高中物理全套讲义选修3-3 第4讲 热力学第一定律(简单版) 教师版习题

[目标定位] 1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式.2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题.3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律.4.知道第一类永动机是不可能制成的．一、热力学第一定律1．改变内能的两种方法：做功与____________．两者在改变系统内能方面是____________．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传递的________与外界对它________________的和．(2)数学表达式：ΔU＝________.3．公式ΔU＝Q＋W中符号的规定4.(1)当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能增加，也可能减小，还可能保持不变．(2)物体内能发生变化可能是由做功引起的，也可能是由热传递引起的，还可能是两者共同作用的结果．5．判断是否做功的方法一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否变化．(1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0；(2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.深度思考图1快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？例1空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？对热力学第一定律应注意：(1)要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统.(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号规则代入数据.对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义.例2一定质量的理想气体，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＝Q2C．W1＝W2D．Q1＞Q2二、能量守恒定律永动机不可能制成1．能量守恒定律能量既不会凭空________，也不会凭空________，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，在转化和转移的过程中，能量的总量________________．2．能量守恒定律的意义(1)各种形式的能可以____________．(2)各种物理现象可以用________________联系在一起．3．永动机不可能制成(1)第一类永动机：人们把设想的不消耗________的机器称为第一类永动机．(2)第一类永动机由于违背了________________，所以不可能制成．深度思考图2为一种所谓“全自动”的机械手表，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，维持表针走动的能量是从哪儿来的？图2例3如图3所示，直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，加热气体，并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为ΔU，则()图3A．ΔU＝Q B．ΔU<QC．ΔU>Q D．无法比较利用能量守恒定律解决问题时，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.针对训练如图4所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中()图4A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用热力学第一定律与气体结合问题的解题方法在于综合应用理想气体状态方程和热力学第一定律，两者的结合点是温度和体积．(1)一定质量的理想气体内能的变化要看温度，气体温度升高，内能增大；气体温度降低，内能减小．(2)气体与外界的做功情况要看体积．气体体积膨胀，对外做功；气体体积减小，外界对气体做功；理想气体自由膨胀，不做功．例4如图5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()图5A．气体内能一定增加B．气体压强变大C．气体对外界做功D．气体对外界放热例5如图6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：图6(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU；(2)最终的环境温度T.1．(热力学第一定律的理解和应用)关于内能的变化，以下说法正确的是()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2．(能量守恒定律的理解和应用)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()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3．(热力学第一定律的理解和应用)一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J.(1)是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？(2)如果气体吸收的热量仍为2.6×105 J不变，但是内能增加了1.6×105 J，计算结果W＝－1.0×105 J，是负值，怎样解释这个结果？(3)在热力学第一定律ΔU＝W＋Q中，W、Q和ΔU为正值、负值各代表什么物理意义？4．(气体实验定律和热力学第一定律的结合)如图7所示，两个截面积都为S的圆柱形容器，右边容器高为H，上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为M的活塞．两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的．开始时阀门关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H，右边容器内为真空．现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时理想气体的温度增加为原来的1.4倍，已知外界大气压强为p0，求此过程中气体内能的增加量．图7提醒：完成作业第十章 3[答案]精析一、知识梳理1．热传递等效的2．(1)热量所做的功(2)Q＋W3．外界物体吸收增加物体外界放出减少深度思考无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的．不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别．典例精析例15×104 J[解析]选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q.由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J.例2A[对一定质量的理想气体，经过一系列的状态变化后又回到原状态，表明整个过程中内能的变化为零，即通过做功和热传递引起的内能变化相互抵消，所以A选项正确．当然，若Q1＝Q2，则必定有W1＝W2；若Q1＞Q2，则必定有W1＜W2；若Q1＜Q2，则必定有W1＞W2，所以B、C、D三项都有可能但不一定，故选A.]二、知识梳理1．产生消失转化转移保持不变2．(1)相互转化(2)能量守恒定律3．(1)能量(2)能量守恒定律深度思考这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．典例精析例3B[因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q 有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能．故正确[答案]为B.]针对训练B[由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B对，选项A、C、D错．]三、典例精析例4C[由图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，故气体的内能不变，气体对外做功；由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量．综上可知，C对，A、B、D错．]例5(1)Q －0.1p 0SL ＋0.1LG (2)1.1T 0[解析] (1)密封气体的压强p ＝p 0－G S密封气体对外做功W ＝pS ×0.1L由热力学第一定律ΔU ＝Q －W得ΔU ＝Q －0.1p 0SL ＋0.1LG(2)该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有LS T 0＝(L ＋0.1L )S T解得T ＝1.1T 0对点检测自查自纠1．C 2.D3．见[解析][解析](1)根据ΔU＝W＋Q得W＝ΔU－Q，将Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J代入式中得：W＝1.6×105 J>0，说明外界对气体做了1.6×105 J的功．(2)如果吸收的热量Q＝2.6×105J，内能增加了1.6×105J，即ΔU＝1.6×105J，则W＝－1.0×105 J，说明气体对外界做功．(3)在公式ΔU＝W＋Q中，ΔU>0，物体内能增加；ΔU<0，物体内能减少．Q>0，物体吸热；Q<0，物体放热．W>0，外界对物体做功；W<0，物体对外界做功．4.35(Mg＋p0S)H[解析]理想气体发生等压变化．设封闭气体压强为p，分析活塞受力有pS＝Mg＋p0S设气体初态温度为T，活塞下降的高度为x，系统达到新平衡，由盖—吕萨克定律得HST＝(H－x＋H)S1.4T解得x＝35H又因系统绝热，即Q＝0外界对气体做功为W＝pSx根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W所以ΔU＝35(Mg＋p0S)H。

第三节热力学第一定律能量守恒定律名师导航知识梳理1.热力学第一定律(1)内容：一个物体内能的变化，决定于_________和_________.(2)表达式：ΔU=_________.(3)符号定义：上式中W表示_________，Q表示_________，ΔU表示_________.(4)符号正负意义：W>0，表示_________，W<0，表示_________；Q>0表示物体_________，Q<0表示物体_________；ΔU>0，表示物体内能_________，ΔU<0，表示物体内能_________.2.能量守恒定律(1)内容：能量既不会_________也不会_________，它只能从_________或者_________，在转化和转移过程中，其总量不变.(2)意义：_________说明第一类永动机不可能制成.疑难突破怎样理解热力学第一定律是研究功、能量和内能之间的关系的？剖析：(1)热力学第一定律的表达式我们知道，做功和热传递都可以改变物体的内能，在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU，即ΔU=Q＋W上式所表示的功、热量跟内能改变之间的关系，叫做热力学第一定律.(2)对ΔU=Q＋W的说明热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况，因此在使用ΔU=Q＋W时，通常有以下规定：为了区分以上两种情况，在应用ΔU=Q＋W进行计算时，它们的正负符号规定：外界对系统做功，W>0，即W为正值；系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0，即W为负值；外界对系统传递热量，也就是系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值；外界从系统吸收热量，或系统向外界放出热量，Q<0，即Q为负值；系统内能增加，ΔU>0，即ΔU为正值；系统内能减少，ΔU<0，即ΔU为负值.问题探究问题：第一类永动机为什么不能制成？大家也许听说过“永动机”，这是一种不需要任何能量，自己就能够做功干活，并且永远运动的机器.但是，这种“永动机”是否能制造出来呢？同永远找不到不吃草的好马一样，不需要能量而永远运动并且能够做功的永动机，也是不可能制造出来的.因为在自然界中物质的任何一种形式的能量，在一定条件下都能够用直接或间接的方式，转化成其他形式的能量，在转化中，总能量保持不变.这就是能量守恒和转化定律.用恩格斯的话来说，这是一条“绝对的自然规律”.典题精讲【例1】汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中( )A.汽车的机械能守恒B.汽车的动能和势能相互转化C.汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少D.汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒思路解析：汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少.答案：C【例2】某物体温度升高了，这说明( )A.该物体一定吸收了热量B.该物体可能放出了热量C.外界对物体可能做了功D.物体可能吸收了热量思路解析：由ΔU=Q＋W来分析，物体温度升高了，一定有物体的内能增加，ΔU>0，要满足ΔU>0可能有各种情况：①W>0,Q=0；②W=0，Q>0；③W>0，Q>0；④W>0，Q<0，W>|Q|；⑤W<0，Q>0，Q>|W|.由①否定选A；④与选项B一致；①、③、④与选项C一致；②、③、⑤与选项D一致，故选项B、C、D正确.答案：BCD知识导学1.用热力学第一定律时要明确：(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过程是等效的，而且给出了内能的变化量和功的数值，热量和数值之间的定量关系.(2)应用此定律前应准确理解各物理量的物理含义：ΔU是物体内能的增量，当物体内能增加时取“＋”号，当物体的内能减少时取“-”号，Q是外界与系统之间传递的热量，当外界传递给系统热量(系统吸热)时取“＋”号，当系统向外界传递热量(系统放热)时取“-”号.2.用能的转化和守恒定律时要明确：(1)能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律.(2)一切违背能的转化与守恒定律的过程是不可能实现的，能的转化与守恒定律表明永动机不可能制成.疑难导析做功和热传递都能改变物体的内能，因此物体内能的改变量ΔU，必与功W和热量Q有关：(1)如果单纯通过做功改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来量度，这时，物体内能的增加(或减少)量ΔU就等于外界(或物体对外界)所做的功W的数值，即ΔU=W.(2)如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化便可用传递热量的多少来量度，物体内能的增加(或减少)量ΔU应等于从外界吸收(或向外界放出)热量Q的数值，即ΔU=Q.(3)在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化则由做功和所传递的热量共同决定.在这种情况下，物体内能的增加量就应等于外界对物体所做的功W和物体从外界吸收的热量Q 之和，即ΔU=Q＋W.问题导思永动机的诱人前景，曾使许多人致力于永动机的研究，但都以失败告终.能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外界做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化成别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，而不能无中生有地创造能量.不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的.典题导考绿色通道：解此类问题要用能量转化和能量守恒的观点去考虑，重在理解能量的转化关系和能量的守恒定律.【典题变式1】 (2006重庆理综，16) 如图10-3-1，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小( )图10-3-1A.从外界吸热B.内能增大C.向外界放热D.内能减小绿色通道：应用热力学第一定律解题，先要明确研究对象，其次要根据符号的法则判断符号的正负.【典题变式2】某一定量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化可能是( )A.减少了20 JB.增加了20 JC.减少了220 JD.增加了220 J典题变式答案【典题变式1】解析：水温恒定且金属筒缓慢下降，则空气的温度始终不变，气体的内能不变，B、D错误.筒内空气体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律，气体必须向外界放热，A错误，所以C正确.答案：C【典题变式2】答案：B百度文库是百度发布的供网友在线分享文档的平台。

热力学第一定律一、热力学第一定律1．内能改变的两种方式⑴ 功和内能变化的关系从19世纪30年代起，人们逐渐认识到，为了使系统的热学状态发生变化，既可以向它传热，也可以对它做功。

从1840年起，英国物理学家焦耳进行了多种多样的实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热量的相互关系。

① 绝热过程：系统变化过程中，只由于做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。

② 焦耳的实验表明，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，而与功的方式无关。

③ 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量U ∆就等于外界对系统所做的功W ，用式子表示为21U U U W ∆=-=。

⑵ 热量和内能变化的关系不仅对系统做功可以改变系统的热力学状态，单纯的对系统传热也能改变系统的热力学状态。

所以，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

当系统从状态1经过单纯的传热到达状态2，内能的增加量21U U U ∆=-就等于外界向系统传递的热量Q ，即U Q ∆=。

⑶ 改变物体内能的两种方式的比较典例精讲【例1.1】（2019春•吉阳区校级月考）关于热传递，下列说法中正确的是（）A．热传递的实质是温度的传递B．物体间存在着温度差，才能发生热传递C．热传递可以在任何情况下进行D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量【分析】改变内能的两种方式为热传递和做功，其中热传递的实质是能量的传递，而且必须在有温度差的情况下进行。

【解答】解：A、热传递的实质是能量的传递。

故A错误；B、物体间存在着温度差，才能发生热传递。

故B正确；C、热传递必须在有温度差的情况下进行。

故C错误；D、物体的内能发生了改变，可能是由于发生了热传递，也可能是由于做功导致的。

故D错误；故选：B。

【例1.2】（2019春•周口期末）关于物体内能，下列说法中正确的是（）A．将物体举高或使它们的速度增大，是利用做功来使物体内能增大的B．阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体内能的C．物体在空中自由下落是用做功增加内能D．拉弯的弓把箭射出去，箭在空气中飞行的过程中，内能增加【分析】做功和热传递都可以改变物体的内能，热传递是能量的转移过程，做功过程实际是能量的转化过程。

热力学第一定律能量守恒定律新课标要求（一）知识与技能1．能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用ΔU=W+Q 分析和计算问题。

2．掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义。

会用能量守恒的观点分析物理现象。

3．能综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题。

4．了解第一类永动机不可能制成的原因。

（二）过程与方法通过用定量计算的例题讲解及课件展示来加深大家对知识的理解。

（三）情感、态度与价值观1．学习众多科学家孜孜以求、勇于探索自然规律的精神，进一步进行辩证唯物主义教育，为将来能在开发新能源、合理利用能源、发展节能技术的领域内作出贡献而努力。

2．感受英国科学家焦耳勤奋、刻苦，40年如一日研究电流热效应，测定热功当量的顽强意志体现出来的人格美。

教学重点能量转化和守恒定律的理解及综合应用，涉及热力学第一定律的定性分析和定量计算。

教学难点热力学第一定律的正确运用（定性分析和定量计算）及对第一类永动机不可能制成的具体分析探究过程的理解。

教学方法讲练法、分析归纳法、阅读法教学用具：投影仪、投影片。

教学过程（一）引入新课教师：（复习提问）改变物体内能的方式有哪些？学生：做功和热传递是改变物体内能的两种方式。

教师：既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么功，热量跟内能的改变之间一定有某种联系，本节课我们就来研究这个问题。

（二）进行新课1．热力学第一定律［投影］1．一个物体，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？2．一个物体，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？［学生解答思考题］教师总结：一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少。

选修3-3教材全解第七章分子运动论章首语：……古希腊学者德谟克列特认为这是由于花的原子飘到了人们的鼻子里。

他认为“只有原子和虚空是真实的。

〞古人的原子论只是属于思辨的范畴，无法得到实验验证。

随着……渗透科学方法的教育。

中国古代的学者……第1节物体是由大量分子组成的P2实验：用油膜法估测分子的大小分成了三个小问题，效果就不一样：1. 怎样估算油酸分子的大小？……2. 如何获得很小的1滴油酸？怎样测量它的体积？……3. 如何测量油膜的面积？……这样……就可以算出油酸分子的尺寸。

提出问题有助于鼓励学生独立思考，思维有条理，搭台阶。

第2节分子的热运动P7布朗运动的解释：统计起伏。

不必讲给学生提这个术语，但可举例。

P7说一说：图7.2-5是法国物理学家佩兰〔J. B. Perrin〕在1908年研究布朗运动时对三个运动微粒位置变化的真实记录。

根据这个实验事实，你能不能否定布朗运动是由外界因素〔例如振动、对流等〕引起的说法？这是个科学探究：已经提出了问题，有人做出了猜想与假设，需要学生进行分析和论证〔最终要否定〕。

不一定相同的答案，有道理就行。

第3节分子间的作用力图7.2-5与原来的教材相比，内容相同，但台阶很细：请在图7.3-2中作出一个分子所受另一个分子的斥力与引力的合力随分子间距离r变化的图象。

例如，当r＝OP时，这个分子所受斥力的大小可以用线段PC的长度表示，所受引力的大小用PD的长度表示。

从C向下作CQ＝PD，于是线段PQ的长度就代表了合力F的大小：F＝F斥－F引。

图7.3-2图7.5-1分子间的作用力与距离的关系再作出r取其他大约10个值时代表合力的点，连成平滑曲线。

这条曲线将在第5节用到，因此作图时要尽可能准确。

讨论这条曲线的含义。

第4节温度和温标本节思路系统、状态参量↓平衡态〔指一个系统的状态〕〔各宏观部分之间没有能流、粒子流――力学、热学、化学〕↓热平衡〔指两个系统间的关系〕〔状态参量不变〕↓共同的某个热学物理量――称为温度〔气体共同的力学量――压强、导体共同的电学量――电势……〕“平衡态〞、“热平衡〞、“温度〞都不追求严格的定义P13热力学温标只要求会换算：T = t +273.15 K国家标准：表示温度差时“K〞与“℃〞通用第5节内能P16图7.5-1的目的：原来习惯于通过力了解运动趋势还要习惯于通过势能了解运动趋势思考与讨论假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为零。

高中物理学习材料桑水制作热力学第一定律；能量守恒定律练习【同步达纲练习】1.在汽缸中装有一定量的气体，则( )A.传给它热量，它的内能一定改变B.对它做功，它的内能一定改变C.跟外界交换热量又对外界做功，它的内能一定改变D.以上三种说法都不对2.当物体的温度没有改变时，下列说法中比较确切的是( )A.物体一定没有吸热B.物体的内能一定没有改变C.物体的内能有可能改变D.物体与外界可能有热交换3.关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是( )A.吸热的物体，其内能一定增加B.体积膨胀的物体，其内能一定减少C.放热的物体，其内能也可能增加D.绝热压缩的物体，其内能一定增加4.汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这过程中( )A.汽车的机械能守恒B.汽车的动能和势能相互转化C.机械能逐渐转变成内能，总能量逐渐减小D.机械能逐渐转化为内能，总能量不变5.如图为冲击摆实验装置，一飞行的子弹射入沙箱后合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关能的转化说法中正确的是( )A.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的内能B.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能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了沙箱和子弹的内能，另一部分转变成了沙箱和子弹的机械能6.雨滴由离地高度为H＝100m处开始下落，如果雨滴由于克服空气阻力做功而使80%的机械能转化成热能并被雨滴自身吸收，求雨滴落地前温度升高几摄氏度?g取10m/s2，水的比热容C＝4.2×103J/kg·℃.7.某热机使用燃烧值q＝3.0×107J/kg的燃料，燃烧效率为η1＝80%,汽缸中热质将内能转化为机械能的转化效率η2＝40%，热机传动部分的机械效率为η3＝90%，若热机每小时燃烧m＝40kg燃烧，则热机输出的有用功率是多少?【素质优化训练】1.一定量气体可经不同的过程从状态(P1、V1、T1)变到状态(P2、V2、T2)，已知T2＞T1，则在这些过程中( )A.气体一定都从外界吸收热量B.气体和外界交换的热量都是相等的C.外界对气体所做的功都是相等的D.气体内能的变化量都是相等的2.关于物体的内能，下列说法中正确的是( )A.相同质量的两种物体升高相同的温度，内能增量一定相同B.一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少C.一定量的气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小D.一定质量的气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减小3.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生明亮的光焰；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，上述不同现象中所包含的相同物理过程是( )A.物体克服阻力做功B.物体的势能转化为其他形式的能量C.物体的动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4.利用储能介质储存太阳能的原理是：白天在太阳照射下某种固态盐熔化(实为盐溶于自身的结晶水)吸收热量，晚间熔盐释放出相应能量，从而使室温得以调节.已知几种盐的熔化时能量改变值为：盐熔点(℃) 熔化吸热kJ/molCaCl2·6H2O 29.0 37.3Na2SO4·10H2O 32.4 77.0Na2HPO3·12H2O 36.1 100.1Na2S2O3·5H2O 48.5 49.7有关说法中正确的是( )A.不应选用CaCl2·6H2OB.可选用Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2OC.最好选用Na2SO4·10H2O，它更为经济D.以上皆不宜选用5.子弹以200m/s的速度射入固定的木板，穿出时速度为100m/s，若子弹损失的机械能完全转换成内能，并有50%被子弹吸收，求子弹温度可升高多少℃?(已知子弹的比热130J/kg·℃)6.太阳直接射到地面上的辐射功率，在与光垂直的平面上，每平方米的功率约为140w ，若面积为2m 2，且与阳光垂直的某热水器内有10kg 的水，若水的初温为20℃，热效率为80%，需多长时间才能使水沸腾?(C 水＝4.2×103J/kg ·℃)【生活实际运用】大家都知道热空气向上升，因此高山顶上的气温似乎要比地面气温高，但实际情况正好相反，怎样解释这种现象?参考答案：【同步达纲练习】1.D2.CD3.CD4.D5.D6.由能量关系得 mgH ·0.8＝cm Δt∴ Δt ＝C gH 8.0＝3102.4100108.0⨯⨯⨯＝0.2℃ 7.输出功率P ＝tqm 321ηηη•••＝36009.04.08.0401037⨯⨯⨯⨯⨯w ＝96kw.【素质优化训练】1.D2.BC3.AD4.BC5.子弹损失的机械能为：ΔE ＝21mv 02-21mv 22子弹吸收的内能为 ΔE ′＝50%ΔE=21ΔE又∵ Q 吸＝cm Δt 且有 Q 吸＝ΔE ′ ∴ cm Δt ＝41m(v 02-v 22) 故 Δt ＝c v v 42220-＝130410020022⨯-＝57.7℃.6.时间t 内太阳辐射到水面的能量为E ＝P 0S ·t ，水吸收的能量为E ′＝ηE ＝80%P 0S ·t又∵ Q 吸＝cm Δt ，且有 Q 吸＝E ′ ∴ cm Δt ＝80%P 0St故 t ＝sp t cm 08.0△＝21408.08010102.43⨯⨯⨯⨯⨯s ＝15000s.【生活实际运用】原来，气团上升时会发生膨胀，这时推挤周围的空气，对外做功，因此内能减少，温度降低，所以，越高的地方，空气的温度越低.【同步达纲练习】1.在汽缸中装有一定量的气体，则( )A.传给它热量，它的内能一定改变B.对它做功，它的内能一定改变C.跟外界交换热量又对外界做功，它的内能一定改变D.以上三种说法都不对2.当物体的温度没有改变时，下列说法中比较确切的是( )A.物体一定没有吸热B.物体的内能一定没有改变C.物体的内能有可能改变D.物体与外界可能有热交换3.关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是( )A.吸热的物体，其内能一定增加B.体积膨胀的物体，其内能一定减少C.放热的物体，其内能也可能增加D.绝热压缩的物体，其内能一定增加4.汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这过程中( )A.汽车的机械能守恒B.汽车的动能和势能相互转化C.机械能逐渐转变成内能，总能量逐渐减小D.机械能逐渐转化为内能，总能量不变5.如图为冲击摆实验装置，一飞行的子弹射入沙箱后合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关能的转化说法中正确的是( )A.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的内能B.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能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了沙箱和子弹的内能，另一部分转变成了沙箱和子弹的机械能6.雨滴由离地高度为H＝100m处开始下落，如果雨滴由于克服空气阻力做功而使80%的机械能转化成热能并被雨滴自身吸收，求雨滴落地前温度升高几摄氏度?g取10m/s2，水的比热容C＝4.2×103J/kg·℃.7.某热机使用燃烧值q＝3.0×107J/kg的燃料，燃烧效率为η1＝80%,汽缸中热质将内能转化为机械能的转化效率η2＝40%，热机传动部分的机械效率为η3＝90%，若热机每小时燃烧m＝40kg燃烧，则热机输出的有用功率是多少?【素质优化训练】1.一定量气体可经不同的过程从状态(P1、V1、T1)变到状态(P2、V2、T2)，已知T2＞T1，则在这些过程中( )A.气体一定都从外界吸收热量B.气体和外界交换的热量都是相等的C.外界对气体所做的功都是相等的D.气体内能的变化量都是相等的2.关于物体的内能，下列说法中正确的是( )A.相同质量的两种物体升高相同的温度，内能增量一定相同B.一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少C.一定量的气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小D.一定质量的气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减小3.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生明亮的光焰；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，上述不同现象中所包含的相同物理过程是( )A.物体克服阻力做功B.物体的势能转化为其他形式的能量C.物体的动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4.利用储能介质储存太阳能的原理是：白天在太阳照射下某种固态盐熔化(实为盐溶于自身的结晶水)吸收热量，晚间熔盐释放出相应能量，从而使室温得以调节.已知几种盐的熔化时能量改变值为：盐 熔点(℃) 熔化吸热kJ/molCaCl 2·6H 2O 29.0 37.3 Na 2SO 4·10H 2O 32.4 77.0 Na 2HPO 3·12H 2O 36.1 100.1 Na 2S 2O 3·5H 2O48.549.7有关说法中正确的是( ) A.不应选用CaCl 2·6H 2OB.可选用Na 2SO 4·10H 2O 和Na 2HPO 4·12H 2OC.最好选用Na 2SO 4·10H 2O ，它更为经济D.以上皆不宜选用5.子弹以200m/s 的速度射入固定的木板，穿出时速度为100m/s ，若子弹损失的机械能完全转换成内能，并有50%被子弹吸收，求子弹温度可升高多少℃?(已知子弹的比热130J/kg ·℃)6.太阳直接射到地面上的辐射功率，在与光垂直的平面上，每平方米的功率约为140w ，若面积为2m 2，且与阳光垂直的某热水器内有10kg 的水，若水的初温为20℃，热效率为80%，需多长时间才能使水沸腾?(C 水＝4.2×103J/kg ·℃)【生活实际运用】大家都知道热空气向上升，因此高山顶上的气温似乎要比地面气温高，但实际情况正好相反，怎样解释这种现象?参考答案： 【同步达纲练习】1.D2.CD3.CD4.D5.D6.由能量关系得 mgH ·0.8＝cm Δt ∴ Δt ＝C gH 8.0＝3102.4100108.0⨯⨯⨯＝0.2℃7.输出功率P ＝tqm 321ηηη•••＝36009.04.08.0401037⨯⨯⨯⨯⨯w ＝96kw.【素质优化训练】 1.D 2.BC 3.AD 4.BC 5.子弹损失的机械能为：ΔE ＝21mv 02-21mv 22子弹吸收的内能为 ΔE ′＝50%ΔE=21ΔE 又∵ Q 吸＝cm Δt 且有 Q 吸＝ΔE ′ ∴ cm Δt ＝41m(v 02-v 22) 故 Δt ＝c v v 42220-＝130410020022⨯-＝57.7℃.6.时间t 内太阳辐射到水面的能量为E ＝P 0S ·t ，水吸收的能量为E ′＝ηE ＝80%P 0S ·t 又∵ Q 吸＝cm Δt ，且有 Q 吸＝E ′ ∴ cm Δt ＝80%P 0St故 t ＝sp t cm 08.0△＝21408.08010102.43⨯⨯⨯⨯⨯s ＝15000s.【生活实际运用】原来，气团上升时会发生膨胀，这时推挤周围的空气，对外做功，因此内能减少，温度降低，所以，越高的地方，空气的温度越低.。

热力学定律与能量守恒考点一热力学第一定律的理解和应用【典例1】一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280J，并对外做功120J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？【通型通法】1.题型特征：热力学第一定律的应用。

2.思维导引：气体的内能仅与状态有关，气体返回到原状态，整个过程中气体内能变化为零。

【解析】(1)由热力学第一定律可得ΔU=W+Q=-120J+280J=160J，气体的内能增加了160J。

(2)气体从状态2回到状态1的过程中内能的减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，如此从状态2到状态1的内能应减少160J，即ΔU′=-160J，又Q′=-240J，根据热力学第一定律得：ΔU′=W′+Q′，所以W′=ΔU′-Q′=-160J-(-240J)=80J，即外界对气体做功80J。

答案：(1)增加了160J (2)外界对气体做功80J1.热力学第一定律ΔU=Q+W：(1)符号法如此。

符号W Q ΔU(2)三种特殊情况。

2.做功和热传递的区别与联系：看能的性质能的性质发生了变化能的性质不变变化情况联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是一样的【加固训练】(多项选择)如下列图，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两局部。

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.气体不对外界做功，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E.单位时间内和容器壁碰撞的分子数目减少【解析】选B、D、E。

a内气体向真空膨胀，不对外界做功，故A错误；又因容器绝热，Q=0，由热力学第一定律知，ΔU=0，故B正确；稀薄气体可看作理想气体，内能不变，如此温度不变，由玻意耳定律知压强减小，故C错误，D、E正确。

3热力学第一定律能量守恒定律[学科素养与目标要求]物理观念：1.理解热力学第一定律和能量守恒定律.2.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因．科学思维：1.能利用热力学第一定律进行有关计算.2.会用能量守恒的观点分析、解决有关问题．一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等价的．2．热力学第一定律：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．3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W.二、能量守恒定律1．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，能量的总量保持不变．2．能量守恒定律的意义(1)各种形式的能可以相互转化．(2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．3．永动机不可能制成(1)第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机．(2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．1．判断下列说法的正误．(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加．(×)(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量．(×)(3)系统内能减少，一定是系统对外界做了功．(×)(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(√)2．一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能________(“增加”或“减少”)________ J.答案减少50一、热力学第一定律(1)如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？(2)一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是通过做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加．因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能．既然它们在改变系统内能方面是等价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少？答案(1)都增加了10 J．(2)Q＋W.1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号W QΔU＋体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加－体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.几种特殊情况(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．(3)等温过程：始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．3．判断是否做功的方法一般情况下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，W<0.②若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0.特别提醒热力学第一定律是将单纯的绝热过程和单纯的传热过程中内能改变的定量表达推广到一般情况，既有做功又有传热的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．例1一定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1.2×105 J，则下列各式中正确的是()A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J答案B解析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 ＝－2×105 J，B选项正确．应用热力学第一定律解题的一般步骤1．根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；2．根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；3．再根据未知量结果的正负来确定吸、放热情况、做功情况或内能变化情况．二、能量守恒定律的理解和应用(1)在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？(2)图为一种所谓“全自动”的机械手表，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，维持表针走动的能量是从哪儿来的？答案(1)能量的总量不会减少．(2)这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．1．能量的存在形式及相互转化(1)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，还有电磁能、化学能、核能等．(2)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．2．能量守恒的两种表达(1)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．(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．3．第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的．例2(2018·咸阳实验中学月考)如图1所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是()图1A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量答案D解析形状记忆合金进入水中后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知，能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确．三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图象基础上思考以下问题：(1)在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能如何变化．答案(1)由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，即W<0.(2)由p－V图象知从a状态变化到b状态，温度升高，故ΔU>0.由ΔU＝W＋Q得Q>0，即气体吸热，内能增加．热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功问题．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功．(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小．(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程．例3(多选)(2018·全国卷Ⅲ)如图2，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p －V图中从a到b的直线所示．在此过程中()图2A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功答案BCD解析在p－V图中理想气体的等温线是双曲线的一支，而且离坐标轴越远温度越高，故从a 到b温度升高，A错；一定质量的理想气体的内能由温度决定，温度越高，内能越大，B对；气体体积膨胀，对外做功，C对；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W，由于ΔU>0、W<0，故Q>0，气体吸热，D对；由Q＝ΔU－W可知，气体吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加气体的内能，E错．例4如图3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：图3(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 －0.1p 0SL ＋0.1LG (2)1.1T 0解析 (1)密封气体的压强p ＝p 0－G S密封气体对外做功大小W ＝pS ×0.1L由热力学第一定律得ΔU ＝Q －0.1p 0SL ＋0.1LG(2)该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有LS T 0＝(L ＋0.1L )S T解得T ＝1.1T 0.1．(热力学第一定律的理解和应用)关于内能的变化，以下说法正确的是( )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，内能可能不变答案 C解析 根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A 错；物体对外做功，还有可能吸收热量，内能可能不变或增大，B 错，C 正确；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D 错误．2.(能量守恒定律的理解和应用)如图4所示，上端开口、粗细均匀的U 形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h .现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中( )图4A ．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变答案B解析由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B对，A、C、D错．3.(热力学第一定律的理解和应用)(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图象如图5所示．下列说法正确的有()图5A．A→B的过程中，气体对外界做功B．A→B的过程中，气体放出热量C．B→C的过程中，气体压强不变D．A→B→C的过程中，气体内能增加答案BC解析由V－T图象知，从A到B的过程中，气体被等温压缩，外界对气体做正功，气体的内能不变．由热力学第一定律知，气体放出热量，A错误，B正确；从B到C的过程中气体做等压变化，温度降低，气体内能减少，故C正确，D错误．4．(气体实验定律和热力学第一定律的综合应用)(2019·沙市中学高二下期中)在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢．假设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡()A．压强增大，体积减小，吸收热量B．压强增大，体积减小，放出热量C．压强减小，体积增大，吸收热量D．压强减小，体积增大，放出热量答案C解析温泉中正在缓慢上升的气泡，压强减小，由理想气体状态方程公式pVT＝C，知温度不变，压强减小时体积增大；一定量的理想气体的内能仅与温度有关，故内能不变，体积增大时，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体应吸收热量，故C正确，A、B、D错误．5．(气体实验定律和热力学第一定律的综合应用)(2018·衡水中学模拟)如图6所示，内壁光滑、足够高的圆柱形汽缸竖直放置，内有一质量为m 的活塞封闭一定质量的理想气体．已知活塞横截面积为S ，外界大气压强为p 0，缸内气体温度为T 1.现对汽缸内气体缓慢加热，使气体体积由V 1增大到V 2，该过程中气体吸收的热量为Q 1，停止加热并保持体积V 2不变，使其降温到T 1，已知重力加速度为g ，求：图6(1)停止加热时缸内气体的温度；(2)降温过程中气体放出的热量．答案 (1)V 2V 1T 1 (2)Q 1－(p 0＋mg S)(V 2－V 1) 解析 (1)加热过程中气体等压膨胀，由V 1T 1＝V 2T 2， 得：T 2＝V 2V 1T 1. (2)设加热过程中，封闭气体内能增加ΔU ，因气体体积增大，故此过程中气体对外做功，W <0. 由热力学第一定律知：ΔU ＝Q 1＋W其中W ＝－p ΔV ＝－(p 0＋mg S)(V 2－V 1) 由于理想气体内能只与温度有关，故再次降到原温度时气体放出的热量满足Q 2＝ΔU整理可得：Q 2＝Q 1－(p 0＋mg S)(V 2－V 1)一、选择题考点一 热力学第一定律的理解和应用1．(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可视为理想气体，则此过程中( )A ．封闭气体对外界做正功B ．封闭气体向外界传递热量C ．封闭气体分子的平均动能不变D．封闭气体从外界吸收热量答案BC解析因为不计气体的温度变化，气体分子的平均动能不变，即ΔU＝0，选项C正确；因为气体体积减半，故外界对气体做功，即W>0，选项A错误；根据热力学第一定律：ΔU＝W ＋Q，可知Q<0，即气体向外界传递热量，选项B正确，D错误．2.如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的()图1A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J答案A解析对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J．内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．3．(多选)下列过程可能发生的是()A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加答案ABD解析当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确．4．一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×105 Pa的状况下，体积从20 L膨胀到30 L，这一过程中气体从外界吸热4×103 J，则气体内能的变化为()A．增加了5×103 J B．减少了5×103 JC．增加了3×103 J D．减少了3×103 J答案C解析气体等压膨胀过程对外做功W＝pΔV＝1.0×105 Pa×(30－20)×10－3 m3＝1.0×103 J．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＝－1.0×103 J＋4.0×103 J＝3.0×103 J，即气体内能增加了3×103 J．故选项C正确．5．(多选)如图2所示为简易测温装置，玻璃管中一小段水银封闭了烧瓶内一定质量的气体，当温度升高时()图2A．瓶内气体的密度增大B．瓶内气体分子的平均动能增加C．外界对瓶内气体做正功D．热传递使瓶内气体的内能增加答案BD解析由题图可知，当温度升高时容器内气体的变化为等压膨胀，故瓶内气体的密度减小，气体分子的平均动能增加，瓶内气体对外做正功，选项B正确，A、C错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，瓶内气体内能增加是由于气体从外界吸收了热量，故选项D正确．6．(多选)(2019·深圳市调研)恒温环境中，在导热良好的注射器内，用活塞封闭了一定质量的理想气体．用力缓慢向外拉活塞，此过程中()A．封闭气体分子间的平均距离增大B．封闭气体分子的平均速率减小C．活塞对封闭气体做正功D．封闭气体的内能不变E．封闭气体从外界吸热答案ADE解析对于一定质量的理想气体，气体的内能和分子平均速率只取决于温度，由题意可知，温度不变，则封闭气体的内能不变，封闭气体分子的平均速率也不变，故B错误，D正确；用力向外缓慢拉动活塞的过程中，气体体积增大，则分子间的平均距离增大，气体对活塞做正功，则活塞对气体做负功，故A正确，C错误；根据ΔU＝W＋Q可知，温度不变，则内能U不变，即ΔU＝0，用力向外缓慢拉动活塞，则W<0，故Q>0，即气体从外界吸收热量，故E正确．考点二能量守恒定律的理解和应用7.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图3所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法中正确的是()图3A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少答案AD解析小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确．8．(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是()A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律答案AD解析第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因．选项A、D正确，B、C错误．9.如图4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Q A、Q B，则()图4A．Q A＝Q B B．Q A<Q BC．Q A>Q B D．无法确定答案C解析A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt可知，升温需要的能量是相同的．由于受热膨胀，A 的重心升高，重力势能增加，吸收的热量Q A 一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能ΔE p A ，即Q A ＝Q ＋ΔE p A ；B 受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量Q B 和减少的重力势能ΔE p B 共同用于升温，即Q ＝Q B ＋ΔE p B ，显然Q A >Q B .考点三 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用10.(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图5所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( )图5A ．体积减小，内能增大B ．体积减小，压强减小C ．对外界做负功，内能增大D ．对外界做正功，压强减小答案 AC解析 实际气体在温度不太低、压强不太大时可看做理想气体．充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W >0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q ＝0，根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 知，内能增大，选项A 、C 正确；根据理想气体状态方程pV T＝C 可判断压强一定增大，选项B 、D 错误． 11.(多选)(2019·皖西高中教育联盟期末)如图6所示，在p －T 图象中，一定质量的理想气体经历了从状态A 到状态B 再到状态C ，最后回到状态A 的过程，在该过程中，下列说法正确的是( )图6A ．从A 到B 过程中，气体对外做功B ．从B 到C 过程中，气体放出热量C ．从C 到A 过程中，气体分子密度减小D ．从A 到B 过程和从C 到A 过程，气体做功的绝对值相等E ．从A 到B 再到C 过程中，气体内能先增加后减少答案 ABE解析 根据pV T＝C 可知，从A 到B 过程中，体积增大，因此气体对外做功，A 正确；从B 到C 过程中，直线通过原点，故体积不变，而温度降低，气体内能减少，根据热力学第一定律可知气体放出热量，B 正确；从C 到A 过程中，气体温度不变，压强增大，根据理想气体状态方程可知，气体体积减小，气体分子密度增大，C 错误；从A 到B 过程和从C 到A 过程，气体体积变化相等，但两个过程气体压强的平均值不同，因此两个过程气体做功绝对值不同，D 错误；由于从A 到B 再到C 过程，气体温度先升高后降低，因此气体内能先增加后减少，E 正确．二、非选择题12.(2019·黄冈市高二下期末)如图7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 →C 的过程中，气体吸收热量为12 J ．则：图7(1)试比较气体在A 和B 状态的内能E A 、E B 的大小；(2)气体从A →B 过程中气体对外界做的功．答案 (1)E A >E B (2)12 J解析 (1)A →B 过程绝热，Q ＝0，体积V 增大，对外做功，内能减小，E A ＞E B(2)A →B →C 过程中有：ΔU ＝W AB ＋W BC ＋Q AB ＋Q BCA 、C 温度相等，内能不变ΔU ＝0A 、B 绝热过程Q AB ＝0B 、C 等容变化不做功W BC ＝0在B →C 的过程中，气体吸收热量为12 J ，即Q BC ＝12 J故W AB ＝－12 J即从A →B 过程中气体对外做功12 J.13．如图8所示，导热材料制成的横截面积相等、长度均为45 cm 的汽缸A 、B 通过带有阀门的管道连接．初始时阀门关闭，厚度不计的光滑活塞C 位于B 内左侧，在A 内充满压强p A ＝2.8×105 Pa 的理想气体，B 内充满压强p B ＝1.4×105 Pa 的理想气体，忽略连接汽缸的管道体积，室温不变，现打开阀门，求：图8(1)平衡后活塞向右移动的距离和B 中气体的压强；(2)自打开阀门到平衡，B 内气体是吸热还是放热(简要说明理由)．答案 (1)15 cm 2.1×105 Pa (2)放热，理由见解析解析 (1)设平衡后活塞向右移动的距离为x ，活塞向右移动达到稳定后，对A 气体，有p A LS ＝p (L ＋x )S对B 气体，有p B LS ＝p (L －x )S得x ＝15 cmp ＝2.1×105 Pa(2)活塞C 向右移动，对B 中气体做功，而气体做等温变化，内能不变，由热力学第一定律可知B 内气体放热．14.(2019·宜宾市诊断)如图9所示在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ℃，封闭气柱长为9 cm ，活塞横截面积S ＝50 cm 2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J ，稳定后气体温度变为127 ℃.已知大气压强等于105 Pa ，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力．求：图9(1)加热后活塞到汽缸底部的距离；(2)此过程中气体内能改变了多少．答案 (1)12 cm (2)7 J解析 (1)取封闭的气体为研究对象，开始时气体的体积为L 1S温度为：T 1＝(273＋27) K ＝300 K末状态的体积为L 2S ，温度为：T 2＝(273＋127) K ＝400 K气体做等压变化，则L 1S T 1＝L 2S T 2解得：L 2＝12 cm(2)在该过程中，气体对外做功W ＝p 0S (L 2－L 1)由热力学第一定律有ΔU ＝Q －W解得ΔU ＝7 J.。

10、3热力学第一定律能量守恒定律学习目标：1、理解热力学第一定律。

2、能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。

3、理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。

4、通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性。

5、知道第一类永动机是不能实现的。

重点：热力学第一定律难点：能量守恒定律自主学习：一、热力学第一定律。

1、焦耳的实验表明什么问题？2、写出热力学第一定律的文字表述和数学表达式。

3、回答课本p54思考与讨论的问题。

总结△U，Q，W几个量取正、负的意义。

二、能量守恒定律。

4、认真阅读教材后，写出能量守恒定律的内容。

5、被恩格斯列为19世纪三大发现有哪些事件？三、永动机不可能制成7、什么是第一类永动机？8、第一类永动机为什么不能制成？典型例题：例1.一定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=－4×104J例2.一定质量的气体，在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了300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？例3. 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：（1）物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？（2）分子势能是增加还是减少？（3）分子的平均动能是增加还是减少？小结：应用热力学第一定律解题的一般步骤：①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负；②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。

热力学第一定律编稿：审稿：【学习目标】1．知道物体的内能是物体内所有分子的动能和势能的总和．2．知道物体内能的变化量可以由做功的数值来量度．3．通过焦耳的实验的观察，分析和思考，培养学生实事求是，严谨的科学态度和想象能力．4．能区别功和内能．做功与内能变化的关系．5．知道热传递及热传递的三种方式以及热传递的实质．6．知道热传递与内能变化的关系，理解热功当量。

7．知道做功和热传递对改变物体内能的等效结果．8．明确温度、热量、功和内能四个物理量的区别和联系．9．掌握热力学第一定律及其表达式，能够从能量转化的观点理解定律；10．会用表达式ΔU=W+Q对问题进行分析和计算；11．掌握能量守恒定律，理解定律的重要意义，会用能量转化和守恒的观点分析物理现象；12．能综合运用学过的知识，用能量守恒定律对有关问题进行计算、分析；13．了解第一类永动机不可能制成的原因．【要点梳理】要点一、功和内能1．热功当量实验——焦耳实验（1）方法：在水中放置叶片，叶片上缠绕两根绳子，每根绳子各跨过一滑轮，且分别悬挂一个重物，盛水的容器用绝热性能良好的材料包好．如图所示，当重物下落时便带动叶片转动，容器中的水受叶片的搅动，水由于摩擦而温度上升．（2）结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同，即系统的状态变化相同．2．利用电流的热效应给水加热的实验（1）方法：如图所示，利用降落的重物使发电机发电．电流通过浸在液体的电阻丝．引起液体温度上升．（2）结论：对同一个系统，在绝热过程中，只要所做的电功相等，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同．3．内能（1）内能是物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和．内能类比于重力做功与路径无关，仅由物体初、末位置决定．而热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功也仅由初、末状态决定，与具体做功的过程和方法无关，我们认识到。

任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量是系统的一种能量，叫内能．（2）内能变化和做功的关系系统由状态1在绝热过程中达到状态2时，内能的增加量21U U U ∆=－，U W ∆=。