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

【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

1.8×105

J 。

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。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+

2

1mv 2

根据能量守恒定律 65%E 机=E 电=Pt 所以 P= t

v gh Svt t mv mgh t E )21(65.0)21%(65%652

2+=

+=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1.7×105J

C．气体对外做功1.7×105J D．外界对气体做功1.5×105J

5．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）( )