【师说】2015-2016高中物理新课标选修3-3课件 10.3

跟踪练习 1．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了 8× 104 J 的功， 气体的内能减少了 1.2× 105 J，则下列各式中正确的是 ( ) A． W＝ 8× 104 J， ΔU＝ 1.2×105 J， Q＝ 4×104 J B． W＝ 8× 104 J， ΔU＝－ 1.2× 105 J， Q＝－ 2×105 J C． W＝－ 8× 104 J， ΔU＝ 1.2× 105 J， Q＝ 2× 104 J D． W＝－ 8× 104 J， ΔU＝－ 1.2× 105 J， Q＝－ 4×104 J 【解析】 因为外界对气体做功， W 取正值，即 W＝ 8×104 J； 内能减少， ΔU 取负值， 即 ΔU＝－ 1.2× 105 J； 根据热力学第一定律 ΔU ＝ W＋ Q，可知 Q＝ ΔU－ W＝－ 1.2×1.5 J－ 8×104 J＝－ 2×105 J， 即 B 选项正确． 【答案】 B
3．一定质量的气体，从状态 A 变化到另一个状态 B 的过程中， 内能增加了 160 J， 则下列关于内能变化的可能原因的说法中不可能的 是( ) A．从 A 到 B 的绝热过程中，外界对气体做功 160 J B．从 A 到 B 的单纯热传递过程中，外界对气体传递了 160 J 的 热量 C．从 A 到 B 过程中吸热 280 J，并对外做功 120 J D．从 A 到 B 过程中放热 280 J，外界对气体做功 120 J
【解析】 由热力学第一定律 ΔU＝ W＋ Q 可知 A、B、 C 对，D 错． 【答案】 D
4．第一类永动机是不可能制成的，这是因为 ( A．它不符合机械能守恒定律 B．它违背了能量的转化和守恒定律 C．它做功产生的热不符合热功当量 D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
)
【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，故 B 项正确． 【答案】 B
2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的．例如，物体的 机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律 是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律． 3．第一类永动机失败的原因分析： 如果没有外界热源供给热量，则有 U2－ U1＝ W，就是说，如果系 统内能减少，即 U2<U1，则 W<0，系统对外做功是要以内能减少为代 价的．若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无 外界能量供给的情况下是不可能的．
5．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气 (不 计分子势能 )( ) A．内能增大，放出热量 B．内能减小，吸收热量 C．内能增大，对外界做功 D．内能减小，外界对其做功
【解析】 不计分子势能，故瓶内空气的内能随温度降低，内能 一定减小，体积减小了，外界对瓶内气体做功，此过程为放热过程， 故 D 选项正确． 【答案】 D
(1)吸盘恢复原状时，盘内气体压强为 ________； (2)在挂钩上最多能悬挂重为 ________的物体； (3)请判断在吸盘恢复原过程中盘内气体是吸热还是放热，并简述 理由．
(1)吸盘恢复原状时盘内气体发生等温变化由 p1V1＝ －6 5 p1V1 p0V1 1.0× 10 ×2.0×10 p2V2 可得 p2＝ ＝ ＝ Pa＝ 2.0× 104 Pa. －5 V2 V2 1.0× 10 (2)由平衡条件可得， G＝ (p0－ p2)S＝ 100 N. (3)吸盘恢复原状过程中盘内气体发生等温膨胀，其内能不变却对 外做功，由热力学第一定律可知气体吸热． 【答案】 (1)2.0×104 Pa (2)100 N (3)吸热．理由见解析
5 新视点 · 名师讲座 理想气体状态方程与热力学第一定律的综合应用 内能的变化可以引起气体体积、温度的变化，内能的变化量可以 通过热力学第一定律 ΔU＝ Q＋ W 分析得到．因此，此类题目既包括 根据气体状态参量的变化分析系统吸放热和做功情况，也包括根据热 力学第一定律分析气体状态参量变化的问题．
新知预习 一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与热传递．两者在改变系统内能方 面是等效的． 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热量与 外界对它所做的功的和． (2)数学表达式： ΔU＝ Q＋ W.
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 形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或 转移的过程中能量的总量保持不变． 2．意义： (1)各种形式的能可以相互转化． (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起． 三、永动机不可能制成 1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功 的机器． 2．第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律．
Hale Waihona Puke 本题综合性较强，根据能量守恒定律列出方程即可得 1 到 正 确答 案． 设在 t 时 间内 吹 在风 车上 的空 气的质 量为 m′ ＝ 4 1 1 2 3 1 2 2 πd ·vt·ρ ， 风 的 动 能 Ek ＝ m′ v ＝ πd v tρ. 根 据 题 意 ： 2 8 8 m″ 2 3 πd v tρ× 50% ×80% ＝ m″gh，则单位时间内提升水的质量 m＝ t πd2ρv3 ＝ . 20gh πd2ρv3 【答案】 20gh
知识点二 对能量守恒定律的理解 重点聚焦 1．能量的存在形式及相互转化： (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运 动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等． (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如，利用电 炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车 刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．
3．判断是否做功的方法：一般情况下外界对物体做功与否，需看 物体的体积是否变化． (1)若物体体积增大，表明物体对外界做功， W<0. (2)若物体体积减小，表明外界对物体做功， W>0.
典例精析 一 定 质 量 的 理 想 气 体 在 某 一 过 程 中 ， 外 界 对气 体 做 功 7.0× 104 J，气体内能减少 1.3× 105 J，则此过程 ( ) A．气体从外界吸收热量 2.0×105 J B．气体向外界放出热量 2.0×105 J C．气体从外界吸收热量 2.0×104 J D．气体向外界放出热量 6.0× 104 J
【方法归纳】 有关能量守恒定律的问题，首先应明确题目中涉 及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了， 确定研究的系统后，用能量守恒观点求解．
跟踪练习 2．风沿水平方向以速度 v 垂直吹向一直径为 d 的风车叶轮上， 设空气的平均密度为 ρ，风的动能有 50% 转化为风车的动能，风车带 动水车将水提高 h 的高度，效率为 80% ，则单位时间最多可提升的水 的质量 m＝________.
【解析】 外界对气体做功 W＝＋ 7.0× 104 J， 气体内能减少， ΔU ＝－ 1.3× 105 J， 由热力学第一定律 ΔU＝ W＋ Q， 得 Q＝－ 2.0× 105 J， 负号表示向外界放出热量． 【答案】 B 【方法归纳】 应用热力学第一定律时要明确研究对象是哪个物 体或者是哪个热力学系统．要依照符号法则代入数据，对结果的正负 也同样依照规则来解释其意义．
知识点一 正确理解热力学第一定律 重点聚焦 1．对公式 ΔU＝ Q＋ W 中 ΔU、 Q、 W 符号的规定： 符 Q W ΔU 号 外界对 物体吸 内能 ＋ 物体做 收热量 增加 功 物体对 物体放 内能 － 外界做 出热量 减少 功
2.几种特殊情况： (1)若过程是绝热的，即 Q＝ 0，则 ΔU＝ W，物体内能的增加量等 于外界对物体做的功． (2)若过程中不做功，即 W＝ 0，则 ΔU＝ Q，物体内能的增加量等 于物体从外界吸收的热量． (3)若过程的始末状态物体的内能不变， 即 ΔU＝0， 则 W＝－ Q(或 Q＝－ W)， 外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量 等于物体对外界做的功)．
2．对于一定量的气体加热，气体吸收了 500 J 的热量，它受热膨 胀的过程中对外做功 300 J，气体的内能将怎样改变( ) A．增加 800 J B．减少 800 J C．增加 200 J D．减少 200 J
【解析】 由公式 ΔU＝ W＋ Q 可得出 ΔU＝－300 J＋500 J＝ 200 J. 【答案】 C
问题探索 ◆ 想一想 问题 1 什么是第一类永动机？它能实现吗？
提示 不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功的机器叫做 第一类永动机；第一类永动机不能实现，因为第一类永动机违反了能 量守恒定律。
问题 2 体体现吗？
热力学第一定律、 机械能守恒定律是能量守恒定律的具
提示 是．热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律在 不同形式的能相互转化时的具体体现 .
【解析】
4 新思维 · 随堂自测 1.关于物体内能的变化，以下说法中正确的是 ( ) A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减少 C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
【解析】 做功与传热在改变物体内能上是等效的，由热力学第 一定律 ΔU＝ W＋ Q 可知，改变物体的内能决定于 W 与 Q，故选 C. 【答案】 C
吸盘是由橡胶制成的一种生活用品，其上固定有挂钩用于悬 － 挂物体．如图所示，现有一吸盘，其圆形盘面的半径为 2.0× 10 2 m， － 当其与天花板轻轻接触时，吸盘与天花板所围容积为 1.0× 10 5 m3； － 按下吸盘时，吸盘与天花板所围容积为 2.0×10 6 m3，盘内气体可看 做与大气相通，大气压强为 p0＝ 1.0× 105 Pa.设在吸盘恢复原状过程 中，盘面与天花板之间紧密接触，吸盘内气体初态温度与末态温度相 同．不计吸盘的厚度与吸盘和挂钩的重量．
1 新情境 · 激趣引航 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，你知道 维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？