題目中氣體與外界光熱交換的條件。根據熱力學第一定律，UWQ，Q0，外界壓縮氣體，氣體體積減小，外界對氣體做正功，內能增大，溫度升高，由可知壓強增大，A、C正確，B、D錯?！究偨Y升華】解決此類問題一般要同時結合熱力學第一定律和狀態(tài)方程分析。 舉一反三: 【變式1】兩裝置，均由一支一端封閉，一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中（插入過程沒有空氣進入管內），水銀柱上升至圖示位置停止。假設這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的是（ ） A中水銀的內能增量大于中水銀的內能增量B中
34、水銀的內能增量大于中水銀的內能增量C和中水銀體積保持不變，故內能增量相同D和中水銀溫度始終相同，故內能增量相同【答案】B 【變式2】關于物體內能的變化，以下說法中正確的是（ ） A物體吸收熱量，內能一定增大 B物體對外做功，內能一定減少 C物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變 D物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變 【答案】C 【解析】根據熱力學第一定律，物體內能的變化與外界對物體做功（或物體對外界做功）、物體從外界吸熱（或向外界放熱）這兩種因素有關物體吸收熱量，但有可能同時對外界做功，故內能有可能不變甚至減小，故A項不正確同理，物體對外界做功的同時有可能吸熱，故內能不一定減小，B項不
35、正確若物體吸收的熱量與對外做功相等，則內能不變，故C項正確因放熱和對外做功都會使物體內能減小，故D項不正確 【總結升華】本題易錯選A、B或D的原因主要是對一些基本概念理解不清，對以下基本知識的理解不夠透徹，以下三個要點要通過練習不斷加深理解： 外界對系統(tǒng)做功，形為正值，反之，形為負值 系統(tǒng)吸熱，為正值，反之，為負值 系統(tǒng)內能增加，為正值；系統(tǒng)內能減小，為負值例9風沿水平方向以速度”垂直吹向一直徑為的風車葉輪上，設空氣密度為，風的動能有轉化為風車的動能，風車帶動水車將水提高的高度，效率為，則單位時間最多可提升的水的質量。 【思路點撥】根據能量守恒定律列出方程【答案】【解析】設在時間內吹在風車上的空氣的質量為，則 ，風的動能 根據題意： 。則 【總結升華】本題綜合性較強，根據能量守恒定律列出方程即可得到正確答案舉一反三: 【變式】要把質量為的衛(wèi)星發(fā)射到地球附近的圓形軌道上，如果燃料完全燃燒產生的熱量有轉化為衛(wèi)星軌道上運行時的動能，試求燃料質量至少為多少？（地球半徑為，燃料的燃燒值，） 【解析】設衛(wèi)星在地球附近圓形軌道上的運行速度為， 則 ， 由題意得 聯(lián)立式得14
2018學年高中物理 第4章 能量守恒與熱力學定律 熱力學第一定律學案 教科版選修3-3
