2．熱力學(xué)第一定律3．能量守恒定律自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)合作探究·能力素養(yǎng)全提升學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)1.了解能量的轉(zhuǎn)化和守恒．(物理觀念)2．知道能量在不同形式間轉(zhuǎn)化總量不變，能夠掌握能量的轉(zhuǎn)化過程和總量的轉(zhuǎn)化情況．(科學(xué)思維)3．體會科學(xué)探索中的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義．(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)一、熱力學(xué)第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式做功與傳熱．兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是________.2．熱力學(xué)第一定律末狀態(tài)的內(nèi)能減去初狀態(tài)的內(nèi)能(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的________與外界對它________的和．(2)表達(dá)式：________．等價的熱量所做的功ΔU＝Q＋W二、熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用對于公式ΔU＝Q＋W的理解：外界對系統(tǒng)做功，W取________；系統(tǒng)對外界做功，W取________．外界對系統(tǒng)傳遞的熱量Q取________；系統(tǒng)向外界傳遞的熱量Q取________．正值負(fù)值正值負(fù)值三、能量守恒定律自然界的普遍規(guī)律1．內(nèi)容：能量既不會憑空________，也不會憑空________，它只能從一種形式________為其他形式，或者從一個物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的________保持不變．2．意義(1)各種形式的能可以相互________．(2)各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象可以用________定律聯(lián)系在一起．產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移總量轉(zhuǎn)化能量守恒四、永動機(jī)不可能制成

第一類永動機(jī)1．永動機(jī)：不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(jī)器．2．永動機(jī)不可能制成的原因：違背了________定律．3．意義：正是歷史上設(shè)計永動機(jī)的________，才使后人的思考走上了正確的道路．能量守恒失敗情

境

體

驗(yàn)1．汽缸內(nèi)有一定質(zhì)量的氣體，壓縮氣體的同時給汽缸加熱．氣體內(nèi)能的變化會比單一方式(做功或傳熱)更明顯．這是為什么呢？提示：做功和傳熱都可以使氣體的內(nèi)能增加．2．讓“飲水小鴨”“喝”完一口水后，直立起來．直立一會兒，又會慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又會直立起來．如此循環(huán)往復(fù)……這種“飲水小鴨”玩具是一架永動機(jī)嗎？為什么？提示：不是．這種玩具并不是永動機(jī)，它之所以能不停地點(diǎn)頭喝水，是因?yàn)樗鴱?fù)雜的物理學(xué)原理。原來“飲水小鴨”內(nèi)的液體是乙醚，一類易揮發(fā)的液體，在高溫里很容易蒸發(fā)，而液體的飽和蒸汽所產(chǎn)生的壓力又會隨溫度的改變而劇烈的改變．合作探究·能力素養(yǎng)全提升探究一熱力學(xué)第一定律情境探究如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，請在圖像基礎(chǔ)上思考以下問題：(1)在變化過程中是氣體對外做功，還是外界對氣體做功？(2)在變化過程中氣體吸熱，還是向外放熱？氣體內(nèi)能增加了，還是減少了？提示：(1)由題圖可知，氣體的變化為等壓膨脹，一定是對外做功．(2)由日常經(jīng)驗(yàn)可知，理想氣體在等壓膨脹過程中需要從外界吸收熱量．由蓋-呂薩克定律可知，理想氣體在等壓膨脹過程中溫度升高，內(nèi)能一定增加．核心歸納1.對公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符號的規(guī)定：符號QWΔU＋物體吸收熱量外界對物體做功內(nèi)能增加－物體放出熱量物體對外界做功內(nèi)能減少2.幾種特殊情況：(1)若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對物體做的功．(2)若過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量．(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)．3．判斷是否做功的方法：一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化．(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W<0.(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W>0.應(yīng)用體驗(yàn)題型1對熱力學(xué)第一定律的理解例1[天津等級考]水槍是孩子們喜愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲水罐示意圖如圖所示．從儲水罐充氣口充入氣體，達(dá)到一定壓強(qiáng)后，關(guān)閉充氣口．扣動扳機(jī)將閥門M打開，水即從槍口噴出．若在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體(

)A．壓強(qiáng)變大B．對外界做功C．對外界放熱

D．分子平均動能變大答案：B解析：由題可知，在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體的溫度始終不變，體積變大，氣體對外界做功，則根據(jù)玻意耳定律可知，氣體的壓強(qiáng)變小，A錯誤、B正確；由于溫度始終不變，所以氣體的內(nèi)能不變，根據(jù)ΔU＝Q＋W可知，氣體從外界吸收熱量，C錯誤；因?yàn)闅怏w的溫度不變，所以氣體分子平均動能不變，D錯誤．題型2熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用例2[遼寧沈陽郊聯(lián)體高二期中]一定質(zhì)量的氣體，在保持壓強(qiáng)恒等于1.0×105

Pa的狀況下，體積從20L膨脹到30L，這一過程中氣體共從外界吸熱4×103

J，求：(1)氣體對外界做了多少焦耳的功？(2)氣體的內(nèi)能變化了多少？答案：(1)1×103J

(2)3×103J解析：(1)氣體對外做功W1＝p(V2－V1)＝1.0×105×(30－20)×10－3J＝1×103J.(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝－W1＋Q，解得ΔU＝－1×103J＋4×103J＝3×103J，即內(nèi)能增加了3×103J.規(guī)律方法應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的方法(1)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)系統(tǒng)；(2)分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量，外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外界做的功；(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q列出方程進(jìn)行求解；(4)特別注意的是物理量的正負(fù)號及其物理意義．題型3熱力學(xué)第一定律與氣體狀態(tài)圖像的綜合應(yīng)用例3[北京卷]如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，沿圖示路徑先后到達(dá)狀態(tài)b和c.下列說法正確的是(

)A．從a到b，氣體溫度保持不變B．從a到b，氣體對外界做功C．從b到c，氣體內(nèi)能減小D．從b到c，氣體從外界吸熱答案：D

題型4氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合問題例4如圖所示，圓柱形汽缸豎直放置，內(nèi)有一質(zhì)量m＝2kg、橫截面積S＝1×10－3

m2的活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁封閉良好，不計摩擦．開始時活塞距汽缸底h1＝0.50m，此時溫度T1＝300K．將汽缸緩慢加熱至T2，活塞上升到距離汽缸底h2＝0.80m處，同時缸內(nèi)氣體內(nèi)能增加300J，已知外界大氣壓p0＝1.0×105

Pa，g取10m/s2.求：(1)缸內(nèi)氣體加熱后的溫度T2；(2)此過程中缸內(nèi)氣體吸收的熱量Q.答案：(1)480K

(2)336J

針對訓(xùn)練1.一定質(zhì)量的氣體在保持壓強(qiáng)恒等于1.0×105

Pa的狀況下，體積從20L膨脹到30L，這一過程中氣體從外界吸收4×103

J的熱量，則氣體的內(nèi)能(

)A．增加了5×103

JB．減少了5×103

JC．增加了3×103

JD．減少了3×103

J答案：C解析：氣體等壓膨脹過程中外界對氣體做的功W＝－pΔV＝－1.0×105Pa×(30－20)×10－3m3＝－1.0×103J，這一過程氣體從外界吸收的熱量Q＝4×103J，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可得ΔU＝－1.0×103J＋4.0×103J＝3.0×103J，即氣體內(nèi)能增加了3×103J，C正確．2．[江蘇卷]如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體分別經(jīng)歷a→b和a→c兩個過程，其中a→b為等溫過程，狀態(tài)b、c的體積相同，則(

)A．狀態(tài)a的內(nèi)能大于狀態(tài)bB．狀態(tài)a的溫度高于狀態(tài)cC．a(chǎn)→c過程中氣體吸收熱量D．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做正功答案：C

探究二能量守恒定律情境探究(1)下圖所示的永動機(jī)能實(shí)現(xiàn)嗎？(2)熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律是什么關(guān)系？提示：(1)不能，違反了能量守恒定律和動量守恒定律．(2)能量守恒定律是各種形式的能相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程，總能量保持不變，它包括各個領(lǐng)域，范圍廣泛．熱力學(xué)第一定律是物體內(nèi)能與其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，是能量守恒定律的具體體現(xiàn)．核心歸納1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運(yùn)動形式都有對應(yīng)的能量：機(jī)械運(yùn)動有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動有內(nèi)能，還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等．各種形式的能量，通過做功可以相互轉(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，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．2．守恒條件與某種運(yùn)動形式對應(yīng)的能量是否守恒是有條件的，例如：物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它是一切自然現(xiàn)象都遵循的基本規(guī)律．3．第一類永動機(jī)失敗的原因分析如果沒有外界熱庫供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即U2<U1，則W<0，系統(tǒng)對外做功是要以內(nèi)能減少為代價的．若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下是不可能的．應(yīng)用體驗(yàn)例5如圖所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置，一質(zhì)量為m的子彈以v0射入質(zhì)量為M的沙箱后與沙箱合為一體，共同擺起一定高度h，則整個過程中子彈和沙箱由于相互作用所產(chǎn)生的內(nèi)能為多少？(不計空氣阻力)

規(guī)律方法應(yīng)用能量守恒定律解決問題時，首先應(yīng)明確題目中涉及了哪幾種形式的能量，然后分析哪種形式的能量增加，哪種形式的能量減少，確定了研究的系統(tǒng)后，用能量守恒的觀點(diǎn)即可求解．針對訓(xùn)練3.太陽能飛機(jī)是以太陽輻射作為推進(jìn)能源的飛機(jī)．下列說法正確的是(

)A．太陽能可以轉(zhuǎn)化為電能B．太陽能不可以轉(zhuǎn)化為電能C．太陽能的利用，說明能量可以消失D．太陽能的利用，說明能量可以創(chuàng)生答案：A解析：A對，B錯：太陽能電池工作時，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能．C、D錯：太陽能在用于其他途徑過程中，能量是守恒的，沒有消失，也沒有創(chuàng)生，太陽能的利用，只能說明能量是可以相互轉(zhuǎn)化的．4．如圖所示，直立容器內(nèi)部有被位于中線位置的隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度較大，B的密度較小，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程中氣體吸熱Q，氣體內(nèi)能增量為ΔU，則(

)A．ΔU＝QB．ΔU<QC．ΔU>QD．無法比較答案：C解析：抽去隔板前，因?yàn)锽的密度小于A的密度，所以A、B氣體的整體重心在中線以上，抽去隔板待氣體混合均勻后，重心恰好在中線上，系統(tǒng)的重力勢能減少，由能量守恒定律知，減少的重力勢能與內(nèi)能發(fā)生轉(zhuǎn)化而使得氣體內(nèi)能增加，吸收的熱量也使得氣體內(nèi)能增加，則氣體內(nèi)能的增量大于氣體所吸收的熱量，選項C正確．1、下列關(guān)于內(nèi)能的說法正確的是（）

A.物體吸收熱量，內(nèi)能一定增加B.物體放出熱量，內(nèi)能一定減少C.當(dāng)做功和熱傳遞同時存在時，物體的內(nèi)能可能不變D.物體對外做功，內(nèi)能可能增加CD當(dāng)堂小練解析：物體吸收熱量的同時，物體有可能對外做功，所以內(nèi)能不一定增加，A錯；物體放出熱量的同時，有可能外界對物體做功，所以內(nèi)能不一定減少，B錯；當(dāng)物體從外界吸收的熱量與物體對外界做的功正好相等時，物體內(nèi)能不變，C正確；當(dāng)物體對外界做功，同時吸收熱量，且吸收的熱量比對外界做功多時，內(nèi)能就有可能增加，D正確。2、如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸固定在水平面上，其右端由于有擋板，厚度不計的絕熱活塞不能離開汽缸，汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞距汽缸右端的距離為0.2m.現(xiàn)對封閉氣體加熱，活塞緩慢移動，一段時間后停止加熱，此時封閉氣體的壓強(qiáng)變?yōu)?×105Pa.已知活塞的橫截面積為0.04m2，外部大氣壓強(qiáng)為1×105Pa，加熱過程中封閉氣體吸收的熱量為2000J，則封閉氣體的內(nèi)能變化量為（）A.400JB.1200JC.2000JD.2800JB解析：由題意可知，氣體先等壓變化，到活塞運(yùn)動到擋板處再發(fā)生等容變化，等壓變化過程氣體對外做功，做功為W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2J＝－800J，由熱力學(xué)第一定律可知，封閉氣體的內(nèi)能變化量為ΔU＝W＋Q＝(－800＋2000)J＝1200J。3、一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷ab、bc、ca三個過程回到原狀態(tài)，其V－T圖像如圖所示，其中圖線ab的反向延長線過坐標(biāo)原點(diǎn)O，圖線bc平行于T軸，圖線ca平行于V軸，則（）A.ab過程中氣體壓強(qiáng)不變，氣體從外界吸熱B.bc過程中氣體體積不變，氣體不吸熱也不放熱C.ca過程中氣體溫度不變，氣體從外界吸熱D.整個變化過程中氣體的內(nèi)能先減少后增加A解析：由題圖中圖線ab的反向延長線過坐標(biāo)原點(diǎn)O，可知a到b過程中，氣體壓強(qiáng)不變，體積變大，氣體對外做功；溫度升高，內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體從外界吸熱，故A正確；b到c過程中氣體體積不變，氣體不對外界做功，外界也不對氣體做功，溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放熱，故B錯誤；c到a過程中氣體溫度不變，內(nèi)能不變，體積變小，外界對氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放熱，故C錯誤；整個變化過程溫度先升高，后降低，最后不變，所以氣體的內(nèi)能先增加，后減小，最后不變，故D錯誤。1．關(guān)于熱學(xué)現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是（）A．布朗運(yùn)動就是液體分子的熱運(yùn)動B．用油膜法測分子直徑的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使用純油酸滴到水面上C．第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`背了能量守恒定律D．用活塞壓縮汽缸里的空氣