《热力学第一定律与能量守恒定律学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学第一定律与能量守恒定律学案（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、热力学第一定律与能量守恒定律学案一、基础知识回顾1. 热力学第一定律(1) 热力学第一定律：如果物体和外界同时发生做功和热传递的过程，那么物体内能 的增加AU就等于和之和。(2) 公式：AU= 。其中,AU表示, Q 表示, W表示。(3) 公式中各量正负号的意义( 1)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 的过程中，能量的总量保持不变.(2)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,第一 类永动机是不可能制成的，它违背了。二、基础夯实(一)热力学第一定律与能量守恒定律1. 热力学第一定律不仅反映了
2、做功和热传递这两种改变内能的过程 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此定律是标量式，应用时功、内 能、热量的单位应统一为国际单位焦耳2. 热力学第一定律表明，一切热力学过程都必须服从能量守恒定律，因此热力学第一 定律实际上是包括热现象在内的能量转化与守恒定律。【练 1】下列说法正确的是( )A. 物体放出热量，其内能一定减小B. 物体对外做功，其内能一定减小C. 物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D. 物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变练 2 】一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，未从木块中穿 出对于这一过程，下列说法中正确的是（ ）A.
3、子弹减少的动能等于木块增加的动能B. 子弹减少的动能小于木块增加的动能C 子弹减少的动能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块的内能增量之和【练 3】（多选）关于气体的内能，下列说法正确的是（）A. 质量和温度都相同的气体，内能一定相同B. 气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C. 气体被压缩时，内能可能不变D. 定量的某种理想气体的内能只与温度有关 （二）热力学第一定律在理想气体中的应用 理想气体的特点：由于理想气体不计分子间的作用力，也就忽略了分子的势能，所以理想气体的内能只是分子热运动的总和，理想气体的内能只住有关。1. 绝热过程（1
4、）绝热系统：不与外界发生热交换的系统（2）写出绝热系统的热力学第一定律表达式：（3）如何改变一个绝热系统的内能？气体与外界无热交换，Q=。体积膨胀，外界对气体做_（正、负）功，内自; 体积压缩，外界对气体做（正、负）功，内能。2. 等温过程（1）写出玻意耳定律：（2）写出等温系统的热力学第一定律表达（3） 对于一个等温系统，内能，AU=。气体膨胀过程中，外界对它做（正、 负）功，它一定要 （吸热、放热）。气体被压缩过程中，外界对它做（正、负）功, 它一定要 （吸热、放热）。3. 等容过程（1）写出查理定律：（2）写出等容系统的热力学第一定律表达式：（3）如何改变一个等容系统的内能？气体不做功，
5、W=。吸热则内能，放热则内育。4. 等压过程（1）写出盖吕萨克定律：（2）写出等压系统的热力学第一定律表达（3） 对于一个等压系统，膨胀过程中，温 ，内育，外界对气体做_（正、 负）功，气体一定要 （吸热、放热）。压缩过程中，温度 ，内能，外界对气 体做（正、负）功，气体一定要 （吸热、放热）。【练 4】如图所示活塞将气缸分成两气室，气缸和活塞（连同拉杆）都是绝热的，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甲乙（）AE 甲不变， E 乙减小甲乙B. E甲增大，E乙不变甲乙C. E甲增大，E乙减小甲乙D. E甲不变，E乙不变甲乙【练5】（多选）
6、固定的水平气缸内由活塞B封闭着一定量的气体，气体分子之间的相互 作用可以忽略。假设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变，若用外力 F 将活塞 B 缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于气缸内气体的下列结论，其中正确的是（）A. 气体对外做功，气体内能不变B. 气体对外做功，气体内能减小C 外界对气体做功，气体内能不变D.气体从外界吸热，气体压强减小【练6】（多选）一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、be、cd、da 回到原状态，其pT图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O下列判断正确的是（）A. 气体在a、c两状态的体积相等B. 气体在状态a时的内能大
7、于它在状态c时的内能C. 在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D. 在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功【练7】如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再由状态B变化到状 态C.已知状态A的温度为300 K.(1) 求气体在状态B的温度；(2) 由状态B变化到状态C的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由.【练8】一定质量的理想气体经历了如图2所示的ABCDA循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示.A状态的压强为1x105 Pa,求：V/( x 10-3m3)Rorao(1) B状态的温度；(2) 完成一次循环，气体与外界热交换的热量【练
8、9】如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩 擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度H = 0.60 m,气体的温度T = 300 K；现给汽缸 缓慢加热至T2=480 K,活塞缓慢上升到距离汽缸底部某一高度H2处，此过程中缸内气体 增加的内能AU=300 J.已知大气压强p0=1.0x105 Pa,活塞横截面积S=5.0x103 m2.求：(1)活塞距离汽缸底部的高度h2； 此过程中缸内气体吸收的热量Q.【练 10】如图所示在绝热气缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 C,封闭气柱长为9 cm，活塞横截面积S=50 cm加热过程中，若A
9、气体内能增加了 AU,求B气体内能增加量AU2. 现停止对气体加热，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T2.求此时添加砂粒的总质量Am.。现通过气缸底部电阻丝 给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 C。已知大气压强等于105 Pa,活塞与气缸间无摩擦，求:(1) 加热后活塞到气缸底部的距离；(2) 此过程中气体内能改变了多少。【练 11】如图所示，一个绝热的汽缸竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有 一个固定的导热性能良好的隔板，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.活塞的质量为m，横截面积为S，与隔
10、板相距h.现通过电热丝缓慢加热气体，当A气体 吸收热量Q时，活塞上升了 h,此时气体的温度为T.已知大气压强为p0,重力加速度为g.课后作业1. （单选）在热力学第一定律的表达式AU=W+Q中关于AU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是（）A. 外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时AU为正B. 物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时AU为负C. 物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时AU为正D. 外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时AU为负2. （单选）一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，（若不计气泡内空气分子势能的变化）则（）A. 气泡
11、对外做功，内能不变，同时放热B.气泡对外做功，内能不变，同时吸热C. 气泡内能减少，同时放热D.气泡内能不变，不吸热也不放热3. （双选）关于物体内能的变化，以下说法正确的是 （）A. 物体吸热，内能一定增大B.物体对外做功，内能可能增大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4. （双选）当气体的温度没有改变时，下列说法中比较确切的是（）A. 气体一定没有吸热B. 气体的内能一定没有改变C. 气体的内能有可能改变D. 气体与外界可能有热交换5. （单选）对于在一个大气压下100C的水变成100C的水蒸气的过程中，下列说法正确的是 （）A.
12、水的内能增加，对外界做功，一定是吸热B. 水的内能不变，对外界做功，从外界吸热C. 水的内能减少，对外界不做功，向外界放热D. 水的内能增加，对外界做功，向外界放热6. （单选）一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一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，Q1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（ ）AQ1Q2=W2W1BQ1=Q2CW1=W2DQ1Q27. （单选）如下图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，则在移动P的过程中（
13、 ）A. 外力对乙做功；甲的内能不变B. 外力对乙做功；乙的内能不变C. 乙传递热量给甲；乙的内能增加D. 乙的内能增加；甲的内能不变8. （单选）一定量的理想气体，经如图所示的循环过程，A-B为等温过程，B-C等压过程，C-A为绝热过程，那么曲边梯形ACca的面积表示的功等于 （）A.BC的内能变化B.AB的内能变化C.CA的内能变化D.CB的内能变化9. （单选）如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、E两部分气体，A的密度小，B 的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程 中气体吸热Q,气体内能增量为人弘则（ ）A. AU=QB.AUVQC. AUQD.无法比较10.
14、 （多选）健身球是一个充满气体的大皮球，现把健身球放在水平地面上。若在人体压向健身球的过程中球内气体温度保持不变，则（）A.气体分子的平均动能增大B.气体的密度增大C.气体的内能增大D.外界对气体做功11. 一定质量的理想气体，状态从ABCDA的变化过程可用如图所示的p-V 图描述，图中P、p2、V、v2和v3为已知量.气体状态从A到B是过程（选填“等容”“等压”或“等温”）；（2）状态从B到C的变化过程中，气体的温度（选填“升高”“不变”或“降低”）;（3）状态从C到D的变化过程中，气体（选填“吸热”或“放热”）；（4）状态从ABCD的变化过程中，气体对外界所做的总功为.12. 如图所示，体
15、积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0与T0分别为大气的压强和 温度.已知：气体内能U与温度T的关系为U=aT, a为正的常量；容器内气体的所有变 化过程都是缓慢的求：(1) 汽缸内气体与大气达到平衡时的体积v1；(2) 在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.13. 如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞的质量为m,横截面积为S,与容器底部相距为h此时封闭气体的温度为匚。现通过 电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到T2。已知大气压强为p0,重 力加速度为g,不计活塞与气缸的摩擦，求:000000(1) 活塞上升的高度；(2) 加热过程中气体的内能增加
