【创新设计】2016高考物理一轮复习-第3课时-热力学第一定律与能量守恒定律课件(选修3-3)

第3课时热力学第一定律与能量守恒定律[知识梳理]知识点一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)；(2)热传递。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所做的功的和。(2)表达式：ΔU＝。做功热量Q＋W(3)ΔU＝中正、负号法则：Q＋WWQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少知识点二、能量守恒定律1．内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式为另一种形式，或者是从一个物体到别的物体，在或的过程中，能量的保持不变。2．条件能量守恒定律是自然界的，某一种形式的能是否守恒是有条件的。3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了。转化转移转化转移总量普遍规律能量守恒定律思维深化判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质是相同的。()(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变。()(3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。()答案(1)×(2)×(3)×[题组自测]题组对热力学第一定律及能量守恒定律的理解1．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1.3×105J，则此过程()A．气体从外界吸收热量2.0×105JB．气体向外界放出热量2.0×105JC．气体从外界吸收热量6.0×104JD．气体向外界放出热量6.0×104J解析根据热力学第一定律，W＋Q＝ΔU，所以Q＝ΔU－W＝－1.3×105J－7.0×104J＝－2.0×105J，即气体向外界放出热量2.0×105J。答案B2．木箱静止于水平地面上，现在用一个80N的水平推力推动木箱前进10m，木箱受到的摩擦力为60N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是()A．U＝200J，Ek＝600JB．U＝600J，Ek＝200JC．U＝600J，Ek＝800JD．U＝800J，Ek＝200J解析由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积为系统的内能增量，即U＝60×10J＝600J，由能量守恒定律可得Ek＝W总－U＝80×10J－600J＝200J。故正确答案为B。答案B3．如图1所示，一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了340J的热量，并对外做功120J。若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40J，则这一过程中气体________(填“吸收”或“放出”)________J热量。图1解析由热力学第一定律可得，该气体由状态a沿abc变化到状态c的过程中内能的变化量ΔU＝W＋Q＝－120J＋340J＝220J，因此该气体由状态a沿adc变化到状态c时，Q1＝ΔU－W1＝220J－(－40J)＝260J，显然此过程中气体从外界吸收热量。答案吸收260考点对热力学第一定律的理解1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，即ΔU＝Q＋W。2．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。【例1】(多选)(2014·广东卷，17)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图2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()A．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，压强减小图2解析充气袋被挤压时，气体体积减小，外界对气体做正功，由于袋内气体与外界无热交换，据热力学第一定律判知气体内能增加，故A、C正确；袋内气体温度升高，体积减小，由方程pVT＝C判知气体压强变大，故B、D错误。答案AC【变式训练】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)这些气体的内能怎样发生变化？变化了多少？(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？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)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少，其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态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160J(2)外界对气体做功80J考点二热力学定律与气体实验定律的综合应用【例2】(2014·江苏卷，12A)一种海浪发电机的气室如图3所示。工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。图3(1)(多选)下列对理想气体的理解，正确的有________。A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分子平均动能________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4×104J。(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27℃，体积为0.224m3，压强为1个标准大气压。已知1mol气体在1个标准大气压、0℃时的体积为22.4L，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1。计算此时气室中气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字)解析(1)理想气体是一种理想化模型，忽略了气体分子之间的相互作用，实际上并不存在，A对；只有当气体的温度不太低，压强不太高时，实际气体才可视为理想气体，B错；一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，与体积无关，C错；不论在何种温度和压强下，理想气体都遵循气体实验定律，D对。(2)气体被压缩，外界对气体做功，内能增大，温度升高，气体分子的平均动能增大，由热力学第一定律ΔU＝W＝3.4×104J。(3)设气体在标准状态时的体积为V1，等压过程VT＝V1T1气体物质的量n＝V1V0，且分子数N＝nNA，解得N＝VT1V0TNA代入数据得N＝5×1024个(或N＝6×1024个)答案(1)AD(2)增大等于(3)5×1024个(或6×1024个)【变式训练】2．(2014·云南师大附中测试)一定质量的某种理想气体从状态A开始按图4所示的箭头方向经过状态B达到状态C，已知气体在A状态时的体积为1.5L，求：图4(1)气体在状态C时的体积；(2)说明A→B、B→C两个变化过程是吸热还是放热，并比较A→B、B→C两个过程中热量的大小。解析(1)A至B过程为等压变化，由盖—吕萨克定律得VATA＝VBTB①得VB＝2LB至C为等容过程，所以VC＝VB＝2L②(2)A→B过程是吸热，B→C过程是放热A→B过程中气体体积增大，对外做功，B→C过程体积不变，对外不做功，而气体内能变化相同，故A→B过程吸收的热量大于B→C过程放出的热量。答案(1)2L(2)A→B，吸热；B→C，放热(3)A→B过程吸收的热量大于B→C过程放出的热量