高二物理选修3-3-10.3-热力学第一定律-能量守恒定律

第十章《热力学定律》高中物理选修3－3问题11.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？ΔU=W（绝热过程）问题22.一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？ΔU=Q（单纯热传递）【例3】(多选)关于热传递，下列说法正确的是()A．热传递中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体B．两个物体间发生热传递的条件是它们之间有温度差C．在热传递中热量一定从内能多的物体传向内能少的物体D．内能相等的两个物体相互接触时，也可能发生热传递BD【例4】下列说法正确的是()A．若两物体接触但没有热传递，则两物体所包含的热量相等B．做功和热传递的共同点是都能使系统内能发生改变C．一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从t1升高到t2，则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量D．高温物体内能多，低温物体内能少B如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化ΔU与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？ΔU=W+Q该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律.1.内容：2.表达式：一.热力学第一定律研究功、热量跟内能变化之间的定量关系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△U=W+Q物理量符号意义符号意义W+－Q+－ΔU+－3.书P54思考与讨论符号的意义？外界对系统做功系统对外界做功系统吸收热量系统放出热量内能增加内能减少4.几种特殊情况（1）.若过程绝热（2）.若过程不做功（3）.若过程内能不变ΔU=WΔU=QW+Q=0，W=-Q例1.一定质量的气体，在被压缩过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少300J，问此过程过程中气体是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？解：由题意知：W=300J，ΔU=-300J，由ΔU=W+Q可得：Q=ΔU-W=-300J-300J=-600JQ为负，表示气体放热600J二.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为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变，这就是能量守恒定律。1.历史过程P542.能量守恒定律⑴.自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。(3).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。(4).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程3.几点说明三.永动机不可能制成阅读P55回答一下问题1.第一类永动机.概念：结果：违背能量守恒定律无一例外地归于失败原因：2.永动机给我们的启示.人类在利用和改造自然时，必须遵循自然定律不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。书P56说一说历史上的永动机模型奥恩库尔的永动机模型据说，13世纪有一个法国人叫奥恩库尔的，他在一个轮子的边缘上等间隔地安装了12根可活动的锤杆。他设想一旦轮子被启动,由于轮子右边的各个重锤距轮轴更远些,就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去。历史上的永动机模型滚珠永动机滚珠永动机是利用格板的特殊形状，使一边重球滚到比另一边的距离轮心远些的地方。设计者本以为在两边重球的作用下会使轮子失去平衡而转动不息，但试验的结果却是否定的。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。历史上的永动机模型软臂永动机软臂永动机的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，力却增大了，转轮只能停止在原地历史上的永动机模型阿基米德螺旋永动机把水从蓄水池里汲到上面的水槽里，让它冲击水轮使之转动，轮子在带动水磨的同时，又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去。这样，整台机械就可以永不停息地运转下去。这样的设计当然也必然以失败告终。因为即使没有摩擦力，从水槽中流下的水的冲力,也不足以既带动水磨工作,又带动汲水器把全部流下的水重新汲回到原来的高度。1、下列说法正确的是（）A．外界对气体做功，气体的内能一定增大B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大D2、图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（）（Ａ）U甲不变，U乙减小（Ｂ）U甲增大，U乙不变（Ｃ）U甲增大，U乙减小（Ｄ）U甲不变，U乙不变C3．如图3所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在此过程中()A．气体对外界做功，温度降低，内能减少B．气体对外界做功，温度不变，内能不变C．气体不做功，温度不变，内能不变D．气体不做功，温度不变，内能减少C4．给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体()A．从外界吸热B．对外界做负功C．分子平均动能减小D．内能增加A5、一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有A．Q1—Q2=W2—W1B．Q1=Q2C．W1=W2D．Q1Q2A点拨：整个过程的内能不变，ΔU=0由热力学第一定律ΔU=W总+Q总=0Q总=-W总∴Q1—Q2=W2—W16.一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比，（）A．气体内能一定增加B．气体内能一定减小C．气体内能一定不变D．气体内能是增是减不能确定DA．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加B．机械能完全转化成内能是不可能的C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少D7.下列说法正确的是()【例4】如图4所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时()A．气体内能一定增加B．气体压强变大C．气体对外界做功D．气体对外界放热答案C10.(多选)如图4所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，dc平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法正确的是()A．从状态d到c，气体不吸热也不放热B．从状态c到b，气体放热C．从状态a到d，气体对外做功D．从状态b到a，气体吸热BCD11．如图5所示，一定质量的理想气体从状态A先后经过等压、等容和等温过程完成一个循环，A、B、C状态参量如图所示，气体在状态A的温度为27℃，求：(1)气体在状态B的温度TB；(2)气体从A→B→C状态变化过程中与外界交换的总热量Q.【例5】如图所示，倒悬的导热汽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，活塞到汽缸底面的距离为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，汽缸中的气体吸收的热量为Q.求：(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU；(2)最终的环境温度T.答案(1)Q－0.1p0SL＋0.1LG(2)1.1T0(2018广州一模）某同学制作了一个简易温度计：如图，一根两端开口的玻璃管水平穿过玻璃瓶口处的橡皮塞，玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱。当温度为T=280K时，水银柱刚好处在瓶口位置，此时该装置密封气体的体积V=480cm3。已知大气压强为p0=1.0×105Pa，玻璃管内部横截面积为S=0.4cm2，瓶口外玻璃管的长度为L=48cm。(i)求该温度计能测量的最高温度；(ii)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收Q=7J热量，问在这一过程中该气体的内能如何变化？变化了多少？橡皮塞L291.2k5.08J(1)(6分)下列说法中正确的是(填正确答案标号。选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)A．液晶具有流动性，其光学性质表现为各向异性B．太空舱中的液滴呈球状是由于完全失重情况下液体表面张力的作用C．用打气筒的活塞压缩气体很费力，说明分子间有斥力D．第二类永动机是不可能制造出来的,因为它违反了能量守恒定律E．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体ABE（2018深圳一模)如图所示，有一上部开有小孔的圆柱形汽缸，汽缸的高度为2L，横截面积为S，一厚度不计的轻质活塞封闭1mol的单分子理想气体，开始时活塞距底部的距离为L，气体的热力学温度为T1。已知外界大气压为P0，1mol的单分子理想气体内能公式为，现对气体缓慢加热，求：（1）求活塞恰上升到气缸顶部时气体的温度和气缸吸收的热量（2）当加热到热力学温度为3T1时气体的压强.RTU2333．【物理——选修3–3】（15分）（1）（5分）物体体积变化时，分子间距离会随之变化，分子势能也会发生变化.下图为分子势能Ep与分子间距离r的关系曲线，以下判断正确的是A．当r=r1时，分子势能最小B．当r=r2时，分子引力与斥力大小相等C．当r＞r2时，分子间作用力的合力表现为引力D．在r由r2变到r1的过程中，分子间作用力的合力做正功E．在r由r2逐渐增大的过程中，分子间作用力的合力做负功BCE（2）（10分）如图所示，粗细相同的导热玻璃管A、B由橡皮软管连接，一定质量的空气被水银柱封闭在A管内，气柱长L1=40cm.B管上方与大气相通，大气压强P0=76cmHg，环境温度T0=300K．初始时两管水银面相平，若A管不动，将B管竖直向上缓慢移动一定高度后固定，A管内水银面上升了h1=2cm．（i）求：B管上移的高度为多少？（ii）要使两管内水银面再次相平，环境温度需降低还是升高？变为多少？（大气压强不变）1.景颇族的祖先发明的点火器如图1所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()A．气体温度升高，压强不变B．气体温度升高，压强变大C．气体对外界做正功，气体内能增加D．外界对气体做正功，气体内能减少B2．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c.b、c状态温度相同，如图2所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则()A．pbpc，QabQacB．pbpc，QabQacC．pbpc，QabQacD．pbpc，QabQacC4．如图3所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则()A．气体体积膨胀，内能增加B．气体分子势能减少，内能增加C．气体分子势能增加，压强可能不变D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中D6．一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′.如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则()A．W1＞W2，Q1＜Q2，ΔU1＞ΔU2B．W1＞W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2C．W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＞ΔU2D．W1＝W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2B10.一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过