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热力学第一定律能量守恒定律知识集结知识元热力学第一定律知识讲解1．内容：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2．表达式：ΔU＝Q＋W3．ΔU＝Q＋W中正、负号法则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量；（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量；（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．外界对物体做的功等于物体放出的热量5．应用热力学第一定律应注意（1）热力学第一定律反映功、热量与内能改变量之间的定量关系：ΔU＝W＋Q，使用时注意符号法则(简记为：外界对系统取正，系统对外取负)．对理想气体，ΔU仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q＝0（2）一般来说系统对外界做功，系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩．但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀(外界为真空)时，气体就没有克服外力做功．例题精讲热力学第一定律例1.下列说法正确的是（）A．气体温度升高，则每个气体分子的动能都将变大B．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力先增大后减小C．一定质量理想气体温度升高，则内能增大D．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能一定增加例2.关于热力学定律，下列说法正确的是（）A．气体吸热后温度一定升高B．对气体做功可以改变其内能C．理想气体等压膨胀过程一定放热D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体例3.下列说法中正确的是（）A．一定量气体膨胀对外做功200J，同时从外界吸收120J的热量，则它的内能增大80JB．在使两个分子间的距离由很远（r>10-9m）减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大，分子势能不断增大C．由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面存在张力D．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越慢例4.下列说法正确的是（）A．物体的温度升高，物体内每个分子的动能都会变大B．气体从外界吸收热量，气体的内能可能保持不变C．晶体均有固定的熔点，但未必有规则的形状D．第二类永动机不可能造成的根本原因在于其违反了能量守恒定律E．露珠呈球形是因为液体的表面张力的作用例5.下列说法正确的是（）A．分子间距离减小时，分子势能一定增大B．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点C．绝热压缩和等温压缩，气体内能均不变D．一定量的理想气体升高相同的温度，等压变化比等容变化吸收的热量多例6.有关分子的热运动和内能，下列说法正确的是（）A．物体的内能改变时温度不一定改变B．外界对物体做功，物体的内能必定增加C．一定质量的理想气体，温度不变，分子的平均动能不变D．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体E．物体的温度越高，每个分子的热运动都会越剧烈能量守恒定律知识讲解1.内容能量即不会凭空产生，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。
第5章热力学定律第1节热力学第一定律第2节能量的转化与守恒(时间：60分钟)题组一热力学第一定律的应用1．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，其内能一定增加答案CD解析做功和传热都可以改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化．2．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．3．如图5－1、2－4所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，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5－1、2－4A．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，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．4．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．内能增加答案 A解析胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程．温度不变，分子平均动能和内能不变．体积增大气体对外界做正功．根据热力学第一定律气体一定从外界吸热．题组二气体实验定律与热力学第一定律的结合5．如图5－1、2－5所示，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，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定( )图5－1、2－5A．从外界吸热B．内能增大C．向外界放热D．内能减小答案 C解析本题考查气体性质和热力学第一定律，由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错；热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错、C对．正确答案为C.6．(2014·广东理综)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图5－1、2－6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5－1、2－6A ．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 袋内气体与外界无热交换即Q ＝0，袋四周被挤压时，体积V 减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律ΔU＝W ＋Q ，气体内能增大，则温度升高，由pVT ＝常数知压强增大，选项A 、C 正确，B 、D 错误．7．如图5－1、2－7所示，一绝热容器被隔板K 隔开成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( )图5－1、2－7A ．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 答案 BD解析 由于绝热容器中b 部分内为真空，所以a 部分内气体向b 中扩散时，气体不做功，尽而可知W ＝0，Q ＝0，由热力学第一定律ΔU＝W ＋Q 知，ΔU＝0，温度不变，而气体的体积增大，由玻意耳定律可知，气体的压强减小，故选项B 、D 正确．8．如图5－1、2－8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( )图5－1、2－8A．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，气体吸热答案BCD解析从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故A错；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)，就一定要伴随放热的过程，故B对；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，C正确；气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D对．题组三能量转化与守恒定律9．一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出．对于这一过程，下列说法中正确的是( ) A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B．子弹减少的动能等于木块增加的动能C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和答案 D解析射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减小，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失．A，B项没有考虑到系统增加的内能，C项中应考虑的是系统减少的机械能等于系统增加的内能．故正确答案为D.10．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 答案 C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．11．一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，内能增加答案 BD解析 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． 题组四 综合应用12．如图5－1、2－9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：图5－1、2－9(1)气体在状态B 的温度T B ；(2)气体从A→B→C 状态变化过程中与外界交换的总热量Q. 答案 (1)T B ＝600 K (2)Q ＝2p 0V 0 解析 (1)A 到B 的过程是等压变化有V A T A ＝V BT B代入数据得T B ＝600 K(327 ℃) (2)根据热力学第一定律有ΔU＝Q ＋W 其中W ＝－2p 0V 0 解得Q ＝2p 0V 0(吸热)13．如图5－1、2－10是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22 cm ，现用竖直向下的外力F 压缩气体，使封闭的空气柱长度为2 cm ，人对活塞做功100 J ，大气压强为p 0＝1×105Pa ，不计活塞的重力．问：图5－1、2－10(1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S ＝1 cm2)答案(1)1.1×106 Pa (2)82 J解析(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cm，l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS，缓慢压缩，气体温度不变由玻意耳定律得p0V0＝pV解出p＝1.1×106 Pa(2)大气压力对活塞做功W1＝p0S(l0－l)＝2 J人做功W2＝100 J由热力学第一定律ΔU＝W1＋W2＋QQ＝－20 J解出ΔU＝82 J。
第1节热力学第一定律第2节能量的转化与守恒[先填空]1．改变物体内能的两种方式做功和热传递．2．物体内能的改变(1)如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内能增加；若物体对外做功，物体的内能减少．(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能增加；物体放出热量时，它的内能减少．3．热力学第一定律(1)内容：物体内能的增加量ΔU，等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和．(2)表达式：ΔU＝W＋Q．4．热力学第一定律的定义(1)内能的变化必然伴随有做功或热传递．(2)一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，此过程中总能量守恒．5．第一类永动机(1)概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．(2)结果17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．(3)原因设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．(4)启示人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．[再判断]1．热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同．(×)2．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定．(√)3．系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J．(√)[后思考]有一种所谓的“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呢？如果不是，你知道维持表针走动的能量是哪儿来的吗？图511【提示】不是永动机．能量是通过摆动手臂对表内的转轮做功而储存的．[合作探讨]探讨1：若物体的内能增加，一定是吸收了热量吗？【提示】不一定，因为做功和热传递都能改变物体的内能．探讨2：物体的内能不变，能否说明外界既没有对物体做功，也没有发生热传递？【提示】不能．可能是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)．[核心点击]1．对ΔU＝W＋Q的理解热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，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．2．对公式ΔU、Q、W符号的规定(1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统．(2)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负．(3)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量．(4)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．4.判断气体做功正、负的方法(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0.(2)若气体体积变小，表明外界对气体做功，W>0.5.几种常见的气体变化过程(1)绝热过程：过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对气体做的功等于气体内能的增加．(2)等容过程：在该过程中气体不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，气体吸收的热量等于气体内能的增加．(3)等温过程：在过程的始末状态，气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，表示气体吸收的热量全部用来对外做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出．1．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E．物体对外界做功，同时物体放热，内能增加【解析】根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，做功和热传递都可以改变物体的内能，故由此可确定A、B、D正确，C、E错误．【答案】ABD2．景颇族祖先发明的点火器如图512所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，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 ( )【导学号：30110061】图512A．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D．外界对气体做正功E．气体的内能增加【解析】压缩气体时，外界对气体做功，内能增加，温度升高，体积变小，压强增大，所以B、D、E正确．【答案】BDE3．一定量的气体内能增加了3×105 J，(1)若吸收了2×105J的热量，则是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少焦耳的功？(2)若气体对外界做了4×105J的功，则是气体放热还是从外界吸热？放出或吸收的热量是多少？【解析】(1)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得W＝ΔU－Q＝3×105 J－2×105 J＝1×105 J外界对气体做功．(2)由ΔU＝Q＋W得Q＝ΔU－W＝3×105 J－(－4×105 J)＝7×105 J气体从外界吸热．【答案】(1)外界对气体做功1×105 J(2)气体从外界吸热7×105 J气体状态变化与物理量对应方法(1)绝热过程：气体与外界没有热传递．(2)导热良好：气体与外界有热交换，且与外界温度保持相同．(3)体积减小，外界对气体做功；体积增大(不是对真空膨胀)，气体对外界做功．(4)温度升高，理想气体的内能增加；温度降低，理想气体的内能减少．[先填空]1．能量守恒定律的发现(1)迈尔的发现体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的，如果动物体的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的．(2)焦耳的研究①确定了电能向内能转化的定量关系．②用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据．(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．2．能量守恒定律(1)内容能量既不会消失，也不会创生，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另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．(3)应用①各种形式的能可以转化．但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．[再判断]1．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加．(√)2．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加．(√)3．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了．(×)[后思考]焦耳对物质运动之间的关系的研究方法与迈尔有什么不同？【提示】焦耳是采用严格的定量实验分析方法，迈尔研究的范围比较广泛，但他采用的是定性研究的方法．[合作探讨]探讨1：能量守恒定律与机械能守恒定律的应用条件有什么不同？【提示】能量转化过程中能量总是守恒的，而机械能守恒的条件是只有重力(或系统内的弹力)做功．探讨2：为什么说第一类永动机不能制成？【提示】因为第一类永动机违背了能量守恒定律．[核心点击]1．对能量守恒定律的理解(1)各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的．例如：物体的机械能守恒，必须是只有重力或弹力做功．(2)意义：能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，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．2．第一类永动机失败的原因分析：如果没有外界热源供给热量，则有U 2－U 1＝W ，就是说，如果系统内能减少，即U 2<U 1，则W <0，系统对外做功是要以内能减少为代价的．若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的．4．说出下列过程中是什么能量转化为内能．(1)物体沿粗糙斜面下滑_________________________________________； (2)变压器发热_______________________________________________； (3)汽油机内气体燃烧后变成高温气体______________________________； (4)车刀切下炽热铁屑__________________________________________．【解析】 物体沿斜面下滑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能；电流通过变压器线圈发热，电能转化为内能；气体(燃料)燃烧后变成高温气体，化学能转化为内能；车刀切下炽热的铁屑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能．【答案】 (1)机械能——内能 (2)电能——内能 (3)化学能——内能 (4)机械能——内能5．风沿水平方向以速度v 垂直吹向一直径为d 的风车叶轮，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h 的高度，效率为80%.则单位时间内最多可提升的水的质量为__________.【导学号：30110062】【解析】 在时间t 内吹在风车上的空气的质量为m 1＝14πd 2·vt ·ρ，风的动能E k ＝12m 1v 2＝18πd 2v 3t ρ.根据题意18πd 2v 3t ρ×50%×80%＝mgh ，则m t ＝πd 2ρv 320gh.【答案】πd 2ρv320gh应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式．(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点： 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．学业分层测评(十一) (建议用时：45分钟)[学业达标]1．在热力学第一定律的表达式ΔU ＝W ＋Q 中，关于ΔU 、W 、Q 各个物理量的正、负，下列说法中正确的是( )A ．物体对外界做功时W 为负B ．物体吸收热量时，Q 为正C ．内能减少时，ΔU 为正D ．内能增加时，ΔU 为正E ．W 为正，Q 为负时，ΔU 一定为零【解析】 根据公式ΔU ＝W ＋Q 及W 、Q 、ΔU 的符号法则得A 、B 、D 正确． 【答案】ABD2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是( ) A ．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能 B ．电灯发光是电能转化为光能 C ．核电站发电是电能转化为内能D ．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能E ．跳高运动员跳起时，体内的化学能转化为机械能【解析】 核电站发电是核能转化为电能，生石灰放入水中使水温升高，是化学能转化为内能．【答案】ABE3. 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E．外界对物体一定做了功【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可能有多种情况：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，①③④与选项C一致；②③⑤与选项D一致，故选项B、C、D正确．【答案】BCD4．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量 2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104 J，则该理想气体的( )A．密度增大B．密度减小C．温度降低D．温度升高E．内能增加【解析】由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝2.5×104 J，W＝－1.0×104 J可知ΔU 大于零，气体内能增加，温度升高，C错，D、E对；气体对外做功，体积增大，密度减小，B对，A错．【答案】BDE5．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．第一类永动机终究有一天能够实现E．第一类永动机不可能制成是因为违背了能量的转化和守恒定律【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，但它违背了热力学第一定律．这也是它不能制成的原因．故A、B、E三项正确，C、D两项错误．【答案】ABE6．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能) ( ) A．内能增大B．内能减小C．对外界做功D．外界对其做功E．放出热量【解析】气体降温则内能减小，变扁则体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体一定放出热量．故选项B、D、E正确．【答案】BDE7．空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气缸中空气做功为2×105 J，空气的内能增加了1.5×105 J，则气体________(选填“吸”或“放”)热为________ J.【解析】由热力学第一定律：ΔU＝Q＋W得：1.5×105J＝2×105J＋Q，所以Q＝－5×104 J，故放热．【答案】放5×1048．水能是一种清洁能源．位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流速达每秒6 000 m3，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50 m．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.【导学号：30110063】【解析】每秒流下的水量m＝Vρ＝6 000×103 kg，由能的转化和守恒知mgh×50%＝Pt.式中m取6 000×103 kg，t取1 s，h＝50 m，解得P＝1.5×109 W.【答案】1.5×109 W[能力提升]9．如图513所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态．当气体自状态A变化到状态B时( )图513A．体积必然变大B．不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E．气体必然对外界做功【解析】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V B＞V A，所以A正确；由于没有限制自状态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错误；因为气体体积增大，所以是气体对外做功，C错误，E正确；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．【答案】ADE10．如图514所示，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( )【导学号：30110064】图514A．气体对外界做功B．气体不做功C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温度不变E．内能不变【解析】绝热容器内的稀薄气体与外界没有热交换，Q＝0.稀薄气体向真空中扩散没有做功，W＝0.根据热力学第一定律知稀薄气体的内能不变，则温度不变．稀薄气体体积增大，压强必减小．选项B、D、E正确．【答案】BDE11．一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，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240 J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？做多少功？【解析】(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J．即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J.【答案】(1)增加了160 J (2)外界对气体做功80 J12．如图515所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22 cm，现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为2 cm，人对活塞做功100 J，大气压强为p0＝1×105 Pa，不计活塞重力．问：图515(1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强为多大？(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1 cm2)【解析】(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cm，l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS缓慢压缩气体温度不变，由玻意耳定律得：p0V0＝pV，解得：p＝1.1×106 Pa.(2)大气压力对活塞做功：W1＝p0S(l0－l)＝2 J人做功W2＝100 J，由热力学第一定律得：ΔU＝W1＋W2＋Q，将Q＝－20 J代入解得ΔU＝82 J.【答案】(1)1.1×106 Pa (2)82 J。
