3.3 能量守恒定律-新教材高中物理选择性必修第三册【新课程同步训练】学习手册（人教版）

学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 V 2 >V 1 ， T 2 >T 1 ， 体积增大， 气 体对外做功， W<0 ， 但理想 气体的内能仅取决于温度 ， 温度升高， 内能增大， ΔU> 0 ， 则由热力学第一定律有 Q＝ΔU－W>0 ， 气体吸收 热量， 吸收的热量一部分用来增加气体的内能， 一 部分转化为对外所做的功。 若气体从状态 B 变化 到状态 A ， 该过程为等压压缩， 应有 W>0 ， ΔU<0 ， Q＝ΔU－W<0 ， 这说明气体放出的热量等于外界对 气体所做的功与气体内能减小量的和。 2． 理想气体的等容过程 等容过程中， 体积 V 不变， W＝0 ， 则由热力 学第一定律有 ΔU＝Q ， 若温度升高时， 气体吸收的 热量全部用来增加气体的内能， 反之， 气体放出的 热量等于气体内能的减少。 3． 理想气体的等温过程 等温过程中内能不变， 即 ΔU＝0 ， 由热力学第 一定律有 W＝－Q ， 若气体等温压缩， 则 W>0 ， Q< 0 ， 气体放出热量， 外界对气体所做的功全部转换 为放出的热量， 若气体等温膨胀， W<0 ， Q>0 ， 气 体吸收热量， 吸收的热量全部用来对外做功。 4. 几种特殊情况 （ 1 ） 绝热过程： 系统与外界没有热传递， Q＝0 ， 则 ΔU=W 。 （ 2 ） 自由膨胀过程： 系统在真空中做自由膨胀时， 对外界不做功， W＝0 ， 则 ΔU=Q 。 （ 3 ） 若系统的始末状态的内能不变 ， 则 ΔU＝0 ， W+Q=0 。 解 题 探 究 题型 对热力学第一定律的理解 例 一定质量的理想气 体， 经过如图所示 的 状 态 变 化 ， 设 状 态 A 的 温 度 为 400 K ， 求： （ 1 ） 状态 C 的温度 T C 为 多少？ （ 2 ） 如果由 A 经 B 到 C 的状态变化的整个过程中， 气体对外做了 400 J 的功， 气体的内能增加了 20 J ， 则这个过程气体是吸收热量还是放出热 量？ 其数值为多少？ 解析： （ 1 ） 由理想气体状态方程为 p A V A T A = p C V C T C ， 代入数据解得 T C ＝320 K 。 （ 2 ） 由热力学第一定律公式 ΔU＝Q+W ， 得到 Q＝ 420 J＞0 ， 气体吸收热量。 答案： （ 1 ） 状态 C 的温度 T C 为 320 K 。 （ 2 ） 气 体是吸收热量， 其数值为 420 J 。 T 1 TT 2 O V V 1 V 2 A B V/×10 -3 m 3 p/×10 3 Pa 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 A B C 例题图 3. 能量守恒定律 （ 1 ） 直接根据理想气体状态方程列式求解状态 C 的温度 T C 。 （ 2 ） 根据热力学第一定律分析即可。 思路点拨 知 识 梳 理 知识点 1 能量守恒定律 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其他形式， 或者从一个物体转 移到别的物体， 在转化或转移的过程中， 能量的总 量保持不变。 知识点 2 永动机不可能制成 1. 第一类永动机： 不需要任何动力或燃料， 却能 不断地对外做功， 史称 “第一类永动机”。 2. 第一类永动机不可能制成的原因： 能量守恒定 律说明第一类永动机不可能制成。 48 第三章 热力学定律 学 要 点 突 破 要点 1 理解能量守恒定律 1. 能量的存在形式及相互转化 （ 1 ） 各种运动形式都有对应的能量： 机械运动有机 械能， 分子热运动有内能， 还有电磁能、 化 学能、 原子能等。 （ 2 ） 各种形式的能通过某种力做功可以相互转化， 例如， 汽车刹车时机械能转化为内能， 燃烧 煤时化学能转化为内能， 电动机工作时电能 转化为机械能和内能等。 2. 第一类永动机不可能制成的原因： 以热机为例， 如果没有外界供给热量而对外做功， 由热力学 第一定律公式 ΔU＝Q+W 可知， 系统内能将减 少， 若想源源不断地做功， 就必须使系统不断 回到初始状态， 在无外界能量供给的情况下是 不可能的。 要点 2 能量守恒定律的应用 1. 能量守恒定律的两种表述 （ 1 ） 某种形式的能量减少， 一定存在其他形式的能 量增加， 且减少量等于增加量。 （ 2 ） 某个物体的能量减少， 一定存在其他物体的能 量增加， 且减少量等于增加量。 2. 能量守恒定律与热力学第一定律 热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的体 现， 能量守恒定律是自然界的一条普遍规律， 一切 违背能量守恒定律的过程都是不可能实现的， 因 此， 不消耗能量却可以源源不断对外做功的永动机 不可能制成。 解 题 探 究 题型 1 理解能量守恒定律 例 1 下列关于能量转化与守恒