熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

1、第51講熱力學(xué)第一定律能量守恒定律考情剖析考查內(nèi)容考綱要求考查年份考查詳情能力要求熱力學(xué)第一定律、能源與可持續(xù)發(fā)展14年T12A(2)填空，考查了熱力學(xué)第一定律公式UQW的應(yīng)用理解15年T12A(2)填空，考查了熱力學(xué)第一定律和內(nèi)能理解16年T12A(3)計(jì)算，考查氣體實(shí)驗(yàn)定律分析綜合17年T12A(1)選擇，考查了熱力學(xué)第一定律和氣體狀態(tài)變化圖理解弱項(xiàng)清單,等溫過(guò)程認(rèn)為是熱傳遞為零的過(guò)程，熱力學(xué)第一定律中各量的意義及正負(fù)號(hào)的規(guī)定混亂，表達(dá)式出現(xiàn)不規(guī)范表述，對(duì)PV的含義不理解，對(duì)理想氣體內(nèi)能的概念不理解將循環(huán)過(guò)程割裂為若干個(gè)小過(guò)程增加錯(cuò)誤知識(shí)整合1改變物體內(nèi)能的方式：_和_從效果上看，兩種方式

2、是等效的但是有本質(zhì)的區(qū)別：_是其他形式的能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，_是內(nèi)能在不同物體(或物體的不同部分)間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移2熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它_和外界對(duì)它_的和(2)表達(dá)式：_其中U是_，Q是_，W是_3能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會(huì)_，也不會(huì)_，它只能從一種形式_為其他形式，或者從一個(gè)物體_另一個(gè)物體，在_的過(guò)程中其總量不變(2)對(duì)能量守恒定律的理解及應(yīng)用自然界中能量的存在形式：物體運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能、分子運(yùn)動(dòng)具有分子動(dòng)能、電荷運(yùn)動(dòng)具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等，可見(jiàn)，在自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過(guò)程

3、是通過(guò)做功來(lái)完成的某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等在利用能量守恒定律解題時(shí)，要注意先搞清楚過(guò)程中有幾種形式的能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，分析初、末狀態(tài)，確定E增、E減各為多少，再由E增E減列式計(jì)算第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，因?yàn)榈谝活?lèi)永動(dòng)機(jī)的思想違背了_定律4能源和可持續(xù)發(fā)展(1)能源：能源就是向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(礦物質(zhì)能源、核物理能源、大氣環(huán)流能源、地理性能源)能源是人類(lèi)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)從某種意義上講，人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用在當(dāng)今世界，能源的發(fā)展、能源和環(huán)境，是全世

4、界、全人類(lèi)共同關(guān)心的問(wèn)題，也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題(2)煤、石油等能源在使用后，最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散在周?chē)沫h(huán)境中分散在周?chē)h(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量有多么巨大，卻再也不能驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了，這樣轉(zhuǎn)化的過(guò)程叫做_(3)能源是社會(huì)存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品，要重視利用能源時(shí)對(duì)環(huán)境的影響，要重視開(kāi)發(fā)新能源(如太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水流能等)，減少不可再生能源的應(yīng)用(4)能量守恒，但我們?nèi)砸?jié)能，從而減少能源的消耗，尤其是不可再生能源的消耗方法技巧考點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律1內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和2表達(dá)式：UWQ.3W、Q、U的“、”號(hào)法則物理量意義

5、符號(hào)WQU外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少4.判定物體內(nèi)能變化的方法(1)當(dāng)做功和熱傳遞兩種過(guò)程同時(shí)發(fā)生時(shí)，內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正在等壓變化時(shí)，氣體對(duì)外做功或外界對(duì)氣體做功均可以通過(guò)壓強(qiáng)和體積變化的乘積來(lái)求解(3)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q0.(4)如果研究對(duì)象是理想氣體，則由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化【典型例題1】(17年常州一模)(1)如圖所示，理想氣體作圖示的

6、循環(huán)，其中23過(guò)程是絕熱過(guò)程，31過(guò)程是等溫過(guò)程，則23過(guò)程中氣體內(nèi)能_(選填“增加”、“減小”或“不變”)，31過(guò)程中氣體_(選填“吸熱”或“放熱”)(2)理想氣體變化過(guò)程如圖(1)問(wèn)，若23過(guò)程中氣體對(duì)外界做功150 J，31過(guò)程中外界對(duì)氣體做功100 J，試問(wèn)：全過(guò)程氣體對(duì)外做功為多少？12過(guò)程中氣體吸收的熱量為多少？【學(xué)習(xí)建議】理解等溫過(guò)程絕熱過(guò)程的區(qū)別，正確表達(dá)熱力學(xué)第一定律公式及理解各量的意義，理想氣體內(nèi)能由什么決定1.(17年南京一模)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過(guò)程到達(dá)狀態(tài)B，再經(jīng)等容過(guò)程到達(dá)狀態(tài)C，此過(guò)程的p V圖象如圖所示，圖中虛線(xiàn)為等溫線(xiàn)在BC的過(guò)程中，氣體

7、吸收熱量為12 J則：(1)比較氣體在A和B狀態(tài)的內(nèi)能UA、UB的大??；(2)氣體從AB過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功考點(diǎn)2氣體狀態(tài)變化與熱力學(xué)第一定律1若過(guò)程是絕熱的，則Q0，WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加2若過(guò)程中不做功，即W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加3若過(guò)程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量4若過(guò)程為等壓變化(1)若氣體的溫度增加、體積增大(膨脹)，則內(nèi)能增加U0，氣體對(duì)外做功W0，并且Q|W|.(2)若溫度降低、體積縮小(壓縮)則U0，由UWQ可判定出QW.【典型例題2】(17年南通泰州一模)如圖所示，在開(kāi)口向上、

8、豎直放置的薄壁圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量m2.0 kg的活塞密封一部分氣體，活塞在容器內(nèi)能自由滑動(dòng)且保持水平，容器的底面積S100 cm2，開(kāi)始時(shí)氣體的溫度T1280 K，活塞到容器底的距離h120.0 cm.在氣體從外界吸收Q40 J熱量的過(guò)程中，活塞緩慢上升的距離h1.0 cm.已知大氣壓強(qiáng)p01.0105，重力加速度g10 m/s2.求：(1)活塞停止上升時(shí)容器內(nèi)氣體的溫度T2；(2)密閉氣體內(nèi)能的增加量U.【典型例題3】(17年揚(yáng)州期末)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C.已知狀態(tài)A的溫度為300 K.(1)求氣體在狀態(tài)B的溫度；(2)由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C

9、的過(guò)程中，氣體是吸熱還是放熱？簡(jiǎn)要說(shuō)明理由2.(17年蘇北六市聯(lián)考)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖ABCDA的循環(huán)過(guò)程，其中AB、CD是兩個(gè)等壓過(guò)程，BC、DA是兩個(gè)絕熱過(guò)程關(guān)于氣體狀態(tài)及其能量變化，下列說(shuō)法中正確的有() AAB過(guò)程，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能增大 BBC過(guò)程，氣體分子平均動(dòng)能增大 CABCDA循環(huán)過(guò)程中，氣體吸熱，對(duì)外做功 DABCDA循環(huán)過(guò)程中，A狀態(tài)氣體溫度最低【學(xué)習(xí)建議】一個(gè)循環(huán)過(guò)程中PV所圍面積的物理意義是氣體對(duì)外做功或外界對(duì)氣體做功當(dāng)堂檢測(cè)1.某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車(chē)胎內(nèi)的氣壓高于清晨時(shí)的，且車(chē)胎體積增大若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么() A外界對(duì)胎內(nèi)

10、氣體做功，氣體內(nèi)能減小 B外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大 C胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小 D胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能增大2(15年江蘇高考)在裝有食品的包裝袋中充入氮?dú)?，可以起到保質(zhì)作用某廠家為檢測(cè)包裝袋的密封性，在包裝袋中充滿(mǎn)一定量的氮?dú)?，然后密封進(jìn)行加壓測(cè)試，測(cè)試時(shí)，對(duì)包裝袋緩慢地施加壓力，將袋內(nèi)的氮?dú)庖暈槔硐霘怏w，則加壓測(cè)試過(guò)程中，包裝袋內(nèi)壁單位面積上所受氣體分子撞擊的作用力_(選填“增大”“減小”或“不變”)，包裝袋內(nèi)氮?dú)獾膬?nèi)能_(選填“增大”“減小”或“不變”)3(14年江蘇高考)一種海浪發(fā)電機(jī)的氣室如圖所示工作時(shí)，活塞隨海浪上升或下降，改變氣室中空氣的壓強(qiáng)，從而驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥門(mén)和出氣

11、閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉氣室先后經(jīng)歷吸入、壓縮和排出空氣的過(guò)程，推動(dòng)出氣口處的裝置發(fā)電氣室中的空氣可視為理想氣體壓縮過(guò)程中，兩個(gè)閥門(mén)均關(guān)閉若此過(guò)程中，氣室中的氣體與外界無(wú)熱量交換，內(nèi)能增加了3.4104 J，則該氣體的分子平均動(dòng)能_(選填“增大”、“減小”或“不變”)，活塞對(duì)該氣體所做的功_(選填“大于”、“小于”或“等于”)3.4104 J.第3題圖4(16年江蘇高考)(1)如圖所示，在斯特林循環(huán)的p V圖象中，一定質(zhì)量理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過(guò)狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A，整個(gè)過(guò)程由兩個(gè)等溫和兩個(gè)等容過(guò)程組成BC的過(guò)程中，單位體積中的氣體分子數(shù)目_(選填“增大”、“減小”或“不變”)狀態(tài)A和狀態(tài)D的氣

12、體分子熱運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布圖象如圖2所示，則狀態(tài)A對(duì)應(yīng)的是_(選填“”或“”)(2)如圖所示，在AB和DA的過(guò)程中，氣體放出的熱量分別為4 J和20 J在BC和CD的過(guò)程中，氣體吸收的熱量分別為20 J和12 J求氣體完成一次循環(huán)對(duì)外界所做的功 圖1圖2第4題圖5(16年南京模擬)如圖所示，在導(dǎo)熱性能良好、開(kāi)口向上的氣缸內(nèi)，用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，氣體的體積V18.0103 m3.現(xiàn)使外界環(huán)境溫度緩慢降低，此過(guò)程中氣體放出熱量700 J，內(nèi)能減少了500 J不計(jì)活塞的質(zhì)量及活塞與氣缸間的摩擦，外界大氣壓強(qiáng)p01.0105 Pa.求：(1)外界對(duì)氣體所做的功W；(2)末狀態(tài)氣體的體積V2.

13、第5題圖第51講熱力學(xué)第一定律能量守恒定律知識(shí)整合基礎(chǔ)自測(cè)1做功熱傳遞做功熱傳遞2(1)傳遞的熱量所做的功(2)UWQ外界向系統(tǒng)傳遞的熱量外界對(duì)系統(tǒng)做的功3(1)憑空產(chǎn)生憑空消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移(2)能量守恒4(2)能量的耗散方法技巧典型例題1減小放熱(2)50 J150 J【解析】(1) 23過(guò)程是絕熱過(guò)程， 體積增大，氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減?。?1過(guò)程是等溫過(guò)程，內(nèi)能不變，體積減小，外界對(duì)氣體做功，氣體向外放熱(2)1到2過(guò)程是等容過(guò)程，氣體不對(duì)外界做功，外界也不對(duì)氣體做功；全過(guò)程只有2到3過(guò)程和3到1過(guò)程做功， WW1W215010050 J23過(guò)程是絕熱過(guò)程， 氣體對(duì)外界做功150

14、 J，內(nèi)能減小150 J；31過(guò)程是等溫過(guò)程，內(nèi)能不變，外界對(duì)氣體做功100 J，氣體向外放熱100 J；12過(guò)程，內(nèi)能要恢復(fù)原來(lái)的內(nèi)能，需要吸收的熱量150 J.變式訓(xùn)練1(1)UAUB(2)12 J【解析】氣體在A和B狀態(tài)的內(nèi)能UA、UB的大小為UAUB；氣體從AB過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功為12 J.典型例題2294 K29.8 J【解析】(1)活塞上升過(guò)程中，由蓋呂薩克定律有：；則有T2T1T1280294 K；(2)活塞上升的過(guò)程，外界對(duì)系統(tǒng)做的功為： W(mgp0S)h由熱力學(xué)第一定律有： UWQ計(jì)算得出： U29.8 J.典型例題31200 K 氣體要放熱【解析】(1)由理想氣體的狀

15、態(tài)方程；得氣體在狀態(tài)B的溫度TBTA1200 K(2)由狀態(tài)B到狀態(tài)C氣體做等容變化，由查理定律可知，則TCTB600 K，氣體由狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容變化，不做功，但溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，U0，W0，故Q0，可知?dú)怏w要放熱變式訓(xùn)練2AC【解析】AB過(guò)程，等壓變化，體積增大，氣體對(duì)外界做功，根據(jù)等壓變化規(guī)律可知體積增大，溫度升高，內(nèi)能增大，A正確； BC是絕熱過(guò)程，體積增大，氣體對(duì)外界做功，W0，絕熱Q0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，可知內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動(dòng)能減小， B錯(cuò)； ABCDA循環(huán)過(guò)程中，從ABC氣體對(duì)外做功，CDA外界對(duì)氣體做功，氣體對(duì)外做功大于外

16、界對(duì)氣體做功，所以一個(gè)循環(huán)中表現(xiàn)為氣體對(duì)外做功，W0，氣體吸熱，C是正確的； ABCDA循環(huán)過(guò)程中，從DA，體積減小，外界對(duì)氣體做功W0，絕熱過(guò)程Q0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ知U0，內(nèi)能增加，溫度升高，D狀態(tài)溫度比A狀態(tài)溫度低，即A狀態(tài)溫度不是最低，D錯(cuò)； 當(dāng)堂檢測(cè)1D【解析】對(duì)車(chē)胎內(nèi)的理想氣體分析知，體積增大為氣體對(duì)外做功，內(nèi)能只有分子動(dòng)能，而分子動(dòng)能的標(biāo)志為溫度，故中午溫度升高，內(nèi)能增大，故選D.2增大不變【解析】因?yàn)闇y(cè)試時(shí)，對(duì)包裝緩慢的施加壓力，氣體的溫度不變，理想氣體的內(nèi)能不變，所以外界對(duì)氣體所做的功等于氣體對(duì)外放出的熱量玻意耳定律可知：氣體體積變小，所以壓強(qiáng)變大，壓強(qiáng)變化是由于單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，氣體分子對(duì)器壁的更頻繁碰撞產(chǎn)生的，所以袋內(nèi)壁單位面積上所受氣體分子撞擊的作用力增大3增大等于【解析】由題意內(nèi)能增加，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，故溫度升高，則氣體的分子平均動(dòng)能增大；根據(jù)熱力學(xué)第一定律：UQW，3.4104 J0W，即3.4104 J.4(1)不變(2)8 J【解析】(1)由題圖知B C的過(guò)程中氣體的體積不變，所以密度不變，即單位體積中的氣體分子數(shù)目不變；因當(dāng)溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，速率較大的分子所占百分比增高，分布曲