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第3节热力学第一定律能量守恒定律1．一个热力学系统的内能增量等于______________________________与_______________的和，这个关系叫做热力学第一定律，公式____________．它们的正负号规定如下：外界对系统做功，W____0；系统对外界做功，W____0.系统从外界吸热，Q____0；系统向外界放热，Q____0.系统内能增加，ΔU____0；系统内能减小，ΔU____0.2．能量既不会____________，也不会____________，它只能从一种形式________为另一种形式，或者从一个物体________到别的物体，在________或________的过程中，能量的总量保持不变．3．任何机器对外界做功都要消耗能量，能量转化和守恒定律的发现使人们进一步认识到：任何一部机器，只能使能量从____________转化为____________形式，而不能无中生有地________能量．因此，第一类永动机是____________制成的，因为它违背了____________．4．关于物体内能的变化，以下说法中正确的是()A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体对外做功，内能一定减少C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变5．一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统()A．机械能守恒B．总能量守恒C．机械能和内能增加D．机械能减少，内能增加6．“第一类永动机”不可能制成，是因为()[来源:学科网]A．不符合机械能守恒定律B．违背了能量守恒定律C．做功产生的热不符合热功当量D．找不到合适的材料和合理的设计方案【概念规律练】知识点一热力学第一定律1．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是()A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J2．下列关于物体内能的说法正确的是()A．物体吸收热量，内能一定增加B．物体放出热量，内能一定减少C．当做功和热传递同时存在时，物体的内能可能不变D．物体对外做功，内能可能增加知识点二能量守恒定律3．如图1所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂，现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则()图1A．QA＝QBB．QAQBC．QAQBD．无法确定QA、QB的大小4．水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6000m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差50m，若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率．(g取10m/s2)【方法技巧练】热力学第一定律的应用技巧5．一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×105Pa的状况下，体积从20L膨胀到30L，这一过程中气体从外界吸热4×103J，则气体内能的变化为()A．增加了5×103JB．减少了5×103JC．增加了3×103JD．减少了3×103J6．如图2图2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．体积必然变大B．有可能经过体积减小的过程C．外界必然对气体做正功D．气体必然从外界吸热1．某系统的初状态具有内能1J，在外界对它做0.5J的功后，它放出0.2J的热量，系统在这个过程中内能的增量是()A．0.7JB．0.3JC．0.66JD．－0.34J2．某气体温度升高了(体积不变)，可能的原因是()A．气体一定吸收了热量B．气体可能放出了热量C．外界对气体可能做了功D．气体可能吸收了热量图33．如图3所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时()A．氢气的温度不变B．氢气的压强减小C．氢气的体积增大D．氧气的温度升高图44．如图4，一绝热容器被隔板K隔开a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中()A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温度不变[来源:Z&xx&k.Com]5．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，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－Q2＝W1－W2C．W1＝W2D．Q1＝Q2图56．如图5所示是一定质量的理想气体从状态A经B至C的p—1V图线，则在此过程中()A．气体的内能改变B．气体的体积增大C．气体向外界放热D．气体对外界做功图67．如图6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8．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法中正确的是()A．机械能守恒B．能量正在消失C．只有动能和重力势能的相互转化D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒[来源:学科网ZXXK]9．行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象所包含的相同物理过程是()A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能转化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为其他形式的能量图710．如图7所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关能的转化的说法中正确的是()A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能[来源:Z|xx|k.Com]C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能11.图8在图8所示的两端开口的“U”形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高．现打开阀门K，从打开阀门到两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为ΔU，动能变化量为ΔEk；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得①W1＝0②W2－W3＝ΔEk③W2－W3＝Q＝ΔU④W3－Q＝ΔU其中，正确的是()A．①②③B．①②④C．②③D．①③题号1234567891011答案12.空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？[来源:Z§xx§k.Com]13．一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少功？如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况怎样？14．一铁球从高H处由静止落到地面上，回弹速率是落地速率的一半，设撞击所转化的内能全部使铁球温度升高，则铁球的温度升高多少？(设铁的比热容为c，各物理量取国际制单位)第3节热力学第一定律能量守恒定律课前预习练1．外界向它传递的热量外界对它所做的功ΔU＝W＋Q2．凭空产生凭空消失转化转移转化转移3．一种形式另一种创造不可能能量守恒定律4．C[根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)，物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关．物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错．同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B错．若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能可能不变，C正确．若物体放热同时对外做功，物体内能一定减少，故D错．]5．BD[物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少．由能量转化和守恒定律知，内能应增加，能的总量不变．]6．B课堂探究练1．B[因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，即B选项正确．]点评热力学第一定律的表达式为ΔU＝W＋Q，应用时要熟练掌握各物理量的符号法则．2．CD[当物体从外界吸收的热量与对外做的功正好相等时，物体的内能不变，C正确；物体对外做功，如果同时吸收热量，且吸收的热量比对外做的功多时，内能就可能增加．]点评本题易错之处是有些同学把吸热和内能混为一谈．不假思索就认为物体吸热内能增加，物体放热内能减少而错选A、B.而A和B中只谈到一种改变内能的方式，但并不能否认还可能存在着另一种改变内能的方式——做功．3．C[对A球：吸热后膨胀，重心升高，重力势能增加，则吸收的热量等于增加的重力势能和内能之和．QA＝ΔEPA＋ΔUA，对B球：吸热后也膨胀，但重心下降，则吸收的热量和重力势能的减少量等于B球内能的变化，即QB＋ΔEPB＝ΔUB，两球的内能的变化量相同，即ΔUA＝ΔUB，故QAQB，选项C正确．]点评应用能量守恒定律解决问题时，首先应明确有哪几种能量参与转化或转移，哪些增、哪些减，然后利用守恒观点列出方程求解．4．1.5×109W解析水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能．每秒钟流下的水的质量为：m＝ρV＝1×103×6000kg＝6×106kg.每秒钟水减少的机械能为：E＝mgh＝6×106×10×50J＝3×109J.设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得：Eη＝Pt，解得P＝3×109×50%W＝1.5×109W.点评能量守恒定律是普遍适用的定律，在解决有关能量转化问题时，必须想到利用能量守恒定律．5．C[气体等压膨胀过程对外做功W＝pΔV＝1.0×105Pa×(30－20)×10－3m3＝1.0×103J．这一过程气体从外界吸热Q＝4×103J．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于气体对外做功，W应取负值，则可得ΔU＝－1.0×103J＋4.0×103J＝3.0×103J，即气体内能增加3×103J．]方法总结若气体等压变化，压强为p，体积变化为ΔV，则气体做功W＝p·ΔV.6．ABD[本题是气体状态变化、图象与热力学第一定律结合的综合分析题．连接OA、OB，得到两条等容线，故有VBVA，所以A正确．由于没有限制从状态A变化到状态B的过程，所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到B状态，故B正确．因为气体体积增大，所以是气体对外做功，C错误．因为气体对外界做功，而气体的温度又升高，内能增大，由热力学第一定律知气体一定从外界吸热，D正确．]方法总结(1)一定质量的理想气体的内能只由温度决定，与体积无关．(2)应注意W＋Q＝ΔU和pVT＝C及图象的巧妙结合，综合分析．课后巩固练1．B[因W＝0.5J，Q＝－0.2J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝0.3J．]2．A[体积不变，说明外界对气体做的功W＝0，由于温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子平均动能增大，气体内能增加，由ΔU0知Q0，即一定吸热．]3．BCD[理想气体氢气和氧气的质量虽然相同，但由于氢气的摩尔质量小，故氢气物质的量多，又体积和温度相同，pVT＝C，所以氢气产生的压强大，当拔掉销子后，会推动活塞向氧气一方移动，这时氢气对外做功，又无热传递，由ΔU＝W＋Q可