PAGE1-第3節(jié)熱力學(xué)第肯定律能量守恒定律1.理解熱力學(xué)第肯定律，駕馭它的表達(dá)式并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．2.理解能量守恒定律，會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決有關(guān)問(wèn)題．3.知道第一類永動(dòng)機(jī)是不行能制成的．一、熱力學(xué)第肯定律1．變更內(nèi)能的兩種方式：做功和傳熱．2．熱力學(xué)第肯定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和．(2)表達(dá)式：ΔU＝Q＋W．1．(1)外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能肯定增加.()(2)系統(tǒng)內(nèi)能增加，肯定是系統(tǒng)從外界汲取熱量．()(3)系統(tǒng)從外界汲取熱量5J，內(nèi)能可能增加5J．()(4)系統(tǒng)內(nèi)能削減，肯定是系統(tǒng)對(duì)外界做功．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×二、能量守恒定律eq\a\vs4\al(1.)內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消逝，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變．eq\a\vs4\al(2.)意義(1)各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化．(2)各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起．2．(1)石子從空中落下，最終停止在地面上，說(shuō)明機(jī)械能消逝了．()(2)用太陽(yáng)灶燒水是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．()提示：(1)×(2)√三、永動(dòng)機(jī)不行能制成eq\a\vs4\al(1.)第一類永動(dòng)機(jī)：不須要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器．eq\a\vs4\al(2.)第一類永動(dòng)機(jī)不行能制成的緣由：違反了能量守恒定律．有一種所謂“全自動(dòng)”機(jī)械手表，既不須要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去．這是不是一種永動(dòng)機(jī)？假如不是，維持表針走動(dòng)的能量是從哪兒來(lái)的？提示：這不是永動(dòng)機(jī)．是通過(guò)手臂的搖擺獲得能量．熱力學(xué)第肯定律的理解和應(yīng)用1．對(duì)公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)QWΔU＋物體汲取熱量外界對(duì)物體做功內(nèi)能增加－物體放出熱量物體對(duì)外界做功內(nèi)能削減2.幾種特別狀況(1)若過(guò)程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)物體做的功．(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界汲取的熱量．(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(或物體汲取的熱量等于物體對(duì)外界做的功)．3．推斷是否做功的方法：一般狀況下看物體的體積是否變更．(1)若物體體積增大，表明物體對(duì)外界做功，W<0.(2)若物體體積減小，表明外界對(duì)物體做功，W>0.命題視角1用熱力學(xué)第肯定律定性分析密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過(guò)程中瓶?jī)?nèi)空氣(不計(jì)分子勢(shì)能)()A．內(nèi)能減小，外界對(duì)其做功B．內(nèi)能減小，汲取熱量C．內(nèi)能增大，對(duì)外界做功D．內(nèi)能增大，放出熱量[解析]密閉有空氣的薄塑料瓶降溫說(shuō)明氣體的內(nèi)能減小，薄塑料瓶變扁說(shuō)明外界對(duì)氣體做功；由熱力學(xué)第肯定律可知，氣體在變更過(guò)程中放出熱量，所以選項(xiàng)A正確．[答案]A命題視角2用熱力學(xué)第肯定律進(jìn)行定量計(jì)算如圖所示是密閉的汽缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功500J，同時(shí)氣體向外界放熱100J，缸內(nèi)氣體的()A．溫度上升，內(nèi)能增加400JB．溫度上升，內(nèi)能削減400JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能削減600J[解析]由熱力學(xué)第肯定律可得ΔU＝W＋Q＝500J＋(－100J)＝400J，即缸內(nèi)氣體內(nèi)能增加400J，氣體溫度上升，故選項(xiàng)A對(duì)，B、C、D錯(cuò)．[答案]Aeq\a\vs4\al()應(yīng)用熱力學(xué)第肯定律解決問(wèn)題的關(guān)鍵(1)要明確探討的對(duì)象是哪個(gè)物體或者說(shuō)是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)．(2)應(yīng)用熱力學(xué)第肯定律計(jì)算時(shí)，要依照符號(hào)法則代入數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)果的正、負(fù)也同樣依照符號(hào)法則來(lái)說(shuō)明其意義．命題視角3熱力學(xué)第肯定律與氣體試驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用如圖所示，A、B兩點(diǎn)表示肯定質(zhì)量的某種志向氣體的兩個(gè)狀態(tài)，當(dāng)氣體從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B時(shí)()A．氣體內(nèi)能肯定增加B．氣體壓強(qiáng)變大C．氣體對(duì)外界做功D．氣體對(duì)外界放熱[思路點(diǎn)撥](1)肯定質(zhì)量志向氣體的內(nèi)能由溫度確定．(2)由pV＝C推斷壓強(qiáng)變更．(3)依據(jù)體積變更推斷做功狀況．(4)由熱力學(xué)第肯定律推斷吸熱還是放熱．[解析]由題圖可知，志向氣體的變更為等溫膨脹，氣體壓強(qiáng)減小，故氣體的內(nèi)能不變，氣體對(duì)外做功；由熱力學(xué)第肯定律可知，氣體肯定從外界汲取熱量．綜上可知，C對(duì)，A、B、D錯(cuò)．[答案]C【通關(guān)練習(xí)】1．下列說(shuō)法正確的是()A．物體放出熱量，其內(nèi)能肯定減小B．物體對(duì)外做功，其內(nèi)能肯定減小C．物體汲取熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能增加D．物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能不變解析：選C．依據(jù)熱力學(xué)第肯定律(公式ΔU＝Q＋W)可知，做功和熱傳遞都可以變更物體的內(nèi)能，當(dāng)外界對(duì)物體做的功大于物體放出的熱量或物體汲取的熱量大于物體對(duì)外做的功時(shí)，物體的內(nèi)能增加，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；物體放出熱量同時(shí)對(duì)外做功，則Q＋W<0，內(nèi)能減小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．2．如圖，肯定質(zhì)量的志向氣體，由狀態(tài)a經(jīng)過(guò)ab過(guò)程到達(dá)狀態(tài)b或者經(jīng)過(guò)ac過(guò)程到達(dá)狀態(tài)c.設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc，在過(guò)程ab和ac中汲取的熱量分別為Qab和Qac，則()A．Tb>Tc，Qab>Qac B．Tb>Tc，Qab<QacC．Tb＝Tc，Qab>Qac D．Tb＝Tc，Qab<Qac解析：選C．由志向氣體狀態(tài)方程可知eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pcVc,Tc)＝eq\f(pbVb,Tb)，即eq\f(2p0·V0,Tc)＝eq\f(p0·2V0,Tb)，得Tc＝Tb，則氣體在b、c狀態(tài)內(nèi)能相等，因a到b和a到c的ΔU相同；而a到c過(guò)程中氣體體積不變，W＝0，a到b過(guò)程中氣體膨脹對(duì)外做功，W＜0，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律：ΔU＝Q＋W可知a到b的吸熱Qab大于a到c的吸熱Qac，即Qab＞Qac.選項(xiàng)C正確．3．(多選)肯定量的志向氣體從狀態(tài)a起先，經(jīng)驗(yàn)等溫或等壓過(guò)程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p－T圖象如圖所示，其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)O.下列推斷正確的是()A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B．氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能C．在過(guò)程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功D．在過(guò)程da中氣體從外界汲取的熱量小于氣體對(duì)外界做的功E．在過(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功解析：選ABE.由eq\f(pV,T)＝k可知，p－T圖象中過(guò)原點(diǎn)的一條傾斜的直線是等容線，A項(xiàng)正確；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)d的過(guò)程溫度不變，內(nèi)能不變，從狀態(tài)d到狀態(tài)a的過(guò)程溫度上升，內(nèi)能增加，B項(xiàng)正確；由于過(guò)程cd中氣體的內(nèi)能不變，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知，氣體向外放出的熱量等于外界對(duì)氣體做的功，C項(xiàng)錯(cuò)誤；在過(guò)程da中氣體內(nèi)能增加，氣體從外界汲取的熱量大于氣體對(duì)外界做的功，D項(xiàng)錯(cuò)誤；過(guò)程bc中，外界對(duì)氣體做的功Wbc＝pb(Vb－Vc)＝pbVb－pcVc，過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功Wda＝pd(Va－Vd)＝paVa－pdVd，由于pbVb＝paVa，pcVc＝pdVd，因此過(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功與過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功相等，E項(xiàng)正確．能量守恒定律的理解和應(yīng)用1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、原子能等．(2)各種形式的能，通過(guò)某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化．例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度上升，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．2．能量守恒的兩種表達(dá)(1)某種形式的能削減，肯定有其他形式的能增加，且削減量和增加量肯定相等．(2)某個(gè)物體的能量削減，肯定存在其他物體的能量增加，且削減量和增加量肯定相等．3．第一類永動(dòng)機(jī)失敗的緣由分析：假如沒(méi)有外界供應(yīng)熱量而對(duì)外做功，由ΔU＝W＋Q知，系統(tǒng)內(nèi)能將減小．若想源源不斷地做功，就必需使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無(wú)外界能量供應(yīng)的狀況下是不行能的．如圖所示，直立容器的內(nèi)部有被隔板隔開(kāi)的A、B兩部分氣體，A的密度小，B的密度大．抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體勻稱混合．設(shè)在此過(guò)程中氣體吸熱Q，氣體內(nèi)能的增量為ΔE，則()A．ΔE＝Q B．ΔE<QC．ΔE>Q D．ΔE＝0[思路點(diǎn)撥]先分析系統(tǒng)中哪些形式的能量發(fā)生變更，再由能量守恒定律推斷．[解析]抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體勻稱分布，其重心上升，重力勢(shì)能增加．由能量守恒定律知，增加的重力勢(shì)能由內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，所以內(nèi)能的增量小于汲取的熱量，故選項(xiàng)B正確．[答案]Beq\a\vs4\al()利用能量守恒定律解決問(wèn)題時(shí)，首先應(yīng)明確題目中涉及哪幾種形式的能量，其次分析哪種能量增加了，哪種能量削減了，確定探討的系統(tǒng)后，用能量守恒的觀點(diǎn)求解．如圖所示，厚壁容器的一端通過(guò)膠塞插進(jìn)一支靈敏溫度計(jì)和一根氣針，另一端有個(gè)用卡子卡住的可移動(dòng)膠塞．用打氣筒通過(guò)氣針漸漸向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大到肯定程度，這時(shí)讀出溫度計(jì)示數(shù)．打開(kāi)卡子，膠塞沖出容器口后()A．溫度計(jì)示數(shù)變大，試驗(yàn)表