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1、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
2、、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UQW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U、Q、W的正负。当外界对系统做功、吸热、内能增加时,U、Q、W取正值;当系统对外界做功、放热、内能减少时,U、Q、W取负值。延伸 例如:一定质量的气体从外界吸收了4.2105J的热量,同时气体对外做了 6105J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=4.2105J,气体对外做功:W=6105J,由热力
3、学第一定律:U=W+Q=6105J4.2105J=1.8105J,U为负,说明气体的内能减少了1.8105J。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V1=1.043 cm3变为V2=1676 cm3,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=12264 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=p0(V2V1)=1.013105(16761.043)10-6 J=170 J根据热力学第一定律,增加的内能为: U=Q+W=2264 J170 J2094 J评注 一定量的液体全部
4、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=p0V,p0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 m2,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=S vt,质量为m的水落下时损失的机械能为:E机=mgh+mv2 根
5、据能量守恒定律 65%E机=E电=Pt 所以P= =3.9106 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
6、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6.2105J,内能增加4.7105J。则下列说法中正确的是( )A气体对外做功1.5105J B外界对气体做功1.7105JC气体对外做功1.7105J D外界对气体做功1.5105J5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
7、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,吸收热量第6题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 ( )A1g、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
8、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-5
9、0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
10、两气室中气体的内能,则在将拉杆缓慢向外拉的过程中 ( )AE甲不变,E乙减小 BE甲增大,E乙不变CE甲增大,E乙减小 DE甲不变,E乙不变第12题甲乙第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Cc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Db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
11、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 ( )第13题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( )AQ1Q2W2W1 BQ1Q2 CW1W2 DQ1Q215定质量的气体经历一缓慢的
12、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第16题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)( )Atbta Btb taCtb=ta D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 ( ).A2264J汽的内能水的内能B2264J汽的内能水的内
13、能C2264J汽的内能水的内能D2264J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( )第18题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T2T1,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第20题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,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/2 J的功后,它放出了/5 J的热量,系统在整个过程中内能的增量为 J。22一个汽缸里的气体膨胀时推动活塞做了31000J的功,气体的内能应减少 ;如果气体从外界吸收了420J的热量,则气体内能应增加 ;如果上述两个过程同时进行,则气体的内能 (填“增大”或“减小”)了