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第二、三节热力学第一定律能量守恒定律1．(多选)(2018年宝鸡二模)关于物体的内能，下列说法正确的是()A．相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增量一定相同B．物体的内能改变时温度不一定改变C．内能与物体的温度有关，所以0℃的物体内能为零D．分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能E．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体【答案】BDE[质量相同，但物体的物质的量不一定相同，故物体升高相同的温度时，内能的增量不一定相同，故A错误；物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等，物体的内能改变时温度不一定改变，比如晶体熔化的过程中内能增大而温度不变，故B正确；一切物体在任何温度下都具有内能，所以0℃的物体仍然有内能，故C错误；物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等，所以分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能，故D正确；物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等，内能小的物体的温度可以比内能大的物体的温度高，所以内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体，故E正确．]2．(2017年江苏二模)某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球胀大起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的()A．内能减小B．分子平均动能增大C．分子对烧瓶底的平均作用力变小D．体积是所有气体分子的体积之和【答案】B[由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气体吸收了热水的热量，温度升高，内能增大，故A错误；由于温度升高，所以分子的平均动能增大，故B正确；由于外界压强不变，气球胀大(张力变大)，则气体压强变大，分子对瓶底的平均作用力变大，故C错误；气体分子体积很小，故对应的气体体积不是分子体积之和，故D错误．故选B．]3．(2017年南宁名校期末)做功和热传递是等效的，这里指的是()A．它们能使物体改变相同的温度B．它们能使物体改变相同的内能C．它们能使物体增加相同的热量D．它们本质上是相同的【答案】B[做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，由于不同的物体的比热不同，质量也可能不同，温度的改变不一定相同，故A错误；改变物体内能的方法有两种：做功和热传递．两种方法对改变物体的内能来说是等效的，即做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，故B正确；做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，不能说一定增加相等的热量，故C错误；做功是把其他形式的能量转化为内能，而热传递是物体之间内能的转移，二者本质不同，故D错误．故选B．]4．(2017年西安名校期中)关于物体的内能，下列说法正确的是()A．一壶热水的内能一定比一湖冷水的内能大B．当温度等于0℃时，分子动能为零C．分子间距离为r0时，分子势能为零D．温度相等的氢气和氧气，它们的分子平均动能相等【答案】D[物体内能与温度、体积以及物质的量有关；一湖水的物质的量远大于一壶水，故壶中水虽然温度度，但内能不一定大于湖中冷水，故A错误；物体在任何温度下都具有内能，故B错误；分子势能的零势能面是任意设定的，若设无穷远处为零，则分子间距离为r0时，分子势能为小于零，故C错误；温度是分子平均动能的标志，相同温度下，分子的平均动能相等，故D正确．故选D．]一、热力学第一定律1．改变内能的方式：________和________．2．功和内能的关系：若物体不存在热传递，当________对它做功时，它的内能_________，关系式为W＝________；若物体对外做功，则W0，ΔU0，表明内能________．做功热传递外界增加ΔU减少3．热传递和内能的关系：若物体既不对外做功，外界对物体也不做功，当物体从外界吸收热量Q时，它的内能________．关系式为Q＝________；若物体向外放出热量，则Q0，ΔU0，表明内能________．4．热力学第一定律物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，物体内能的增加量ΔU与____________做功W、____________吸热Q的关系：ΔU＝________．增加ΔU减少外界对物体物体从外界W＋Q对于一个绝热过程，外界对物体做功20J，物体内能改变了多少？对于一个无做功的过程，若外界对物体传递20J的热量，物体内能改变了多少？20J的功能否等于20J的热量？【答案】无论外界对物体做功20J，还是外界给物体传递20J的热量，物体内能都是增加20J，说明做功和热传递对改变内能是等效的，不能说20J的功等于20J的热量，因功与热量具有本质区别．二、能的转化与守恒定律1．定律内容能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式_______为另一种形式，或者从一个物体________到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变，这就是能量守恒定律．转化转移2．定律的意义(1)能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律，热力学第一定律是能的转化与守恒定律在________________这一特定过程中的具体体现．(2)一切违背能的转化与守恒定律的过程都是不可能实现的，能的转化与守恒定律证明永动机____________．改变物体内能不可能制成有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？【答案】不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量．对热力学第一定律的理解1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律应用时各量的单位应统一．2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少3.判断是否做功的方法一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化．(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W0；(特例：真空膨胀时W＝0)(2)若物体体积变小，外界对物体做功，W0．4．几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，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＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q．例1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1.3×105J，则此过程________．(填选项前的编号)①气体从外界吸收热量2.0×105J②气体向外界放出热量2.0×105J③气体从外界吸收热量2.0×104J④气体向外界放出热量6.0×104J题眼直击：热力学第一定律．解题流程：答案：②【题后反思】要正确理解符号法则，弄清正负号所代表的物理意义，(此处正负号不再代表大小)把每个物理量的正负确定出来，代入热力学第一定律表达式即可求解．1．(多选)(2018年茂名模拟)4只充满理想气体的相同气球平放在木板上，气球上放一轻质塑料板．将一重物放在轻质塑料板中间位置(球内气体温度视为不变)，则球内气体()A．压强变大，体积变小B．压强变小，体积变大C．内能不变，从外界吸热D．内能不变，对外界放热【答案】AD[将一重物放在轻质塑料板中间位置的过程中，球内气体压强增大，根据气体状态方程pVT＝C得体积减小．体积减小，外界对气体做功，温度不变，则内能不变，根据热力学第一定律知气体放热．]1．对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．(2)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．能量守恒定律2．能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．3．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如：物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律．4．能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法．能量守恒定律与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现．5．第一类永动机(1)定义：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功．(2)不可能制成的原因：违背了能量守恒定律．特别提醒：在应用能量守恒定律分析问题时，应注意：(1)哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．(2)哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．例2一铁球从高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)解析：设落到地面时的速率为v，由v2＝2gH得v＝2gH，则铁球在与地面撞击时损失的动能ΔE＝12mv2－12mv22＝34mgH．由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能，则ΔU＝ΔE＝34mgH＝Q，由Q＝cmΔt得Δt＝Qcm＝34mgHcm＝3gH4c，即铁球温度升高3gH4c．答案：3gH4c【题后反思】有关能量守恒定律的问题，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒观点求解．例3如图所示，皮带的速度是3m/s，两圆心距离l＝4.5m．现将m＝1kg的小物体轻放到左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数为μ＝0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，电动机因传送物体多消耗的电能是多少？解析：物体在相对滑动过程中，在摩擦力作用下做匀加速运动，则a＝Fm＝μg＝1.5m/s2，相对滑动时间t＝va＝31.5s＝2s，物体对地面的位移l1＝12at2＝12×1.5×22m＝3m，因为l1l，所以物体在滑落皮带轮前已和皮带一起运动．摩擦力对物体做的功W1＝12mv2＝12×1×9J＝4.5J，物体与皮带间的相对位移l′＝vt－l1＝3×2m－3m＝3m，发热部分的能量W2＝μmgl′＝0.15×1×10×3J＝4.5J．由功能关系得电动机因传送物体多消耗的电能为E＝W1＋W2＝9J．答案：9J2．如图所示，一个小铁块沿半径为R＝0.2m的半球内壁自上缘由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1m/s，设此过程中损失的机械能全部转化为内能，并有40%被铁块吸收．已知铁的比热容c＝0.46×103J/(kg·℃)，重力加速度g取10m/s2.求铁块升高的温度．【答案】1.3×10－3℃解析：铁块滑到底部产生的内能ΔE＝mgR－12mv2＝1.5m，升高温度Δt＝ΔE×40%mc＝1.3×10－3℃．