（江苏专用）2020版高考物理总复习 第十二章 热学 第3讲 热力学第一定律与能量守恒定律课件（选修

第3讲热力学第一定律与能量守恒定律知识排查热力学第一定律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＋W吸收增加放出减少能量守恒定律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.条件性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小题速练思考判断(1)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，气体的内能一定减少。()(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。()(4)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功。()(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。()答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×热力学第一定律与能量守恒定律1.做功和热传递的区别做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的。做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移。(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。2.三种特殊情况图1【例1】如图1，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是________。A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩的过程中内能增大C.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功D.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功。根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、C正确，D错误。答案ABC图2【例2】(2018·江苏单科)如图2所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105Pa，经历A→B→C→A的过程，整个过程中对外界放出61.4J热量。求该气体在A→B过程中对外界所做的功。解析整个过程中，外界对气体做功W＝WAB＋WCA，且WCA＝pA(VC－VA)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得WAB＝－(Q＋WCA)代入数据得WAB＝－138.6J，即气体对外界做的功为138.6J答案138.6J应用热力学第一定律注意三点(1)做功看体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W＝0。(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0。(3)由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。热力学第一定律与气体实验定律的综合应用【例3】(2018·江苏省南京高三学情调研)如图3所示，一定质量的理想气体，在状态A的温度tA＝27℃，则状态C的温度TC＝________K；气体从状态A依次经过状态B、C后再回到状态A，此过程中气体将________热量(选填“吸收”或“放出”)。图3答案900放出解析气体由A到C压强不变，由VATA＝VCTC可知1300＝3TC，所以TC＝900K；由A到B，气体对外界做功的数值等于AB线下方的梯形面积，从B到C，外界对气体不做功，从C到A，气体被压缩，外界对气体做功的数值等于CA线下方的矩形面积，所以全过程外界对气体做正功，而回到状态A气体内能不变，由热力学第一定律知此过程中气体放热。图4(1)气体内能的减少量；(2)气体放出的热量。【例4】(2018·江苏省苏锡常镇四市高三教学情况调研)如图4所示，轻质活塞将体积为V0、温度为3T0的理想气体，密封在内壁光滑的圆柱形导热汽缸内。已知大气压强为p0，大气的温度为T0，气体内能U与温度的关系为U＝aT(a为常量)。在汽缸内气体温度缓慢降为T0的过程中，求：解析(1)由题意可知ΔU＝aΔT＝－2aT0外界对气体做功W＝p0(V0－V2)由热力学第一定律得ΔU＝W－Q(2)设温度降低后的体积为V2，则V03T0＝V2T0解得Q＝23p0V0＋2aT0答案(1)2aT0(2)23p0V0＋2aT0