新課改高中物理選修三同步專題講義：04 B熱力學(xué)第一定律 中檔版（學(xué)生版）

熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律1．內(nèi)能改變的兩種方式⑴功和內(nèi)能變化的關(guān)系從19世紀(jì)30年代起，人們逐漸認(rèn)識到，為了使系統(tǒng)的熱學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化，既可以向它傳熱，也可以對它做功。從1840年起，英國物理學(xué)家焦耳進(jìn)行了多種多樣的實(shí)驗(yàn)，以求精確測定外界對系統(tǒng)做功和傳熱對于系統(tǒng)狀態(tài)的影響，以及功與熱量的相互關(guān)系。①絕熱過程：系統(tǒng)變化過程中，只由于做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫做絕熱過程。②焦耳的實(shí)驗(yàn)表明，要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個(gè)狀態(tài)決定，而與功的方式無關(guān)。③當(dāng)系統(tǒng)從某一狀態(tài)經(jīng)過絕熱過程達(dá)到另一狀態(tài)時(shí)，內(nèi)能的增加量就等于外界對系統(tǒng)所做的功，用式子表示為。⑵熱量和內(nèi)能變化的關(guān)系不僅對系統(tǒng)做功可以改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)，單純的對系統(tǒng)傳熱也能改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)。所以，熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱到達(dá)狀態(tài)2，內(nèi)能的增加量就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量，即。⑶改變物體內(nèi)能的兩種方式的比較做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少本質(zhì)其它形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的典例精講【例1.1】（吉陽區(qū)校級月考）關(guān)于熱傳遞，下列說法中正確的是（）A．熱傳遞的實(shí)質(zhì)是溫度的傳遞 B．物體間存在著溫度差，才能發(fā)生熱傳遞 C．熱傳遞可以在任何情況下進(jìn)行 D．物體內(nèi)能發(fā)生改變，一定是吸收或放出了熱量2．熱力學(xué)第一定律⑴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它做功之和⑵表達(dá)式：⑶符號規(guī)定：①外界對系統(tǒng)做功，；系統(tǒng)對外界做功②系統(tǒng)從外界吸收熱量，；系統(tǒng)向外界放出熱量③系統(tǒng)內(nèi)能增加，，系統(tǒng)內(nèi)能減少，典例精講【例2.1】（豐臺區(qū)一模）下列說法正確的是（）A．氣體的溫度升高，每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率都會(huì)增大 B．從微觀角度講，氣體壓強(qiáng)只與氣體分子的密集程度有關(guān) C．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子勢能隨分子間距離的增大而增大 D．若一定質(zhì)量的氣體膨脹對外做功50J，則內(nèi)能一定減少50J【例2.2】（黃山三模）下面說法正確的是（）A．飽和蒸汽壓隨溫度的升高而增大 B．單晶體在某些物理性質(zhì)上具有各向異性 C．一定量的理想氣體從外界吸熱，其內(nèi)能一定增加 D．液體溫度越高，懸浮顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈 E．當(dāng)分子之間作用力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子力隨分子間的距離增大而增大【例2.3】（賓陽縣校級月考）關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是（）A．氣體吸熱后溫度一定升高 B．理想氣體等壓膨脹過程一定放熱 C．熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 D．如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡【例2.4】（惠城區(qū)校級模擬）下列說法中正確的是（）A．圖1為氧氣分子在不同溫度下的速率分布圖象，由圖可知狀態(tài)①的溫度比狀態(tài)②的溫度高 B．圖2為一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化的P﹣V圖線，由圖可知?dú)怏w由狀態(tài)A變化到B的過程中，氣體分子平均動(dòng)能先增大后減小 C．圖3為分子間作用力的合力與分子間距離的關(guān)系，可知當(dāng)分子間的距離r＞r0時(shí)，分子勢能隨分子間的距離增大而增大 D．液體表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大；附著層內(nèi)液體分子間的距離小于液體內(nèi)部分子間的距離 E．一定質(zhì)量的理想氣體在等壓膨脹過程中，氣體內(nèi)能增加的同時(shí)向外界釋放熱量【例2.5】（云南二模）下列說法中正確的是（）A．氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開，這是因?yàn)闅怏w分子之間存在勢能的緣故 B．物體溫度升高時(shí)，速率小的分子數(shù)目減小，速率大的分子數(shù)目增多 C．一定量的100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子平均動(dòng)能增加 D．物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加 E．液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性3．能量守恒定律能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，其總量保持不變。典例精講【例3.1】（越城區(qū)校級月考）電動(dòng)車以電力為能源，一般使用鉛酸電池或鋰離子電池進(jìn)行供電；太陽能電動(dòng)車在此基礎(chǔ)上，將太陽能轉(zhuǎn)化成電能對車供電，很大程度上降低了電動(dòng)車的使用成本，而且非常環(huán)保。太陽能電動(dòng)車能量管理系統(tǒng)軟件程序不僅要能夠監(jiān)測和記錄傳感器的輸入，而且還應(yīng)包括有電動(dòng)源組在內(nèi)的電動(dòng)汽車功能模塊，這個(gè)模塊系統(tǒng)以電動(dòng)源組、控制系統(tǒng)和負(fù)載為主要對象，通過優(yōu)化計(jì)算，可以使電動(dòng)車在任何速度和負(fù)載下都達(dá)到最佳的運(yùn)行效率?，F(xiàn)假設(shè)太陽能電動(dòng)車的電能可以全部輸出且輸出功率恒定，已知太陽光垂直照射到地面上時(shí)，單位面積的輻射功率為P0，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為n，電池板面積為S，太陽能電動(dòng)車質(zhì)量為m，在水平公路上行駛時(shí)所受的阻力恒定，經(jīng)過時(shí)間t，太陽能電動(dòng)車達(dá)到了最大行駛速度vm．在時(shí)間t內(nèi)太陽能電動(dòng)車行駛的距離為（）A．X=vB．X=vC．X=vD．X=【例3.2】（臨沂月考）為測算太陽輻射到地面的輻射能，某校科技實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)把一個(gè)橫截面積是300cm2的矮圓筒的內(nèi)壁涂黑，外壁用保溫材料裹，內(nèi)裝水0.6kg。讓陽光垂直圓筒口照射2min后，水的溫度升高了1攝氏度。由此估算在陽光直射時(shí)地面上每平方米每分鐘接受的太陽能（水的比熱容為4.2×103J/（kg?°C）（）A．4.2×104J B．4.2×103J C．4.2×102J D．4.2J【例3.3】（深圳期末）下列有關(guān)能量的描述正確的是（）A．“又要馬兒跑得快，又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律 B．工作中的電風(fēng)扇，消耗的電能大于輸出的機(jī)械能，該過程能量不守恒 C．滑塊在粗糙的水平面上減速滑行，最終停了下來，動(dòng)能消失，能量不守恒 D．同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，質(zhì)量越大，勢能減少越快，機(jī)械能減少也越快隨堂練習(xí)一．選擇題（共4小題）1．（洪澤縣校級學(xué)業(yè)考試）關(guān)于物體內(nèi)能的以下說法正確的是（）A．物體內(nèi)能的多少可以用物體吸熱或放熱的多少來量度 B．內(nèi)能大的物體熱量多 C．兩物體發(fā)生熱傳遞，達(dá)到平衡后，它們的內(nèi)能必定相等 D．做功和熱傳遞對于改變物體內(nèi)能是等效的2．（嘉峪關(guān)校級期末）某同學(xué)將一氣球打好氣后，不小心碰到一個(gè)尖利物體而迅速破裂，則在氣球破裂過程中（）A．氣體對外界做功，溫度降低 B．外界對氣體做功，內(nèi)能增大 C．氣體內(nèi)能不變，體積增大 D．氣體壓強(qiáng)減小，溫度升高3．（南安市校級模擬）一個(gè)帶活塞的氣缸內(nèi)盛有一定量的氣體，若此氣體的溫度隨其內(nèi)能的增大而升高，則（）A．將熱量傳給氣體，其溫度必升高 B．壓縮氣體，其溫度必升高 C．壓縮氣體，同時(shí)氣體向外界放熱，其溫度必不變 D．壓縮氣體，同時(shí)將熱量傳給氣體，其溫度必升高4．（廣東學(xué)業(yè)考試）關(guān)于家用電器工作時(shí)發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的描述，下列說法正確的是（）A．電飯煲將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能 B．電熨斗將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 C．手搖發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 D．電吹風(fēng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能二．多選題（共3小題）5．（銀川校級模擬）下列說法正確的是（）A．對于一定質(zhì)量的理想氣體，體積不變時(shí)，溫度越高，氣體的壓強(qiáng)就越大 B．在毛細(xì)現(xiàn)象中，毛細(xì)管中的液面有的升高，有的降低，這與液體的種類和毛細(xì)管的材質(zhì)有關(guān) C．布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的熱運(yùn)動(dòng) D．1g水中所含的分子數(shù)目和地球上的人口總數(shù)差不多 E．做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的6．（鐵西區(qū)校級期末）用下述方法改變物體的內(nèi)能，屬于做功的方式是（）A．搓搓手會(huì)感到水暖和些 B．汽油機(jī)氣缸內(nèi)被壓縮的氣體 C．車刀切下的熾熱的鐵屑 D．物體在陽光下被曬熱7．（金安區(qū)校級模擬）以下說法中正確的有（）A．功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但熱量不能全部轉(zhuǎn)化為功 B．物體吸收熱量，同時(shí)對外做功，其內(nèi)能可能增加 C．食鹽熔化過程中，溫度保持不變，說明食鹽是晶體 D．布朗運(yùn)動(dòng)是指液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) E．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子勢能都隨分子間距離的增大而增大三．解答題（共2小題）8．（鹿城區(qū)校級模擬）冬天，一個(gè)大房間要維持恒定的溫度T室＝+15℃需要集中供熱型裝置的三只散熱器串聯(lián)起來（注入散熱器的是熱水）．如圖所示，同時(shí)，第一只散熱器的溫度T1＝+80℃，第三只散熱器的溫度T3＝+30℃，試問第二只散熱器的溫度T2為（假設(shè)散熱器跟房間之間的熱交換和熱水與散熱器之間的熱交換一樣，跟兩者的溫度差成正比）．9．