第三节 热力学第一定律 能量守恒定律 新课标 人教版
新教材人教版高中物理选择性必修第三册 3-3能量守恒定律 教学课件
新课导入
让“饮水小鸭”“喝” 完一口水后，直立起来。 直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然 后又会直立起来。如此循环往复....
这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗?
第三页，共二十六页。
新课讲解
一、探索足迹
人类对能量的认识
人类对能量的认识能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。 所有自然现象都涉及能量，人类的任甸活动都离不开能量。能量具有不同的形式，有描述 热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能，等等。不同形式的运动都可 以用能量来描述。
A错误，符合题意；D正确，不符合题意； BC．冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，所以BC正确，不符合题意；
故选A。
答案:A
第二十三页，共二十六页。
3. 风力发电是一种环保的电能获取方式.图为某风力发电站外观图．假设
当地水平风速约为10m/s，该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率 约为20％，风力发电机的叶片长度为10m，空气的密度是1.29kg/m³，某一 工厂用电的功率为320kW，则大约需要多少台这样风力发电机同时为该工 厂供电（ ）
3 、意义：能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然规律之一，它 与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。
第十一页，共二十六页。
三、第一类永动机
1、 第一类永动机 概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功.
结果：无一例外地归于失败.
原因：违背了热力学第一定律.
许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要
失败的.他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索
何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”
达·芬奇设想的永动机
(新课标)高考物理一轮总复习 第十三章 第三讲 热力学定律与能量守恒定律教案-人教版高三全册物理教案
第三讲热力学定律与能量守恒定律一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功；(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热量与外界对它所做的功的和．(2)表达式：ΔU＝Q＋W.(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：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，或者是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．条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，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，它违背了能量守恒定律．三、热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响或表述为“第二类永动机是不可能制成的”．2．用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．3．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．[小题快练]1．判断题(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20 J，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．( × )(4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．( √ )2．一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1.3×105 J，则此过程( B )A．气体从外界吸收热量2.0×105 JB．气体向外界放出热量2.0×105 JC．气体从外界吸收热量6.0×104 JD．气体向外界放出热量6.0×104 J3．(多选)对热力学第二定律，下列理解正确的是( BD )A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的C．热量不可能由低温物体传递到高温物体D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的考点一热力学第一定律 (自主学习)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.2．三种特殊情况(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．1－1.[热力学第一定律的理解] (多选)(2015·某某卷)图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气( )A．内能增大B．压强增大C．分子间引力和斥力都减小D．所有分子运动速率都增大答案：AB1－2.[热力学第一定律的应用] (多选) (2019·某某实验中学月考)如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，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气缸．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．在自发扩散过程中，气体对外界做功D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析：气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为气缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，选项A正确，C错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因气缸绝热，则气体内能增大，选项B、D正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，选项E错误．答案：ABD[反思总结]判定物体内能变化的方法1．内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．2．做功情况看气体的体积：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．3．与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.4．如果研究对象是理想气体，则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．考点二热力学第二定律 (自主学习)1．对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的含义：(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等．2．热力学第二定律的实质自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．如热量Q能自发传给低温物体(1)高温物体热量Q不能自发传给能自发地完全转化为(2)功热不能自发地且不能完全转化为能自发膨胀到气体体积V2(较大)(3)气体体积V1不能自发收缩到能自发混合成(4)不同气体A和B混合气体AB不能自发分离成3．两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不从单一热源吸收热量，使之完全2－1.[热力学第二定律的理解] (多选)根据热力学定律，下列说法正确的是( ) A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成B．效率为100%的热机是不可能制成的C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递D．从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化是提高机械效率的常用手段E．吸收了热量的物体，其内能也不一定增加答案：BCE2－2.[热力学定律的理解] (多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( ) A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B．能量耗散过程中能量不守恒C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功答案：ADE考点三气体实验定律与热力学第一定律的综合应用 (自主学习)气体实验定律与热力学第一定律的结合量是气体的体积和温度，当温度变化时，气体的内能变化，当体积变化时，气体将伴随着做功，解题时要掌握气体变化过程的特点：(1)等温过程：内能不变，即ΔU＝0.(2)等容过程：W＝0.(3)绝热过程：Q＝0.3－1.(多选)(2019·某某一中期中)如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－T图中从a到b的直线所示，在此过程中( )A ．气体的体积减小B ．气体对外界做功C ．气体的内能不变D ．气体先从外界吸收热量，后向外界放出热量E ．外界对气体做功，同时气体向外界放出热量解析：由p 1V 1＝p 2V 2得，由a 到b 压强变大，体积减小．故A 正确；温度不变气体内能不变．故C 正确；由热力学第一定律可得，外界对气体做功，同时气体向外界放出热量，故E 正确． 答案：ACE3－2.如图所示，一根上粗下细、粗端与细端都粗细均匀的玻璃管上端封闭、下端开口，横截面积S 1＝4S 2，下端与大气连通．粗管中有一段水银封闭了一定质量的理想气体，水银柱下表面恰好与粗管和细管的交界处平齐，空气柱和水银柱长度均为h ＝4 cm.现在细管口连接一抽气机(图中未画出)，对细管内气体进行缓慢抽气，最终使一半水银进入细管中，水银没有流出细管．已知大气压强为p 0＝76 cmHg.(1)求抽气结束后细管内气体的压强；(2)抽气过程中粗管内气体吸热还是放热？请说明原因．解析：(1)缓慢抽气过程，粗管内气体温度不变，设抽气后粗管内气体压强为p 1，细管内气体压强为p 2，由玻意耳定律知(p 0－ρgh )hS 1＝p 1(h ＋12h )S 1，由S 1＝4S 2知抽气后细管内水银柱长度为2h ，故p 2＝p 1＋(12h ＋2h )ρg ，解得p 2＝58 cmHg. (2)吸热．抽气过程中，粗管内气体温度不变，内能不变，ΔU ＝W ＋Q ＝0，气体体积增大，对外做功，W ＜0，则Q ＞0，故气体需要吸热．答案：(1)58 cmHg (2)见解析1．关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是( D )A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体C．若两分子间距离增大，分子势能一定增大D．若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大2．(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，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( AC )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3．(多选)夏天，自行车内胎充气过足，放在阳光下受到暴晒，车胎极易爆裂．关于这一现象对车胎内气体描述正确的有(暴晒过程中内胎容积几乎不变)( BCD )A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，分子间斥力急剧增大的结果B．在爆裂前的过程中，车胎内气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大C．在爆裂前的过程中，车胎内气体吸热，内能增加D．在车胎突然爆裂的瞬间，车胎内气体内能减少4. 如图所示，一个厚度和质量不计、横截面积为S＝10 cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0＝300 K, 压强为p＝0.5×105 Pa, 活塞与汽缸底的距离为h＝10 cm，活塞与汽缸可无摩擦滑动且不漏气，大气压强为p0＝1.0×105 Pa.求：(1)此时桌面对汽缸的作用力F；(2)现通过电热丝给气体缓慢加热到T，此过程中气体吸收热量为Q＝7 J，内能增加了ΔU ＝5 J ，整个过程活塞都在汽缸内，求T 的值．解析：(1)对汽缸受力分析，由平衡条件有F ＋pS ＝p 0S ，得F ＝(p 0－p )S ＝50 N.(2)设温度升高至T 时活塞距离汽缸底H ，则气体对外界做功W ＝p 0ΔV ＝p 0S (H －h )，由热力学第一定律ΔU ＝Q －W ，解得H ＝12 cm.气体温度从T 0升高到T 的过程，由理想气体状态方程得pSh T 0＝p 0SH T， 解得T ＝p 0H phT 0＝720 K. 答案：(1)50 N (2)720 K[A 组·基础题]1．(2015·某某卷)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么( D )A ．外界对胎内气体做功，气体内能减小B ．外界对胎内气体做功，气体内能增大C ．胎内气体对外界做功，内能减小D ．胎内气体对外界做功，内能增大2. (2018·某某模拟)一定质量的理想气体的状态经历了如图所示的ab 、bc 、cd 、da 四个过程，其中bc 的延长线通过原点，cd 垂直于ab 且与水平轴平行，da 与bc 平行，则气体体积在( B )A ．ab 过程中不断减小B ．bc 过程中保持不变C ．cd 过程中不断增加D ．da 过程中保持不变解析：因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B 正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，A错误；cd是等压线，温度降低则体积减小，C 错误；连接aO交cd于e，则ae是等容线，即V a＝V e，因为V d<V e，所以V d<V a，所以da过程中体积发生变化，D错误．3．(多选)根据热力学定律，下列说法中正确的是( AB )A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”4．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是( ACE )A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D．不可能使热量从低温物体传向高温物体E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程5．(多选) 如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态．现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是( ACE )A．气体A吸热，内能增加B．气体B吸热，对外做功，内能不变C．气体A分子的平均动能增大D．气体A和气体B内每个分子的动能都增大E．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少[B组·能力题]6. 如图所示，—个绝热的汽缸(汽缸足够高)竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板将汽缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体A 和B.活塞的质量m＝8 kg，横截面积S＝10 cm2，与隔板相距h＝25 cm，现通过电热丝缓慢加热气体，当A 气体吸收热量Q ＝200 J 时，活塞上升了h ′＝10 cm ，此时气体的温度为t 1＝27 ℃，已知大气压强p 0＝1×105 Pa ，重力加速度g 取10 m/s 2.(1)加热过程中，若A 气体的内能增加了ΔU 1＝55 J ，求B 气体的内能增加量ΔU 2；(2)现在停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时，A 气体的温度为t 2＝30 ℃，求添加砂粒的总质量M .解析：(1)B 气体对外做功W ＝(p 0S ＋mg )h ′＝18 J ，由热力学第一定律得ΔU 1＋ΔU 2＝Q －W ，ΔU 2＝Q －W －ΔU 1＝127 J.(2)B 气体的初状态p 1＝p 0＋mg S＝1.8×105 Pa ， V 1＝(h ＋h ′)S ＝3.5×10－4 m 3，T 1＝(27＋273) K ＝300 K ，B 气体的末状态p 2＝p 0＋(m ＋M )g S ，V 2＝hS ＝2.5×10－4 m 3，T 2＝(30＋273) K ＝303 K ，由理想气体状态方程得p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2，代入数据得M ＝7.452 kg. 答案：(1)127 J (2)7.452 kg7．一定质量的理想气体，其内能跟温度成正比．在初始状态A 时，体积为V 0，压强为p 0，温度为T 0，已知此时其内能为U 0.该理想气体从状态A 经由一系列变化，最终还回到原来状态A ，其变化过程的p －T 图象如图所示，其中CA 延长线过坐标原点，B 、A 在同一竖直线上．求：(1)气体在状态B 的体积；(2)气体在状态C 的体积；(3)从状态B 经由状态C ，最终回到状态A 的过程中，气体与外界交换的热量．解析：(1)由题图可知，从状态A 到状态B 气体温度T 1＝T 0，为等温变化过程，在状态B 时气体压强p 1＝3p 0，设体积为V 1，由玻意耳定律有p 0V 0＝p 1V 1，解得V 1＝V 03. (2)由题图可知，从状态B 到状态C 气体压强p 2＝p 1＝3p 0，为等压变化过程，在状态C 时气体温度T 2＝3T 0，设体积为V 2，由盖—吕萨克定律有V 1T 1＝V 2T 2，解得V 2＝V 0.(3)由状态B 经状态C 回到状态A ，设外界对气体做的总功为ΔW ，从状态B 到状态C ，设外界对气体做功为ΔW BC ，word11 / 11 ΔW BC ＝p 2(V 1－V 2)，联立解得ΔW BC ＝－2p 0V 0.从状态C 回到状态A ，由图线知为等容过程，外界对气体不做功，所以ΔW ＝ΔW BC ＝－2p 0V 0. 由状态B 经状态C 回到状态A ，气体内能增加量为ΔU ＝0，设气体从外界吸收的热量为ΔQ ，由热力学第一定律ΔU ＝ΔQ ＋ΔW ，解得ΔQ ＝2p 0V 0，即气体从外界吸收热量2p 0V 0. 答案：(1)V 03(2)V 0 (3)从外界吸收热量2p 0V 0。
第三章第三节能量守恒定律热力学第一定律和气体实验定律的综合应用学案人教版高中物理选择性必修三
预习案1【自主学习】阅读教材54页-58页，大约需要10分钟，读后请思考：1.能量守恒定律是某一个科学家发现的吗？2.永动机不可能制成的原因是什么？【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。
）课堂案例题:教材65页第5题课堂练习与讨论：教材65页第3、4题讨论：热力学第一定律与能量守恒定律有何联系与区别？课堂练习：教材64页第5、6题【进阶闯关检测】A类基础关1．(多选)下列对能量守恒定律的认识，正确的是( )A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是可能制成的D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了2．“第一类永动机”不可能制成，是因为( )A．不符合机械能守恒定律 B．违背了能量守恒定律C．技术上还达不到 D．找不到合适的材料和合理的设计方案B类能力关3.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。
轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。
离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。
下列说法正确的是( ) A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量4．在一绝热的密闭房间里，有一台电冰箱正在工作。
如果电冰箱的门是开着的，那么室内的气温将如何变化？。
C类综合关（选做）5．一定质量的实际气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：(1)气体的内能增大还是减小？变化量是多少？(2)分子势能是增大还是减小？(3)分子的平均动能是增大还是减小？6．质量M＝200 g的木块，静止在光滑水平面上，质量m＝20 g的铅弹[铅的比热容c＝126 J/(kg·℃)]以水平速度v0＝500 m/s射入木块，当它射出木块时速度变为v＝300 m/s，木块的速度为20 m/s。
人教版高中物理选修3-3课件《10.3热力学第一定律-能量守恒定律》
3.如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中,内能的变化 ΔU 与热量 Q 及做的功 W 之间又有什么关系呢?
答案:ΔU=Q+W。该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关 系,在物理学中叫做热力学第一定律。
迁移与应用 1 一定质量的气体从外界吸收了 4.2×105J 的热量,同时气体对外界做 了 6×105J 的功,问: (1)物体的内能是增加还是减少?变化量是多少? (2)分子势能是增加还是减少? (3)分子的平均动能是增加还是减少? 答案:见解析 解析:(1)气体从外界吸热为:Q=4.2×105J 气体对外界做功为:W=-6×105J 由热力学第一定律知: ΔU=W+Q=(-6×105J)+(4.2×105J)=-1.8×105J ΔU 取负值,说明气体的内能减少,减少了 1.8×105J。
答案:D 解析:由热力学第一定律 ΔU=Q+W,气体吸收热量 Q>0,体积膨胀对 外做功 W<0,但不能确定 Q 与 W 值的大小,所以不能判断 ΔU 的正负, 则气体内能的增减也就不能确定,选项 D 正确。
预习导引
一、热力学第一定律
1.内容:一个热力学系统的内能的增量等于外界向它传递的热量与 外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。
2.数学表达式:ΔU=W+Q。
二、能量守恒定律
1.各种能量:自然界存在着多种不同形式的运动,每种运动对应着 一种形式的能量。如机械运动对应着机械能;分子的热运动对应着内 能。
迁移与应用 2 如图所示,一演示用的“永动机”转轮由 5 根轻杆和转轴构成,轻杆的 末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因 伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此 能较长时间转动。下列说法正确的是( )
人教版高中物理选修3-3课件第10章第3节热力学第一定律能量守恒定律
A．尾气的温度越低，柴油机越节能
B．尾气的温度越高，柴油机越节能
C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D．以上说法均不正确
A
解析：高温高压的燃气推动活塞向下运动，对活塞做功，燃气的内能大部分转化为活塞的机械能， 在做功的过程中，内能转化为活塞的机械能越多，尾气的温度越低，柴油机越节能，故A正确，BCD错误。
『想一想』 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？
答案：不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量(动能)。
课内互动探究
探究 一
对热力学第一定律的理解
思考讨论 1
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析：形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、 B、C错；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D对。
归纳总结
1．能量的存在形式及相互转化
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。
各种形式的能，通过做功可以相互转化，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
Hale Waihona Puke 2．守恒条件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，必须是只有重力做功； 而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。
(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。
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阅读教材，并梳理必要的知识点。 一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式 做功与_传_热__。两者在改变系统内能方面是等__价__的__。
2．热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的 _热__量_与外界对它_所__做_的__功__的和。 (2)表达式：_Δ_U_＝__Q__＋__W___。
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1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)热力学系统对外界做功时，W 取负值，吸收热量时 Q 取正值。
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2．一定质量的理想气体在某一过程中，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
高中物理(新人教版)选择性必修三同步习题：热力学第一定律 3 能量守恒定律(习题)【含答案及解析】
第三章热力学定律2 热力学第一定律3 能量守恒定律基础过关练题组一热力学第一定律的理解和应用1.(2020江苏徐州一中高二下月考)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2.(多选)下列过程可能发生的是( )A.物体吸收热量,同时对外做功,内能增加B.物体吸收热量,同时对外做功,内能减少C.外界对物体做功,同时物体吸热,内能减少D.外界对物体做功,同时物体放热,内能增加3.(2019山东安丘一中高二下月考)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=8×104J,ΔU=1.2×105 J,Q=4×104 JB.W=8×104J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-2×105 JC.W=-8×104J,ΔU=1.2×105 J,Q=2×105 JD.W=-8×104J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-4×104 J题组二能量守恒定律的理解和应用4.(多选)下列设想符合能量守恒定律的是( )A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器B.做成一条船利用河水的能量逆水航行C.通过太阳照射飞机使飞机起飞D.不用任何燃料使河水升温5.(多选)如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。
开始活塞被销钉固定,现将销钉拔掉,活塞最终静止在原位置下方h处,设活塞移动前后甲气室中气体内能的变化量为ΔE,不计气体重心改变的影响,重力加速度为g,下列说法正确的是( )A.甲气室中气体体积减小,温度升高B.ΔE>mghC.ΔE<mghD.ΔE=mgh题组三热力学第一定律与气体实验定律的综合6.(2019山东济南部分重点中学高二下检测)(多选)如图所示,绝热的容器内密闭一定质量的理想气体(不考虑分子间的作用力),用电阻丝缓慢对其加热时,绝热活塞无摩擦地上升,下列说法正确的是( )A.单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少B.电流对气体做功,气体对外做功,气体内能可能减少C.电流对气体做功,气体又对外做功,其内能可能不变D.电流对气体做的功一定大于气体对外做的功7.(2019四川宜宾叙州二中高三上期末)(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-T图中从a到b的直线所示。
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律 新课标 人教版
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律 新课标 人教版【指路问津】（1）热力学第一定律与能量守恒定律有怎样的关系？（2）能量守恒定律重大意义是什么?【典型例题】1．关于物体内能变化，以下说法中正确的是A ．物体对外做功，温度一定降低，内能一定减少B ．物体吸收热量，温度一定增加，内能一定增大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[精与解] 改变物体内能的途径有两个，做功和热传递。
分析问题时必须同时考虑做功和热传递两个因素对内能的影响。
物体对外界做多少功内能就会减少多少；外界对物体做多少功物体内能就会增加多少。
物体吸收多少热量内能就会增加多少；物体发出多少热量内能就会减少多少。
A 、B 选项错误的原因都只考虑了做功或热传递一个因素对内能的影响。
D 选项虽然考虑了做功或热传递两个因素对内能的影响，但两个因素都使内能减少，故D 选项错误。
正确答案为C 。
[解后思] 用热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 解题，要根据系统做功的正、负，吸热还是放热以及内能的增减，来确定公式中ΔU 、Q 、W 的正负。
当外界对系统做功、吸热、内能增加时，ΔU 、Q 、W 取正值；当系统对外界做功、放热、内能减少时，ΔU 、Q 、W 取负值。
[延伸] 例如：一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J 的热量，同时气体对外做了 6×105J 的功， 物体的内能增加还是减少？变化量是多少？解析：气体从外界吸热：Q =4.2×105J ，气体对外做功：W =－6×105J ，由热力学第一定律：⊿U =W +Q =－6×105J ＋4.2×105J=－1.8×105J ，⊿U 为负，说明气体的内能减少了1.8×105J 。
2．水在1个标准大气压下沸腾时，汽化热为L =2264 J/g ，这时质量m =1g 的水变为水蒸气，其体积由V 1=1.043 cm 3变为V 2=1676 cm 3，在该过程中水增加的内能是多少？[精与解] 在1 g 水汽化的过程中吸收的热量为Q =mL =1×2264 J ， 水气在1标准大气压下做等压膨胀，对外界所做的功为 W =p 0（V 2－V 1）=1.013×105×(1676－1.043)×10-6 J=170 J根据热力学第一定律，增加的内能为： ΔU =Q +W =2264 J －170 J≈2094 J[评注] 一定量的液体全部汽化时，在一大气压条件下体积将增大1000倍左右，气体对外界做功W =p 0ΔV ，p 0为大气压强。
第十章 3 热力学第一定律 能量守恒定律
人教版物理·选修3-3
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应用热力学第一定律解题的一般步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负． (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量． (3)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况．
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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＝2×105 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
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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．
2．气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化是
()
A．减少20 J
B．增大20 J
C．减少220 J
D．增大220 J
解析：研究对象为气体，依符号规则，对外做功W＝－100 J，吸收热量Q＝＋120 J. 由热力学第一定律有 ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J， ΔU＞0，说明气体的内能增加，故选项B正确．
新人教版高中物理选修3-3课件 热力学第一定律 能量守恒定律
5．一定质量的气体从外界吸收了 4.2×105 J 的热量， 同时气体对外做了 6×105 J 的功，问：
(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子势能是增加还是减少？ (3)分子的平均动能是增加还是减少？
解析：(1)气体从外界吸热为 Q＝4.2×105 J，气体对外做 W＝ －6×105 J，
2．公式 ΔU＝Q＋W Байду номын сангаас符号的规定
符号
W
Q
ΔU
＋ 外界对系统做功 系统吸收热量 内能增加
－ 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少
3.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。
(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。
[解析] 由热力学第一定律可得 ΔU＝W＋Q＝ 500 J＋(－100 J)＝400 J，即缸内气体内能增加 400 J，气体温度升高，故选项 A 正确，B、C、D 错 误。
[答案] A
[点评] 应用热力学第一定律解题的方法 1．明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 2．分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研 究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的 变化量。 3．根据热力学第一定律 ΔU＝Q＋W 列出方程进行求解。 4．特别注意物理量的正负号及其意义。
解析：自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明 机械能在减少，A、C 错误；减少的机械能通过摩擦 转化成了内能，B 错误，D 正确。
答案：D
[知识预览] 1．热力学第一定律的理解和应用 2．能量守恒定律的理解和应用
1.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。 (2)定律的表达式 ΔU＝Q＋W 是标量式。 (3)应用时各量的单位应统一为国际单位焦耳。
2022届高考物理一轮复习选修3_3第3讲热力学定律与能量守恒课件新人教版
【解析】选 B、C、D。对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知， ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU 为正表示内能增加了 600 J，对气体来 说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加， 气体分子的平均动能增加，温度升高，且体积减小，选项 A、E 正确，故选 B、 C、D。
2.(热力学第一定律的应用)(多选)(2021·桂林模拟)如图是密闭的汽缸，外 力推动活塞 P 压缩气体，对汽缸内气体做功 800 J，同时气体向外界放热 200 J，则关于汽缸内气体的下列说法不正确的是( )
A．温度升高，内能增加 600 J B．温度升高，内能减少 200 J C．温度降低，内能增加 600 J D．温度降低，内能减少 200 J E．气体分子对器壁的压强增大
pV 外界做的功，A 错误；气体在 a→b 过程中，根据理想气体状态方程 T ＝C 可 知 Ta＝Tb，所以ΔUab＝0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W 可知 Qab＝－Wab，气 体在 b→c 过程中，温度升高，所以ΔUbc>0，根据热力学第一定律可知ΔUbc＝ Qbc＋Wbc，即 Qbc＝ΔUbc－Wbc，结合 Wab＝Wbc<0 可得 Qbc>Qab>0，即 b→c 过程气体 吸收的热量大于 a→b 过程吸收的热量，B 错误；气体在 c→a 过程中，
第3讲 热力学定律与能量守恒
必备知识·自主排查
【知识再现】 一、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.表达式：ΔU=Q+W。 3.符号法则：
符号 + -
W 外界对物体做功 物体对外界做功
2016新课标三维人教物理选修3-3 第十章 热力学定律 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律
第3节热力学第一定律__能量守恒定律1.热力学第一定律：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．热力学第一定律的表达式ΔU＝Q＋W，要熟悉其符号法则。
3．能量守恒定律：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。
4．第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律。
一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式做功和热传递。
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热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q＋W。
二、能量守恒定律和永动机1．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。
2．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)不可制成的原因：违背了能量守恒定律。
1．自主思考——判一判(1)做功和热传递在改变物体内能上是不等效的。
(×)(2)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了。
(×)(3)功和能可以相互转化。
(×)(4)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律。
(√)(5)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。
(√)(6)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。
(√)2．合作探究——议一议(1)快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？图10-3-1提示：无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别。
新课标人教版1-2选修一2.2《热力学第一定律》WORD教案1
热力学第一定律 能量守恒定律1．掌握热力学第一定律及其公式表达，会用表达式分析和计算问题．2．掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义，会用能量转化和守恒的观点分析物理现象．3．能综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题．4．了解第一类永动机不可能制成的原因．1．热力学第一定律(1)热力学第一定律表示的是功、热量跟内能之间的定量关系．(2)表达式为 ：U Q W ∆=+(3)W 、Q 、ΔU 正负号确定．①W ：外界对物体做功，W 取正值；物体对外界做功，W 取负值．②Q ：物体吸热，Q 取正值；物体放热．Q 取负值．③ΔU ：物体内能增加，ΔU 取正值；物体内能减少，ΔU 取负值．2．能量守恒定律(1)定律内容：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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变．(2)能量守恒定律是自然界的普遍规律，是人们认识自然、改造自然的有力武器．3．永动机不可能制成人们把设想中的不消耗任何能量却可以源源不断地对外做功的机器叫做永动机，能量守恒定律的发现使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能造成的．1．热力学第一定律的几种典型应用：(1)若过程是绝热的，即Q ＝0，则W =ΔU ，外界对物体做的功等于物体内能的增梅-(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．(3)若过程的始末物体的内能不变，即,ΔU=0，则W+Q ＝0，外界对物体做的功等于物体放出的热量，或者物体对外界做的功等于物体吸收的热量．2．对能量守恒定律的理解(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等．(2)不同形式的能量之间可以相互转化：“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起．表明内能转化为机械能；电流通过问题讨论 课堂笔记 学习要求电热丝做功可将电能转化为内能等等”．这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化．且是通过做功来完成的这一转化过程．(3)某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．(4)由能量观点解题的步骤：①对一个过程分析有哪些形式的能在变化，如何变化?②由E E ∆=∆增列方程求解． [例1]气体膨胀对外做功100J ，同时从外界吸收了120 J 的热量．它的内能的变化可能是[ ]A ．减小20J B ．增大20JC. 减小220J D ．增大220J【解析】研究对象为气体．依符号规则，对外做功W ＝－100J ，吸收热量Q ＝＋120J,由热力学第一定律有10012020U W Q J ∆=+=-+=U ∆＞0，说明气体的内能增加．故选项B 正确．(说明)(1)要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统． (2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号规则代入数据． 对结果的正、负，也同样依照符号规则来解释其意义．[例2]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)根据热力学第一定律U W Q ∆=+知，物体内能的变化与外界对气体做功(或气体对外界做功)、气体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关．物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故选项A 错．同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，选项B 错．若物体吸收的热量与对外做功相等，内能不变，选项C 正确．而放热与对外做功均使物体内能减小，选项D 错．故本题的正确答案为C ． 1. 关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是…( )A ．吸热的物体，其内能一定增加B ．体积膨胀的物体，其内能一定减少C.放热的物体，其内能也可能增加 D ．绝热压缩的物体，其内能一定增加2. 当物体的温度没有改变时，下列说法中比较确切的是( )A ．物体一定没有吸热B ．物体的内能有可能改变C ．物体的内能一定没有改变D ．物体与外界可能有热交换3. 气缸中的气体膨胀时推动活塞向外运动，若气体对活塞做的功是6×103J ，气体的内能减少了8×103J ，则在此过程中气体_____热，吸收或放出的热量是_______J.4.100℃的水完全变成100℃的水蒸气的过程中…( )A. 水分子的平均动能增加例题分析 同步练习B ．水分子的势能增加C. 水所增加的内能小于所吸收的热量D ．水所增加的内能等于所吸收的热量5．有上下摆动且高度越来越低的滚摆，则下列关于能量的说法正确的有( )A .滚摆的机械能守恒B ．能量正在消失C ．只有动能和势能的相互转化D ．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒6．关于物体的内能变化，以下说法中正确的是( )A ．物体吸收热量，内能一定增加B ．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变C ．物体对外做功，内能一定减小D ．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变7．用步枪射出一颗质量为10－2㎏的子弹，设火药在燃烧时产生0.75kcal 的热量，且有30％转变为子弹动能，则子弹出口的速度是多少?(j=4.2×103J ／kcal)8.汽车关闭发动机后，沿斜坡匀速下滑的过程中( )A ．汽车的机械能守恒B ．汽车的动能和势能相互转化C. 汽车的机械能转化为内能，总能量减少D. 机械能转化为内能，总能量守恒9．永动机是不可能制成的，这是因为永动机( )A. 不符合机械能守恒定律B. 违背了能的转化和守恒定律C ．做功产生的热不符合热功当量D ．找不到合适的材料和合理的设计方案10．下列各物体在历经历的过程中，内能增加的有( )A ．在光滑斜面上由静止释放而滑下的物体B ．水平飞行并射穿木块的子弹C ．在绝热的条件下被压缩的气体D ．在光滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的连度运动．11．质量为M 的小车，以速度0v 在光滑水平面上匀速行驶，在小车上方有一质量为m 的木块，轻轻落在车上，其速度可忽略，由于木块和车间有摩擦，而使木块滑行一段距离后与车保持相对静止，求木块在车上滑行中产生的热量?12．质量为2㎏的木块置于光滑水平桌面上，质量为10g 的铅弹从水平方向射入木块后，与木块一起向前运动，落地点与桌子边缘的水平距离是0.4m ，在入射过程中内能增加量的60％被铅弹吸收，使铅弹的温度升高了92.6ºC ，已知铅的比热是130.2J ／(㎏.ºC)210/g m s ，求桌面的高度．。
3.2-3.3热力学第一定律能量守恒定律
3.23.3热力学第一定律能量守恒定律知识点一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的．2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定2.(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功．(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量．(3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)．3．判断气体是否做功的方法一般情况下看气体的体积是否变化．①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0.②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0.4．应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；(2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况．知识点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功．(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小．(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，则Q ＝ΔU －W ，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程知识点三、能量守恒定律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，还有电磁能、化学能、核能等．(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．2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．3．第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU ＝W ＋Q 知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的．[例题1] （多选）（2023秋•密山市期末）某同学用喝完的饮料罐，制作一个简易气温计。
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第三节热力学第一定律能量守恒定律【指路问津】（1）热力学第一定律与能量守恒定律有怎样的关系？（2）能量守恒定律重大意义是什么?【典型例题】1．关于物体内能变化，以下说法中正确的是A．物体对外做功，温度一定降低，内能一定减少B．物体吸收热量，温度一定增加，内能一定增大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[精与解] 改变物体内能的途径有两个，做功和热传递。
分析问题时必须同时考虑做功和热传递两个因素对内能的影响。
物体对外界做多少功内能就会减少多少；外界对物体做多少功物体内能就会增加多少。
物体吸收多少热量内能就会增加多少；物体发出多少热量内能就会减少多少。
A、B选项错误的原因都只考虑了做功或热传递一个因素对内能的影响。
D选项虽然考虑了做功或热传递两个因素对内能的影响，但两个因素都使内能减少，故D选项错误。
正确答案为C。
[解后思] 用热力学第一定律ΔU＝Q＋W解题，要根据系统做功的正、负，吸热还是放热以及内能的增减，来确定公式中ΔU、Q、W的正负。
当外界对系统做功、吸热、内能增加时，ΔU、Q、W取正值；当系统对外界做功、放热、内能减少时，ΔU、Q、W取负值。
[延伸] 例如：一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，物体的内能增加还是减少？变化量是多少？解析：气体从外界吸热：Q=4.2×105J，气体对外做功：W=－6×105J，由热力学第一定律：⊿U=W+Q=－6×105J＋4.2×105J=－1.8×105J，⊿U为负，说明气体的内能减少了1.8×105J 。
2．水在1个标准大气压下沸腾时，汽化热为L=2264 J/g ，这时质量m=1g 的水变为水蒸气，其体积由V 1=1.043 cm 3变为V 2=1676 cm 3，在该过程中水增加的内能是多少？ [精与解] 在1 g 水汽化的过程中吸收的热量为Q=mL =1×2264 J ， 水气在1标准大气压下做等压膨胀，对外界所做的功为 W=p 0（V 2－V 1）=1.013×105×(1676－1.043)×10-6 J=170 J根据热力学第一定律，增加的内能为： ΔU=Q+W=2264 J －170 J≈2094J[评注] 一定量的液体全部汽化时，在一大气压条件下体积将增大1000倍左右，气体对外界做功W=p 0ΔV ，p 0为大气压强。
这一点是同学们解题中容易失误的。
[延伸] 本题中水汽化为水蒸气，分子势能是增加还是减少？分子动能是增加还是减少？解析：因为水蒸气对外做功，气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子间引力做负功，所以气体分子势能增加。
水汽化为同温度的水蒸气，因为温度不变，所以分子的平均动能不变。
3．某瀑布落差为50 m ，顶部流速为2 m/s ，水流横截面积为6 m 2，用它发电有65%的机械能转化为电能，其电功率为多大？[精与解] 设在时间t 内落下的水的质量为m ，则m=ρS vt ，质量为m 的水落下时损失的机械能为： E 机=mgh+21mv 2根据能量守恒定律 65%E 机=E 电=Pt 所以 P= tv gh Svt t mv mgh t E )21(65.0)21%(65%6522+=+=ρ机=3.9×106 W [解后思] 能量守恒定律把力学、热学、电学、光学、化学生物学等现象联系起来，把表面上不同的各类运动统一在一个自然规律中，是我们解决综合问题的强有力的武器。
【阶梯训练】[梯次一]1．关于物体内能的改变，下列说法中正确的是 ( )A．能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递B．物体吸收热量，它的内能一定增加C．物体放出热量，它的内能一定减少D．外界对物体做功，物体的内能不一定增加2．关于吸热与升温，下列说法正确的是（）A．当物体吸收热量时，其温度一定升高B．当物体温度升高时，一定吸收了热量C．对质量相同的两杯同样的水，温度升得高的，吸热一定多D．对质量相同的物体加热，温度升得高的，吸热一定多3．做功和热传递都能改变物体的内能，在下列改变物体内能的事例中，属于做功过程的是 (. )A．炉火上的壶水逐渐升温的过程 B．把烧红的铁块投入水中，铁块温度降低的过程C．物体在阳光下被晒热的过程 D．柴油机气缸内气体被压缩的过程4．一定量的气体，从外界吸收热量6.2×105J，内能增加4.7×105J。
则下列说法中正确的是（）A．气体对外做功1.5×105J B．外界对气体做功1.7×105JC．气体对外做功1.7×105J D．外界对气体做功1.5×105J5．在恒温水池中，一个气泡缓缓向上升起，在上升过程中（）A．气泡的体积不变，内能减少，放出热量B．气泡的体积缩小，内能不变，放出热量C．气泡的体积增大，内能不变，吸收热量D．气泡的体积不变，内能增加，吸收热量6．一定质量的理想气体沿p-V坐标图中曲线所示的方向发生变化，其中曲线DBA 是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部分，则 ( )A．气体由A变到B，一定是吸热的B．气体由B变为A，一定是吸热的C．气体由A变到B再变到A，吸热多于放热第6题D．气体由A变到B再变到A，放热多于吸热7．有关物体的内能，以下说法正确的是 ( )A．1g、00C的水的内能比1g、00C的冰的内能大B．电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过热传递方式实现的C．气体膨胀，它的内能一定减少D．橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加8．要使质量一定的理想气体由某一状态经过一系列状态变化，最后再回到初始状态。
下列各过程可能实现这个要求的是 ( )A．先等容放热，再等压升温，最后等温放热B．先等温膨胀，再等压升温，最后等容吸热C．先等容吸热，再等温膨胀，最后等压降温D．先等压升温，再等容吸热，最后等温放热9．如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下受到暴晒，车胎极易爆裂，关于这一现象的描述，下列说法正确的是（暴晒过程中内胎容积几乎不变）( )A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大C．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能增加D．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少10．飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在-50℃以下。
在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫做气团。
气团直径可达几千米，由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略。
高空气团温度很低的原因可能是 ( )A．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外放热，使气团自身温度降低B．地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围温度降低C．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，气团内能大量减少，气团温度降低D．地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，故周围温度降低[梯次二]11．图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，已知活塞连同拉杆是绝热的，且不漏气.以 E甲、 E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中 ( )A．E甲不变，E乙减小 B．E甲增大，E乙不变C．E甲增大，E乙减小 D．E甲不变，E乙不变P第12题第11题12．一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的P-V图上，气体先由a 状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态，a、c两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是 ( )A．由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能不变B．由b状态至c状态过程中，气体对外做功，内能增加C．c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平均动能较大D．b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平均动能较小13．关于电冰箱的工作原理，请作以下研究：如图所示为电冰箱的工作原理图，毛细管压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。
下列说法中正确的是 ( )A．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量B．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量C．在冰箱外的管道中，制冷剂被压缩并放出热量D．在冰箱内的管道中，制冷剂被压缩并吸收热量14．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功Ql表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（）A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1＞Q215．定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。
设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中（）A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少第13题C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少16．如图所示，有两个同样的球，其中a球放在水平面上，b球用细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，则两球升高的温度(水平面和细线均为绝热物质)（）A．Δtb >ΔtaB．Δtb<ΔtaC．Δtb =ΔtaD．无法比较17．在标准大气压下，1g100℃的水吸收2264J的热量变为1g100℃的水蒸气。
在这个过程中，下列四个关系式中正确的是 ( ).A．2264J＝汽的内能＋水的内能B．2264J＝汽的内能－水的内能C．2264J＞汽的内能－水的内能D．2264J＜汽的内能－水的内能18．如图所示的绝热容器，把隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡（）A．气体对外做功，内能减少，温度降低B．气体对外做功，内能不变，温度不变C．气体不做功，内能不变，温度不变，压强减小D．气体不做功，内能减少，压强减小19．一定量气体可经不同的过程从状态 (P1、V1、T1) 变到状态 (P2、V2、T2)，已知T 2＞T1，则在这些过程中 ( )A．气体一定都从外界吸收热量 B．气体和外界交换的热量都是相等的C．外界对气体所做的功都是相等的 D．气体内能的变化量都是相等的20．如图，固定的导热气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由移动且不漏气，活塞下挂了一个沙桶，沙桶装满沙子时，第18题第20题第16题活塞静止，然后在沙桶底部钻了一个小洞，让细沙慢慢地漏出，设气缸外部的大气压强和温度恒定不变。
则（）A．缸内气体压强减小B．缸内气体内能增加C．外界对缸内气体做功D．缸内气体放出热量[梯次三]21．某系统初状态具有内能a J，在外界对它做了α/2 J的功后，它放出了α/5 J 的热量，系统在整个过程中内能的增量为 J。