高中物理课时作业14第10章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律新人教版选修3_3

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。

2021-4-29 20XX年复习资料教学复习资料班级：科目：3 热力学第一定律能量守恒定律记一记热力学第一定律能量守恒定律知识体系一个分析——分析第一类永动机失败的原因两个定律——热力学第一定律、能量守恒定律辨一辨1.物体吸收热量，内能一定增大．(×)2．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(√)3．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加．(√)4．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的．(√)5．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．(×)想一想1.一定质量的理想气体，做等压膨胀，在变化过程中是气体对外做功，还是外界对气体做功？在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能增加了，还是减少了？提示：气体的变化为等压膨胀，一定是对外做功；理想气体在等压膨胀过程中需要从外界吸收热量．由盖—吕萨克定律可知，理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能一定增加．2．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，维持表针走动的能量是从哪儿来的？提示：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，供手表发条做机械运动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．思考感悟：练一练1.至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是( )A．机械制造的技术没有过关B．违反了牛顿运动定律C．违反了电荷守恒定律D．违反了能量守恒定律解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量的转化和守恒定律．答案：D2．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将( )A．降低B．升高C．不变D．无法确定解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，消耗了电能，系统总内能增加．答案：B3．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．减小20 J B．增大20 JC．减小220 J D．增大220 J解析：研究对象为气体，对外做功W＝－100 J，吸收热量Q＝120 J，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J.ΔU>0，说明气体的内能增加．答案：B4．在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块．对此过程，下列说法中正确的是( )A．摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加量B．摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能C．子弹减少的机械能等于子弹与木块增加的内能D．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与内能之和解析：对木块由动能定理可判断出A项正确，子弹克服摩擦力做功而减少的机械能，转化为木块、子弹的内能和木块的动能，故B、C、D三项错误，故选A项．答案：A要点一热力学第一定律的理解和应用1.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．内能增加解析：缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，B项错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，C项错；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，D项错；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，A项正确．答案：A2．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中( )A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小解析：本题考查了热力学第一定律，理解做功和热传递可以改变物体的内能．筒内气体不与外界发生热交换，M向下滑的过程中，外界对气体做功，由热力学第一定律可知气体内能增大，A项正确．答案：A3．一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－8×104 J＝－2×105J，即B选项正确．答案：B4.如图所示容器中，A，B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B 中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中，下面说法正确的是( )A．大气压力对水做功，水的内能增加B．水克服大气压力做功，水的内能减少C．大气压力对水不做功，水的内能不变D．大气压力对水不做功，水的内能增加解析：打开阀门K，由于水的重力作用，A中的水逐渐流向B中，运动一段时间后达到平衡状态，A和B中的水面静止在同一高度上．A中水面下降h A，B中水面上升h B，相当于A管中S A h A体积的水移到B管，且S A h A＝S B h B，这部分水的重心降低，重力对水做正功，重力势能减少，大气压力做功情况是大气压对A管中的水做正功，对B管中的水做负功，所以，大气压力对水做的总功为p0S A h A－p0S B h B，因为S A h A＝S B h B，所以大气压对水做的总功为零，又由于系统绝热，与外界没有热交换，只有水的重力做功，由能量守恒知重力势能转化为内能，故选项D正确．答案：D要点二能量守恒定律的理解和应用5.(多选)下列设想符合能量守恒定律的是( )A．利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器B．做成一条船利用河水的能量逆水航行C．通过太阳照射飞机使飞机起飞D．不用任何燃料使河水升温解析：利用磁场可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦的不可避免性，动能最终会转化为内能，使转动停止，故A项错．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C两项正确．设计水坝利用河水的重力势能发电，电能可转化为内能使水升温，另外，重力势能还可以通过水轮机叶片转化为水的内能使水升温，故D 项正确．答案：BCD6．第一类永动机是不可能制成的，这是因为此类永动机( )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解析：第一类永动机是指不需要消耗任何能量就能对外做功的机器，因此第一类永动机不可能制成不是因为找不到合适的材料和合理的设计方案，而是因为它违背了能量守恒定律，故选B.答案：B7.如图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，共同摆起一定的高度，则下列有关能量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机械能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沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能解析：子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能．答案：D基础达标1.一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的( )A．温度降低，密度增大B．温度降低，密度减小C．温度升高，密度增大D．温度升高，密度减小解析：由ΔU＝W＋Q可得理想气体内能变化：ΔU＝－1.0×104J＋2.5×104J＝1.5×104J>0，故温度升高，A、B两项均错．因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由ρ＝m/V可知密度变小，故C项错误，D项正确．答案：D2.(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( ) A．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项正确；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项错误；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 项错误，D项正确．答案：AD3.如图所示，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( ) A．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三项错误；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项正确．答案：D4．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这一过程中( )A ．汽车的机械能守恒B ．汽车的动能和势能相互转化C ．机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减少D ．机械能逐渐转化为内能，总能量不变解析：汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车和斜坡之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，一部分机械能转化为内能，但能的总量保持不变，故选D .答案：D5．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W 1表示外界对气体做的功，W 2表示气体对外界做的功，Q 1表示气体吸收的热量，Q 2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有( )A ．Q 1－Q 2＝W 2－W 1B ．Q 1＝Q 2C ．W 1＝W 2D ．Q 1>Q 2解析：因为该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，所以内能没有变化，ΔU ＝0.根据热力学第一定律可知W 1－W 2＋Q 1－Q 2＝ΔU ＝0，即Q 1－Q 2＝W 2－W 1，故A 正确．答案：A6．下列说法正确的是( )A ．随着科技的发展，第一类永动机是可能制成的B ．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C ．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的D ．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可能凭空产生的解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，故永远无法制成，A 项错误；太阳照射到宇宙空间的能量均能转化成其他形式的能量，B 项错误；马儿奔跑时同样需要消耗能量，故“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，C 项正确；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是不存在的，它违背了能量守恒定律，D 项错误．答案：C 7.(多选)如图，一定量的理想气体从状态a 变化到状态b ，其过程如p­V 图中从a 到b 的直线所示．在此过程中( )A ．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解析：一定质量的理想气体从a 到b 的过程，由理想气体状态方程p a V a T a ＝p b V b T b可知，T b >T a ，即气体的温度一直升高，A 项错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能一直增加，B 项正确；由于从a 到b 的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，C 项正确；根据热力学第一定律，从a 到b 的过程中，气体一直从外界吸热，D 项正确；气体吸收的热量一部分增加内能，一部分对外做功，E 项错误．答案：BCD8.导热性能良好的汽缸和活塞，密封一定质量的理想气体，汽缸固定不动，保持环境温度不变，现用外力将活塞向下缓慢移动一段距离，则这一过程中( )A．外界对缸内气体做功，缸内气体内能不变B．缸内气体放出热量，内能增大C．汽缸内每个气体分子的动能都保持不变D．单位时间内撞击到器壁上单位面积的分子数减小解析：由于汽缸和活塞导热性能良好，且环境温度不变，因此在将活塞向下缓慢移动一段距离的过程中，气体温度不变，气体内能不变，由ΔU＝W ＋Q可知，外界对气体做功，内能不变，气体将放出热量，故A项正确，B项错误；温度不变，说明气体分子平均动能不变，而并非指每个气体分子的动能均保持不变，故C项错误；气体温度不变，体积缩小，根据理想气体状态方程可知，其压强增大，单位时间内撞击到器壁上单位面积上的分子数增多，故D项错误．答案：A9．如图所示的两端开口的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ΔE k；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＝0 ②W2－W3＝ΔE k③W2－W3＝Q＝ΔU④W3＋Q＝ΔU其中正确的是( )A．①②③ B．①②④C．②③ D．①③解析：由动能定理可知W2－W3＋W1＝ΔE k，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，可知①、②正确．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝W3＋Q，可知④正确、③错误．综合以上分析可知B正确．答案：B10.如图所示，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．气体对外界放热解析：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项对，A、B 、D 项错．答案：C 11.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走，若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( )A ．气体对外做功，气体温度可能不变B ．气体对外做功，内能一定减少C ．气体压强可能增大，内能可能不变D ．气体从外界吸热，内能一定增加解析：由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换．细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变．答案：A 12.如图所示，带有光滑活塞的汽缸中封闭一定质量的理想气体，将一个半导体NTC 热敏电阻R(阻值随温度升高而减小)置于汽缸中，热敏电阻与容器外的电源E 和电流表A 组成闭合回路，汽缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能．若发现电流表的示数增大时，以下判断错误的是( )A ．气体内能一定增大B ．气体体积一定增大C ．气体一定对外做功D ．气体压强一定减小解析：气体用活塞封闭，故气体的压强不变，故D 项错误．电流表示数增大，则由闭合电路欧姆定律可知，电路中电阻R 减小；根据半导体热敏电阻的性质可知，汽缸内温度升高，由气体状态方程pV T＝C 可得，气体体积一定增大、气体对外界做功，气体内能只与温度有关，故内能一定增大，故A 、B 、C 三项正确．本题选错误的，故选D 项．答案：D能力达标13.[2019·全国卷Ⅰ]某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．解析：容器与活塞绝热性能良好，容器中空气与外界不发生热交换(Q ＝0)，活塞移动的过程中，容器中空气压强减小，则容器中空气正在膨胀，体积增大，对外界做功，即W<0. 根据热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 可知：容器中空气内能减小，温度降低，容器中空气的温度低于外界温度．根据理想气体状态方程有pV T ＝C ，又ρ＝m V ，联立解得：ρ＝mp CT.对容器外与容器内质量均为m 的气体，因容器中空气压强和容器外空气压强相同，容器内温度低于外界温度，则容器中空气的密度大于外界空气的密度．答案：低于大于14．一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)气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？解析：(1)气体从外界吸收的热量为Q＝4.2×105J气体对外做功W＝－6×105J由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)＋(4.2×105J)＝－1.8×105JΔU为负，说明气体的内能减少了．所以，气体内能减少了1.8×105J.(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了．(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，所以气体分子的平均动能一定减少了．答案：(1)减少 1.8×105J(2)增加(3)减少15．目前地热资源主要用来发电和供暖．若有85 ℃的地热水，质量为4×105kg，经过散热器放热后的水温为35 ℃，则这些地热水放出了多少热量？[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]解析：地热水的质量：m＝4×105kg，地热水放出的热量：Q放＝c水 mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×4×105kg×(85 ℃－35 ℃)＝8.4×1010J.答案：8.4×1010J高中物理第十章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律课后检测含解析新人教版选修3_3结束语同学们，相信梦想是价值的源泉，相信成功的信念比成功本身更重要，相信人生有挫折没有失败，相信生命的质量来自决不妥协的信念。

第3节热力学第一定律能量守恒定律1．(2020·北京市高三学业水平等级考)如图所示，一定质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( C )A．气体温度一直降低B．气体内能一直减小C．气体一直对外做功D．气体一直向外界放热解析：一定质量的理想气体从a到b的过程，由理想气体状态方程p a V aT a＝p b V bT b可知T b>T a，即气体的温度一直升高，故A错误；根据理想气体的内能只与温度有关，温度升高，内能增大，可知气体的内能一直增加，故B错误；由于从a到b的过程中气体的体积一直增大，所以气体一直对外做功，故C正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，故D错误。

2.(2020·江苏省新沂市润新学校高三下学期月考)如图所示，绝热容器中封闭一定质量的理想气体，现通过电热丝缓慢加热，当气体吸收热量Q时，活塞恰好缓慢上移H，已知活塞横截面积为S，重量忽略不计，大气压强为p0，求封闭气体内能增加量。

答案：Q－p0SH解析：加热过程中气体做等压变化，封闭气体压强为p＝p0，气体对外做功为W＝p0SH 由热力学第一定律知内能的增加量为ΔU＝Q－W＝Q－p0SH3.(2020·重庆一中高二下学期期中)如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环，该过程每个状态都视为平衡态，各状态参数如图所示。

A状态的压强为p A＝1.2×105 Pa，求：(1)B 状态的温度T B ；(2)C 状态压强p C ；(3)完成一个循环，气体与外界热交换的热量是多少？是吸热还是放热？ 答案：(1)600 K (2)3×105 Pa (3)180 J 放热解析：(1)理想气体从A 状态到B 状态的过程中，压强保持不变根据盖·吕萨克定律有V A T A ＝V B T B代入数据解得T B ＝V B V A T A ＝2×10－31×10－3×300 K＝600 K (2)由理想气体状态方程：p A V A T A ＝p C V V T C得：p C ＝3×105 Pa (3)理想气体从A 状态到B 状态的过程中，外界对气体做功W 1＝－p A (V A －V B ) 解得：W 1＝－120 J ；气体从B 状态到C 状态过程中，体积不变，外界对气体做功为零；从C 状态到D 状态的过程中，外界对气体做功W 2＝p C (V C －V D )，解得W 2＝300 J ；从D 状态到A 状态过程中，体积不变，外界对气体做功为零；一次循环过程中外界对气体所做的总功W ＝W 1＋W 2＝180 J理想气体从A 状态完成一次循环，回到A 状态，始末温度不变，所以内能不变 根据热力第一定律ΔU ＝W ＋Q ，解得Q ＝－180 J故完成一个循环，气体对外界放热180 J 。

【思路点拨】 (1)物体吸收热量，Q为正；物体放出热 量，Q为负．
(2)气体对外做功，W为负． (3)内能的改变由做功和热传递两方面的因素决定，即ΔU＝ W＋Q.
【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 J
自 主 学 习
· 基 础 知 识
3 热力学第一定律 能量守恒定律
解 题 技 巧
· 素 养 培 优
合 作 探 究
· 重 难 疑 点
[学习目标] 1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式．(重 点) 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. (难点) 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．(重点) 4.知道第一类永动机是不可能制 成的．(难点)
2．对公式ΔU、Q、W符号的规定
W 外界对物体做功 物体对外界做功
Q 物体吸收热量 物体放出热量
ΔU 内能增加 内能减少
符号 正号 负号
3.判断是否做功的方法 一般情况下外界对物体特别是气体做功与否，需看物体的 体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是否变化． (1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0. (2)若物体体积变小，表明外界对物体做功，W>0.
图10-3-1